Prevención y Control de la Corrosión en la Refineria// Corrosion Control in the Refining Industry

SEPTEMBER 21-25, 2020. Última oportunidad para 2016. Apuntes y aproveche esta oportunidad fuera de serie. Uno de los mejores instructores de NACE y el mejor en el área de refinerías y corrosión interna se embarcará para en madrid dar un curso magistral.

 

COURSE IN ENGLISH LINK:

refinining 2023, 20-24 february

 

Este curso de 5 días proporciona una visión general de las unidades de proceso y descripciones de procesos específicos en refinerías. Se enfoca en el examen y la descripción de problemas metalúrgicos y de corrosión que se producen en las unidades de procesos. Los estudiantes reciben una suscripción por un (1) año a la versión más reciente del software REFIN*COR, que es una base de datos de experiencias, problemas y soluciones encontradas por los ingenieros de corrosión en la industria de refinación e incluye las actas del Comité NACE TEG 205X (antes T-8) sobre Corrosión en la Industria de Refinerías desde sus comienzos. Esta valiosa información puede ser utilizada en el trabajo y no se encuentra en ninguna otra parte.

Quiénes deben asistir
Este curso está dirigido a personas con 1-2 años de experiencia en refinerías, como: ingenieros de diseño, ingenieros de proceso, agentes de contratación, planificadores de mantenimiento, representantes de compañías de servicios que apoyan a ingenieros y equipos de corrosión, ingenieros metalúrgicos, inspectores y supervisores de inspección.

Pre-requisitos
No se requiere capacitación previa.

Temas a tratar
Corrosión en refinerías
Materiales de construcción para aplicaciones en refinerías
Operaciones en Refinerías y su interacción con la corrosión
Unidades / Procesos en refinerías – Corrosión y otras fallas, destilación y desalinización del crudo, unidad de craqueo de fluido catalítico, unidades de recuperación de «cracked lights ends», reforma catalítica, unidades de coquización retardada, unidades de amina y unidades de recuperación de sulfuro.
Métodos de monitoreo de la corrosión en refinerías
Análisis de fallas en las refinerías

Material del curso
El manual impreso al iniciarse el curso.

 

Welcome to Corrosion Control in the Refining

Industry!

Introduction

The purpose of Corrosion Control in the Refining Industry is to

provide you with an overview of refinery process units, specific

process descriptions, and the opportunity to identify and examine

corrosion and metallurgical problems that may occur in process

units. You will also examine techniques and practices that may be

used to control corrosion in refineries. This course is designed for

corrosion and equipment engineers, process engineers,

metallurgists, mechanical engineers, inspectors, and suppliers of

corrosion-related products to the refining industry.

Course Design

Corrosion Control in the Refining Industry is presented in a

concentrated format over a four and one-half day period. You will

be given the opportunity during class time to examine the majority

of the material presented in the student manual. The additional

information is provided with the intent that the manual will serve as

valuable reference material once the course has ended.

During the four and a half days of the course, you will become

involved in class discussions and activities, ask questions, exchange

ideas, and gather information. You are encouraged to take notes in

the student manual as the instructor and fellow participants offer

information that enhances the material presented in the manual.

Your active participation adds to your understanding of the course

material.

 

 

 

 

 

 

 

 

TABLE OF CONTENTS

Chapter 1: Corrosion and Other Failures

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Low-Temperature Refinery Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Low-Temperature Corrosion Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Corrosion Rates and Polarization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Passivity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Temperature and Concentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Low-Temperature Conditions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

High-Temperature Refinery Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

High-Temperature Corrosion Principles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Linear Rate Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Parabolic Rate Law. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

High-Temperature Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Corrosion/Failure Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Metal Loss—General and/or Localized Corrosion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Galvanic Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Pitting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Crevice Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Intergranular Attack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Erosion-Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Hydrogen Chloride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Ammonium Bisulfide (NH4HS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Carbon Dioxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Process Chemicals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Organic Chlorides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Aluminum Chloride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Sulfuric Acid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Hydrofluoric Acid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Phosphoric Acid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Phenol (Carbolic Acid) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Amines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Atmospheric (External) Corrosion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Corrosion Under Insulation (CUI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Soil Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

