專利名稱：石油蒸餾塔頂防腐蝕試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種試驗裝置，特別是涉及一種模擬石油蒸餾塔頂狀況的防腐蝕試驗裝置。
背景技術：
在全球范圍內含硫原油和高含硫原油的產量占75％左右。我國進口的原油主要是中東地區的含硫原油，而且原油加工總量和含硫量有逐年升高的趨勢。例如，在中石化鎮海煉化公司1995年含硫原油加工總量為180萬噸，而到2002年含硫原油加工總量達880萬噸。整個公司的原油平均硫含量在1995年為0.52％，96年為0.68％，97年為0.86％，98年為0.94％，99年為1.01％，2000年為1.06％，2001年為1.19％，到2002年為0.98％。另外，同一產地原油的硫含量也在逐年上升，沙特輕質油的硫含量從1997年的1.91％上升到2.05％，伊朗原油的硫含量從1997年的1.25％上升到1.63％，國內勝利原油的硫含量也從0.8％上升到1.0％以上。因此，煉油工業面臨硫含量增多帶來的一系列問題，對煉油廠的加工工藝、防腐措施等方面提出了新的要求。
在石油加工過程中，原油要在常壓塔及減壓塔中進行蒸餾分離。原油中所含的鹽類主要有CaCl2和MgCl2等，它們在高溫下水解產生HCl，在塔頂低溫部位與H2S、水一起冷凝下來形成強腐蝕性的H2S-HCl-H2O溶液，造成常壓、減壓蒸餾塔頂系統的嚴重腐蝕。因此，原油含鹽是造成腐蝕的主要原因。
原油中含鹽量與設備的腐蝕成正比，原油含鹽主要是以金屬的氯化物形式存在，并通過氯離子的水解等化學反應對設備造成腐蝕。在原油加熱生產過程中，例如MgCl2、CaCl2、NaCl等氯化物在加熱的情況下會發生如下的反應
HCl是一種強腐蝕性的物質，在水存在的條件下可與Fe發生反應，方程式如下
為此，對原油進行脫鹽是一項重要的防腐措施。為了更好地脫鹽，國內外對進煉油廠的原油含鹽量作了一定的限制，美國規定≯50ppm，日本從中東進口的原油規定10～24ppm，前蘇聯規定為40ppm。隨著電脫鹽技術的發展和對二次加工原料金屬含量的要求，國內脫鹽要求原油經脫鹽處理后含鹽量達到≯3ppm。
因原油含鹽生成的HCl和硫化物加熱分解生成H2S。在塔頂，H2S隨塔頂油氣進入分餾塔的頂部和冷凝冷卻系統。當在塔頂冷凝冷卻系統出現水滴時，HCl即溶于水生成鹽酸，此時由于初凝區水量極少，鹽酸濃度可達1％～2％，成為一個腐蝕性極強的“稀鹽酸腐蝕環境”。若有H2S存在，可加速對該部位的腐蝕，H2S、HCl相互促進構成循環腐蝕，反應如下
在含硫原油的加工過程中，工藝防腐和設備防腐相結合是一種行之有效的辦法。具體地說，一方面要做好設備材質的升級，另一方面要優化電脫鹽裝置的操作以及在塔頂加注緩蝕劑，以確保裝置的長周期安全生產。因此，開展常壓、減壓蒸餾塔頂H2S-HCl-H2O溶液系統腐蝕機理的探討是非常重要的。
在常壓、減壓蒸餾塔的塔頂部位，在不注中和劑條件下，存在初凝區強酸性腐蝕。初凝區NH4Cl和NH4HS會引起腐蝕，H2S在HCl水溶液中的協同腐蝕作用會更加劇設備的腐蝕。塔頂的露點區范圍與原油性質，操作控制等有關，但一般在100℃～140℃之間。
在常壓、減壓蒸餾塔的塔頂部位，pH值的控制對腐蝕的影響也很大，一般要求控制在6～8。在實際操作中還要考慮緩蝕劑的種類以及是否加注氨水等因素，要嚴格控制氨水的復配比例，防止在初凝區出現強酸性腐蝕。因此對塔頂進行pH值的測量也是十分重要的。
總之，需要測定塔頂條件下的材質腐蝕情況、不同種類緩蝕劑的緩蝕效果及用量、pH值等，藉以指導實際生產操作。
實用新型內容本實用新型的目的在于，提供一種能模擬石油蒸餾塔頂狀況的防腐蝕試驗裝置，以便測定塔頂條件下的各種參數來指導實際生產操作。
為實現上述目的，本實用新型提供了一種石油蒸餾塔頂防腐蝕試驗裝置，包括一由耐腐蝕材料制成的高壓釜，用于容納試驗用溶液；以及一密封地連接于所述高壓釜的蓋子，在所述蓋子上設置有至少一個接口，用于連接試驗所需的附件。
