«Нафтеновые кислоты»—органические соединения, присутствующие в нефти. Их содержание колеблется от сотых долей процента до 2—3% [3].
Нафтеновые кислоты практически нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в углеводородах и многих других органических растворителях. Продукты коррозии— нафтенаты металлов— растворимы в горячих нефтяных потоках. В связи с этим нафтеновокислотная коррозия сопровождается качественно отличной от сульфидной картиной разрушения [4]. Поверхность образующихся раковин, а при более высоких скоростях потока — желобков с открытыми острыми краями остается чистой и блестящей. Отсутствие продуктов коррозии делает похожим действие нафтеновых кислот на эрозионный износ. При переработке нефтей и нефтепродуктов, не содержащих нафтеновые кислоты, таких явлений не наблюдается. В бензиновые фракции нафтеновые кислоты при перегонке нефти практически не попадают или попадают в незначительном количестве.
Условия, при которых возникают коррозионные разрушения под действием нафтеновых кислот, аналогичны условиям протекания сульфидной коррозии. Однако особенности коррозии оборудования при переработке нефти с высоким содержанием (0,3—3%) нафтеновых кислот и некоторые принципы защиты связаны с физико-химическими свойствами нефтей.
Коррозионная агрессивность нефти и нефтяных погонов косвенно характеризуется кислотным числом, которое оценивается расходом КОН на нейтрализацию 100 г пробы. Нафтеново-кислотная коррозия имеет место в том случае, когда кислотное число составляет не менее 50 мг КОН на 100 г продукта. Кислотное число нафтеновых кислот обратно пропорционально их молекулярной массе, при этом наиболее агрессивны кислоты с молекулярной массой до 300 [4—6].
Наиболее агрессивные кислоты содержатся в керосино-газойлевых фракциях.
Термический распад высокомолекулярных кислот с образованием кислот более низкой молекулярной массы происходит при температуре выше 200—250 °С. Разложение катализируется в присутствии металлов (очень сильно в присутствии меди). Однако на установках первичной переработки нефти нафтеновые кислоты до температуры 320 °С не разлагаются [4].
Степень агрессивности нафтеновых кислот по отношению к металлам зависит от ряда факторов: концентрации, рабочей температуры, природы металла и скорости потока. Скорость коррозии находится в прямой зависимости от содержания кислот или кислотного числа [7]. С удвоением кислотного числа (при постоянной температуре) скорость коррозии углеродистой стали, сталей 7Сr— 0,5 Mo. 9Сг— 1 Мо и монеля увеличивается в 2,5 раза, а стали типа 08X13— почти в 5 раз.
В подавляющем большинстве случаев нафтеновые кислоты вызывают усиленную коррозию металла в интервале температур 220—400 “С, достигая максимума при 280 °С. Скорость коррозии углеродистой стали в печи при 270—280°С составляла 10 мм/год [4]. При дальнейшем повышении температуры скорость коррозии несколько снижалась, а при 350 °С вновь резко возрастала. При возрастании температуры в среднем на 55°С коррозия углеродистой стали увеличивается примерно в три раза. Наибольшей стойкостью в данном случае обладают стали 0Х18Н10 и Х17Н12М2.
Коррозия под действием нафтеновых кислот происходит только в присутствии водной фазы, причем весьма интенсивно в зоне конденсации; в паровой фазе она отсутствует. Опыт эксплуатации показал, что в присутствии паровой фазы коррозия всегда более значительна, чем в жидкой фазе. Это объясняется тем, что при образовании паровой фазы заметно увеличивается скорость движения жидкости. Максимальные значения скорости коррозии обычно наблюдаются в местах, где существует высокотурбулентный поток (двойные отводы, концы ввода труб у печей и т. д.). Однако данные о критических значениях скоростей потока (в зависимости от температуры), ниже которых коррозия металла незначительна, отсутствуют.
На установках типа АВТ(АТ) коррозия под действием нафтеновых кислот встречается в основном на блоках атмосферной и вакуумной перегонки нефти при температурах 200 - 400°С. Разрушению подвергаются трубы и печные двойники на выходе радиантных секций печей, трубопроводы от печей до ректификационных колонн, корпуса колонн в зоне ввода горячей струи, ректификационные тарелки эвапорационного пространства над питательным вводом, трубопроводы и арматура на линиях транспортировки горячих среднедистиллятных нефтепродуктов, тарелки вакуумных колонн над вводом мазута, а также места, препятствующие однородности потока (термопары, болты и грубые сварные швы).