High-Temperature Sulfide Corrosion (Without Hydrogen Present) . . . . . . . 37

High-Temperature Sulfide Corrosion (With Hydrogen) . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Naphthenic Acid Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

High-Temperature Oxidation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

 

 

Stress Corrosion Cracking (SCC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Chloride Stress Corrosion Cracking (ClSCC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Alkaline Stress Corrosion Cracking (ASCC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Carbonic Acid (Wet CO2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

Polythionic Acid Stress Corrosion Cracking (PTA SCC) . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Ammonia Stress Corrosion Cracking (NH3 SCC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Wet H2S Cracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Hydrogen Blistering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Sulfide Stress Cracking (SSC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Hydrogen Induced Cracking (HIC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Stress Oriented Hydrogen Induced Cracking (SOHIC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Hydrogen Cyanide (HCN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

SCC Prevention. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

Inspecting for Wet H2S Damage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

High-Temperature Hydrogen Attack (HTHA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Metallurgical Failures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Grain Growth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Graphitization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Hardening . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Sensitization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Sigma Phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

885°F (475°C) Embrittlement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Temper Embrittlement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

Liquid Metal Embrittlement (LME) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Carburization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

Metal Dusting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

Decarburization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

Selective Leaching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

Mechanical Failures. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

Incorrect or Defective Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

Mechanical Fatigue. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

Corrosion Fatigue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

Cavitation Damage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

Mechanical Damage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

Overloading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

Overpressuring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

Brittle Fracture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

Creep. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

Stress Rupture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

Thermal Shock . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

Thermal Fatigue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

Other Forms of Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

Boiler Feed Water Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

 

 

Steam Condensate Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

Cooling Water Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

Fuel Ash Corrosion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

Chapter 2: Crude Distillation and Desalting

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Sources of Crude Oil. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Composition of Crude Oil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Remaining Constraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

More about Crude Oil Composition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Crude Oil Pretreatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Desalting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Preflash . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Crude Distillation Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Operation of a Crude Distillation Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Corrosion in Crude Distillation Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Columns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Exchangers and Piping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Fired Heaters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Other Corrosion Combating Measures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Blending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Desalting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Caustic Addition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Overhead pH Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Corrosion Inhibitor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Water Washing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Corrosion Monitoring in Crude Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Water Analysis (Overhead Corrosion Control) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Hydrocarbon Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Corrosion Rate Measurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

On-Stream, Non-Destructive Examination. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Optional Team Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Chapter 3: Fluid Catalytic Cracking Units

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Riser/Reactor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Regenerator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Flue Gas System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Fractionator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Corrosion Control in FCC Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Materials of Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Damage Mechanisms and Suitable Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Reactors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Regenerators. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Catalyst Transfer Piping System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Reaction Mix Line, Main Fractionator, and Bottoms Piping . . . . . . . . . . . . . . . 15

Flue Gas Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Inspection and Control Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

High-Temperature Oxidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

High-Temperature Sulfidation (H2S Attack) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

High-Temperature Carburization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Polythionic Acid Stress Corrosion Cracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Catalyst Erosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Feed Nozzle Erosion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Refractory Damage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

High-Temperature Graphitization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Sigma Phase Embrittlement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

885°F (475°C) Embrittlement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Creep Embrittlement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

High-Temperature Creep . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Thermal Fatigue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Optional Team Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Chapter 4: Cracked Light Ends Recovery Units

CLER Process Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Materials of Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Columns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Exchangers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Corrosion Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Hydrogen Induced Damage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Inspection Techniques for Hydrogen-Induced Damage . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Prevention and Repair Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Ammonia Stress Corrosion Cracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Carbonate Stress Corrosion Cracking. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Fouling/Corrosion of Reboiler Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Corrosion Control Measures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Water Washing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Polysulfide Injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Corrosion Inhibitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Corrosion Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Hydrogen-Activity Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Chemical Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Corrosion Probes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Chapter 5: Hydrofluoric Acid Alkylation Units