利用本實用新型的裝置，可以測試溫度在室溫到230℃，壓力在常壓到0.5MPa下的模擬蒸餾塔頂的狀況。其中，可以模擬的在蒸餾塔頂的不同的低溫濕環境腐蝕包括HCl-H2S-H2O系統的腐蝕、HCN-H2S-H2O系統的腐蝕、H2S-NH3-H2-H2O系統的腐蝕、H2S-CO2-H2O系統的腐蝕和RNH2-H2S-CO2-H2O系統的腐蝕。另外，該試驗裝置能對添加到系統中的各種中和劑和緩蝕劑的種類和添加濃度加以測試評定，還能通過附件接口接pH計對腐蝕規律進行研究。因此，本試驗裝置對石油加工過程中的中和劑和緩蝕劑的開發、評定和工業應用具有十分重要的意義。
本實用新型的其它特征、目的和優點將通過
以下結合附圖對較佳實施例的描述而變得更加清楚。
圖1是根據本實用新型一較佳實施例的石油蒸餾塔頂防腐蝕試驗裝置的示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，根據本實用新型一較佳實施例的防腐蝕試驗裝置主要包括溫度控制器1、電加熱棒2、帶套管的溫度計3、掛片4、帶套管的pH傳感器5、放空閥6、pH測試器7、壓力計8、高壓釜9、恒溫槽10和蓋子11。
由鈦材構成的高壓釜9可容納用于試驗的溶液，并通過蓋子11連接各種附件。考慮到本裝置測定的腐蝕體系的多樣性，腐蝕介質有HCl、H2S、HCN、NH3、CO2等，而且要承受一定的溫度和壓力，因此采用鈦材來制備高壓釜。
鈦原子的價電子層構型為3d24s2，其次外d層未被充滿，存在空位。根據配位場理論，過渡金屬的鈍化現象與次外層d層中的電子空位有關。次外d層的電子空位作為接受體，而溶液中溶存氧作為供體，相互結合形成致密的氧化物保護膜起到防腐作用。由此可見，鈦具有良好的耐腐蝕性，而且具有較好的綜合力學性能和良好的加工性能。因此，最好是所有與腐蝕介質接觸的部件，包括高壓釜9、蓋子11、溫度計3(例如鉑電阻)的套管和pH傳感器5的套管都采用鈦材(例如TA2)來制造。當然，除了以上所述的鈦之外，還可以考慮采用具有高耐腐蝕性的特殊不銹鋼材料來制造與腐蝕介質接觸的部件。
蓋子11可通過例如螺栓之類的緊固件密封地連接于高壓釜9。為提高密封效果，最好在蓋子11與高壓釜9之間設置墊片。常用的是聚四氟乙烯墊片，但由于它是剛性的，使用幾次以后就無法密封。若采用相對柔性的石棉墊片，則在使用幾次以后，有部分碎片脫落，可能污染測試液體。考慮到這些缺陷，本實用新型的試驗裝置采用聚四氟乙烯包夾石棉材料形成的復合墊片。這種復合墊片不但可以解決密封問題，而且不會污染測試液體。
在蓋子11上設置有至少一個接口，以便根據需要連接各種附件。具體地說，如果需要對高壓釜9內的溫度和壓力進行比較嚴格、精確的控制和測定，就可以將溫度計3和壓力計8通過蓋子11上的接口聯系于高壓釜9的內部。
一般來說，該試驗裝置的測試溫度控制在室溫到240℃。溫度可以在溫度控制器1的控制下通過如圖所示的油浴恒溫槽10來實現，也可以通過在高壓釜外纏繞電加熱帶來實現。測試壓力控制在常壓到0.5Mpa。壓力在一般情況下不控制，只是達到在測試溫度下的水的飽和蒸汽壓。也可以根據需要通過附件接口與壓力源(例如N2，H2或其他氣瓶)連接，往高壓釜沖壓，通過放空閥6對放空口的控制，達到試驗所需的壓力。當然，在溫度和壓力不需要嚴格控制和測定的情況下，就不需要設置溫度計3和壓力計8和相應的控制裝置。
另外，蓋子11還可以設置一個供插入pH傳感器5的接口。將該pH傳感器5(例如美國ISI公司出品的ISI IP600-1型pH傳感器)連接于pH測試器(例如任氏電子有限公司生產的JENCO-676 pH測試器)就可以測定在要求測試溫度和壓力下的pH值，研究pH值對腐蝕的影響規律。
下面描述利用該試驗裝置測試低溫濕環境下腐蝕速度的方法。以測試HCl-H2S-H2O系統的腐蝕速度為例。
1.掛片4的準備將碳鋼掛片用砂紙打磨去除銹跡，用丙酮清洗去除油污，然后用含10％H2SO4和1％甲醛的混合溶液清洗1分鐘。最后分別用自來水，蒸餾水將掛片洗凈，干燥備用。將干燥后的掛片放入分析天平中稱量W0，精確到0.0001g，量尺寸、計算表面積后；放入干燥器備用。