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

HF Alky Process Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Materials of Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Columns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Exchangers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Piping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Bolting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Corrosion Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Hydrogen Induced Damage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Inspection and Mitigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Corrosion Control Measures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Corrosion Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Corrosion Probes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Chapter 6: Sulfuric Acid Alkylation Units

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Process Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Reaction Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Treating Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Fractionation Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Refrigeration Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Materials of Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Materials and Corrosion Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Sulfuric Acid Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Acid Concentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Acid Temperature and Velocity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Acid Dilution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Hydrogen Grooving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Feed Contaminants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Acid and Neutral Esters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Acid Esters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Neutral Esters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Acid Carryover . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Corrosion Under Insulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Fouling Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Corrosion Control Measures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Reactor Section Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Tower Overhead Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Reboiler Corrosion and Fouling Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Acid Tanks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Corrosion Control During Unit Shutdowns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Corrosion Under Insulation (CUI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Corrosion Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Inspection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Reaction Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Treating Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Fractionation Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Refrigeration Equipment. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Acid Tank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Chapter 7: Hydroprocessing Units

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Hydroprocessing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Hydrotreating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Hydrocracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Variations on Hydroprocessing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Types of Corrosion Common in Hydroprocessing Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

High-Temperature Hydrogen Attack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

High-Temperature H2S Corrosion – With Hydrogen Present . . . . . . . . . . . . . . . 7

High-Temperature H2S Corrosion – With Little or No Hydrogen Present . . . . . 9

Naphthenic Acid Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Ammonium Bisulfide Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Chloride Stress Corrosion Cracking (SCC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Failures Often Happen After Startup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Additional Considerations with Stainless Steel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Polythionic Acid (PTA) Stress Corrosion Cracking. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Stainless Steels Used to Prevent PTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Other Methods to Prevent PTA SCC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Wet H2S Cracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Sulfide Stress Cracking (SSC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Hydrogen Induced Cracking (HIC) and Stress-Oriented Hydrogen Induced

Cracking (SOHIC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Material Property Degradation Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Temper Embrittlement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Hydrogen Embrittlement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Selection of Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Reactor Loop – General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Reactor Feed System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Reactor Feed Furnaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Reactors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Reactor Effluent System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Reactor Effluent – Distillation Feed Exchangers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Effluent Air Coolers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Effluent Air Cooler Inlet and Outlet Piping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Separator Vessels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Recycle Hydrogen System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Distillation Section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Optional Team Exercise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Chapter 8: Catalytic Reforming Units

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Octane Number (RON). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Catalyst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Catalytic Reforming Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Catalytic Reformer, Semi-Regenerative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Reactor Design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Corrosion Phenomena in Catalytic Reformers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

High Temperature Hydrogen Attack (HTHA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Stress Corrosion Cracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Materials of Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Reactors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Exchangers and Piping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Fired Heaters and Other Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Corrosion Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Corrosion Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Inspection in Catalytic Reformers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Chapter 9: Delayed Coking Units

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Equipment and Operation of the Delayed Coking Unit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Corrosion and Other Problems in Delayed Coking Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

High-Temperature Sulfur Corrosion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Naphthenic Acid Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

High-Temperature Oxidation/Carburization/Sulfidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Decoking Heater Tubes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Erosion-Corrosion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Aqueous Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Corrosion Under Insulation (CUI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Thermal Fatigue, and Temper Embrittlement of Cr-Mo Steels . . . . . . . . . . . . . 10

Inspection of Coking Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

General Inspection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Coke Drum Inspection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Chapter 10: Amine Treating Units

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Types of Amines Used. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Refinery Amine Process Description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Tail Gas Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Corrosion Phenomena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Corrosive Species . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Amine Degradation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Cracking Phenomena. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Corrosion Inhibitors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Materials of Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Corrosion Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Corrosion Control Measures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Chapter 11: Sulfur Recovery Units

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Sulfur Recovery Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Sulfur Chemical Reactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Sulfur Recovery Process . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Tail Gas Treating Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Incinerator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Cold Bed Adsorption (CBA) Unit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Corrosion Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Sulfidation of Carbon Steels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Sour Environment Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Weak Acid Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Corrosion of Claus Units by System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Feed Gas System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Corrosion Concerns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Mitigation of Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Reaction Furnace and Waste Heat Exchanger Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Corrosion Concerns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Mitigation of Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Inspections in the Reaction Furnace and Waste Heat Exchanger System . . . 13

Claus Reactors, Condensers, and Reheat System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Corrosion Concerns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Mitigation of Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Inspections in the Claus Reactors, Condensers, and Reheat System . . . . . . . 15

Liquid Sulfur Rundown Lines and Storage System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Corrosion Concerns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Mitigation of Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Inspections in Liquid Sulfur Rundown Lines and Storage System . . . . . . . . 17

Corrosion of CBA Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Corrosion Concerns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Mitigation of Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Inspection of CBA Reactors, Condensers, and Piping. . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Corrosion of Tail Gas Treating Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Burner and Mixing Chamber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Tail Gas Reactor and Waste Heat Exchanger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Water Quench and Recirculation Blower System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

H2S Adsorption System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Corrosion in the Incinerator System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Chapter 12: Refinery Injection Systems

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Injection Point. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Injection System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Injection System Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Injection System Design Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Engineering Practices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Process Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Materials Selection Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Inspection of Injection Point Locations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Location of Injection Point . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Co-Injectants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Injection System Hardware. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Chemical Storage Tanks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Chemical Injection Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Additive Control Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Piping Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Injector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Chapter 13: Process Additives and Corrosion Control

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Factors Affecting Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Acids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Temperature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Pressure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Turbulence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Material Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Methods to Mitigate Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Desalting and Caustic Injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Water Washing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Acid Neutralization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Barrier between Metal and Environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Chemicals Used to Combat Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Filming Amines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Filmer Formulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Filmer Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Treat Rates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Monitoring Filmer Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Neutralizing Amines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Polysulfides. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Naphthenic Acid Corrosion Inhibitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Application of Corrosion Inhibitors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Chapter 14: Corrosion Monitoring in Refineries

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Uses of Corrosion Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Corrosion Monitoring Techniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Corrosion Coupons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Electrical Resistance Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Electrochemical Corrosion Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Linear Polarization Resistance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Potential Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Zero Resistance Ammetry (ZRA). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Electrical Impedance Spectroscopy (EIS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Electrochemical Noise (EN) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Hydrogen Flux Monitoring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

A Comprehensive Corrosion Monitoring Program . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Corrosion Monitoring Sites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Corrosion Monitoring in Specific Process Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Atmospheric Distillation Unit (ADU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Vacuum Distillation Unit (VDU). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Fluid Catalytic Cracking Unit (FCCU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Amine Treating Unit (ATU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Sour Water Stripper Units (SWSU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Sulfuric Acid Alkylation Unit (SAU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Automated On-Line Monitoring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Chapter 15: Materials of Construction for Refinery Applications

The Role of the Corrosion Engineer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Problem Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Corrosion Failures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Corrosion Testing Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Materials Selection Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Using Professional Consultants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Specifying Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

National Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Company Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

What the Designer Should Remember When Writing Specifications . . . . . . . . 14

Questions the Designer Should Ask to Control Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Fitness for Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Refinery Materials of Construction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

Killed Steel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Steels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Carbon Steel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

C-Mo Steels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Low-Alloy Steels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Cr-Mo Steels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

Nickel Steels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Stainless Steels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Martensitic Stainless Steels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Ferritic Stainless Steels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Austenitic Stainless Steels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Precipitation Hardening Stainless Steels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Duplex Stainless Steels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Specialty Stainless Steels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Cast Irons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Gray Cast Irons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Ductile Irons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

High-Silicon Cast Irons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Nickel Cast Irons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Other Metals and Alloys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Copper and Its Alloys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Nickel Alloys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Aluminum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

Titanium and Its Alloys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Non-Metallic Materials. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Refractories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Plastics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Thermosetting Resins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Heat Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Normalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

Annealing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Quenching. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

Stress Relieving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Solution Heat Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Specialized Heat Treatments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

What the Designer Should Know About Heat Treatments. . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Heat Treatment Verification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Heat Treatment for Welds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Preheat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

Postweld Heat Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Normalizing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