2.試液準備配制0.1％的HCl水溶液1000毫升，往HCl水溶液通入H2S至飽和，并根據實驗要求加入緩蝕劑(對照空白組不加)。
3.將上述試液倒入高壓釜9，用棉線將掛片4掛在掛鉤上，掛片位于與釜底與液面的中間。上緊蓋子11，關閉放空閥6，將多余的附件接口用堵頭堵死。然后將高壓釜9放入已恒溫到120℃的油浴恒溫槽10中。
4.高壓釜9在油浴中恒溫6小時后取出，冷卻，打開放空閥6泄壓。打開蓋子11，觀察掛片的外貌，對掛片4進行后處理。
5.掛片的后處理用10％H2SO4和1％甲醛的混合溶液清洗1min；最后分別用自來水，蒸餾水將掛片清洗干凈，干燥后稱重Wt，計算腐蝕率。腐蝕率的計算式如下V=(W0-Wt)×87600000d×t×s]]>式中V-腐蝕率(mm/a)W0-試片的原始重量(g)Wt-試片試驗后重量(g)d-碳鋼密度7860kg/m3t-試驗時間(h)s-試片腐蝕面積(cm2)如果需要測腐蝕介質的pH值，只要把帶鈦管護套的pH傳感器5插入蓋子11上的附件接口，連接pH測試器7就可以測定在要求測試溫度和壓力下的pH值，研究pH值對腐蝕的影響規律。此時必須注意三點1.腐蝕介質必須干凈，不能含有烴類及其他雜質，因此最好把腐蝕速率測定和pH值測定分開進行，以免掛片腐蝕產物影響pH值測試準確性和pH傳感器壽命。2.pH傳感器的使用溫度不能超過120℃。3.pH傳感器在120℃時，停留時間不能超過20分鐘，以免損壞pH傳感器。
雖然以上結合較佳實施例對本實用新型的防腐蝕試驗裝置進行了詳細的描述，但熟悉本技術領域的普通技術人員應該可以在以上揭示內容的基礎上作出各種等同的變型和改動。因此，本實用新型的保護范圍僅由所附權利要求書來限定。
權利要求1.一種石油蒸餾塔頂防腐蝕試驗裝置，其特征在于，包括一由耐腐蝕材料制成的高壓釜，用于容納試驗用溶液；一密封地連接于所述高壓釜的蓋子，在所述蓋子上設置有至少一個接口，用于連接試驗所需的附件。
2.如權利要求1所述的防腐蝕試驗裝置，其特征在于，所述高壓釜和所述法蘭蓋由鈦制成。
3.如權利要求1所述的防腐蝕試驗裝置，其特征在于，所述附件包括一帶套管的溫度計，該溫度計通過所述蓋子上的接口聯系于所述高壓釜的內部。
4.如權利要求1所述的防腐蝕試驗裝置，其特征在于，所述附件包括一壓力計，該壓力計通過所述蓋子上的接口聯系于所述高壓釜的內部。
5.如權利要求1所述的防腐蝕試驗裝置，其特征在于，所述附件包括一pH傳感器，該pH傳感器通過所述蓋子上的接口插入所述高壓釜的內部，并連接于一pH測試器。
6.如權利要求1所述的防腐蝕試驗裝置，其特征在于，所述試驗裝置還包括一加熱裝置，所述加熱裝置由一溫度控制器來控制。
7.如權利要求6所述的防腐蝕試驗裝置，其特征在于，所述試驗裝置還包括一恒溫槽，所述高壓釜被放置在所述恒溫槽內。
8.如權利要求6所述的防腐蝕試驗裝置，其特征在于，所述加熱裝置為纏繞在高壓釜外的電加熱帶。
9.如權利要求1所述的防腐蝕試驗裝置，其特征在于，所述試驗裝置還包括一由放空閥控制的放空口。
10.如權利要求1所述的防腐蝕試驗裝置，其特征在于，所述試驗裝置還包括一壓力源，該壓力源通過所述蓋子上的接口聯系于所述高壓釜的內部。
專利摘要本實用新型提供了一種石油蒸餾塔頂防腐蝕試驗裝置，包括一由耐腐蝕材料制成的高壓釜，用于容納試驗用溶液；以及一密封地連接于所述高壓釜的蓋子，在所述蓋子上設置有至少一個接口，用于連接試驗所需的附件。所述附件可以包括溫度計、壓力計和pH計和相應的控制裝置。利用本實用新型的裝置，可以測試溫度在室溫到230℃，壓力在常壓到0.5MPa下的模擬蒸餾塔頂的狀況。另外，該試驗裝置能對添加到系統中的各種中和劑和緩蝕劑的種類和添加濃度加以測試評定，還能通過pH計對腐蝕規律進行研究。因此，本試驗裝置對石油加工過程中的中和劑和緩蝕劑的開發、評定和工業應用具有十分重要的意義。
文檔編號G01N17/02GK2708299SQ20042002075
公開日2005年7月6日 申請日期2004年3月12日 優先權日2004年3月12日
發明者楊敬一, 徐心茹, 陳偉軍, 楊仁海, 張培蕾 申請人:華東理工大學