The Nature of Welding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Welding Decisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Welding Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Shielded Metal Arc Welding (SMAW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Gas Metal Arc Welding (GMAW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Gas Tungsten Arc Welding (GTAW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Submerged Arc Welding (SAW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Welding Procedures and Welder Qualification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Inspection of Welding Electrodes and Filler Metal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Chapter 16: Refinery Operations and Overview

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Refinery Operating Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Refining Process Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Process Interactions with Corrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Chapter 17: Failure Analysis in Refineries

Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

Procedural Approach and Test Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

Background Information. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Initial Examination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

Nondestructive Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Surface Deposit Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

Field Metallographic Replication (FMR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Hardness Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Chemical Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Magnetic Particle Inspection (MPI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Wet Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Dry Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Dye Penetrant Testing (PT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Sectioning. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Macroscopic Examination of Fracture Surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Microscopic Examination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Fracture Appearance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Ductile Fracture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Brittle Fracture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

Fatigue Fractures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Stress Corrosion Cracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Creep Rupture Failures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Additional Testing and Analysis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Mechanical Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Application of Fracture Mechanics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

Root Cause Analysis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Recommendations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Appendices

A NACE Standard MR0103, “Materials Resistant to Sulfide Stress Cracking

in Corrosive Petroleum Environments”

B NACE Standard TM0284, “Evaluation of Pipeline and Pressure Vessel

Steels for Resistance to Hydrogen-Induced Cracking”

C NACE Standard TM0177, “Laboratory Testing of Metals for Resistance to

Sulfide Stress Cracking and Stress Corrosion Cracking in H2S

Environments”

D NACE Standard TM0103, “Laboratory Test Procedures for Evaluation of

SOHIC Resistance of Plate Steels Used in Wet H2S Service”

E NACE SP0403, “Avoiding Caustic Stress Corrosion Cracking of Carbon

Steel Refinery Equipment and Piping”

F NACE Publication 34105, “Effect of Nonextractable Chlorides on

Refining Corrosion and Fouling”

G NACE SP0472, “Methods and Controls to Prevent In-Service

Environmental Cracking of Carbon Steel Weldments in Corrosive

Petroleum Refining Environments”

H NACE SP0296, “Guidelines for Detection, Repair, and Mitigation of

Cracking of Existing Petroleum Refinery Pressure Vessels in Wet H2S

Environments”

I NACE Publication 8X194, “Materials and Fabrication Practices for New

Pressure Vessels to be Used in Wet H2S Refinery Environments”

J NACE Publication 8X294, “Review of Published Literature on Wet H2S

Cracking of Steels Through 1989”

NACE Publication 5A171, “Materials for Receiving, Handling, and

Storing Hydorfluoric Acid”

L NACE Standard RP0391, Materials for Handling and Storage of

Commercial (90 to 100%) Sulfuric Acid at Ambient Temperatures”

M NACE SP0294, “Design, Fabrication, and Inspection of Tanks for the

Storage of Concentrated Sulfuric Acid and Oleum at Ambient

Temperatures”

N NACE SP0205, ”Recommended Practice for the Design, Fabrication and

Inspection of Tanks for the Storage of Petroleum Refining Alkylation Unit

Spent Sulfuric Acid at Ambient Temperatures”

O API Publication 941, “Steels for Hydrogen Service at Elevated

Temperature and Pressure”

P NACE Standard SP0170, “Protection of Austenitic Stainless Steels and

Other Austenitic Alloys from Polythionic Acid Stress Corrosion Cracking

During Shutdown of Refinery Equipment”

Q NACE Publication 34103, “Overview of Sulfidic Corrosion in Petroleum

Refining”

R NACE Publication 34101, “Refinery Injection and Process Mixing Points”

S NACE SP0198, “The Control of Corrosion Under Thermal Insulation and

Fireproofing Materials—A Systems Approach”

T NACE Standard MR0175/ISO15156-1, “Petroleum and natural gas

industries-Materials for use in H2S-containing Environments in oil and gas

production”

NACE Standard TM0169, “Laboratory Corrosion Testing of Metals”

V NACE SP0590, “Recommended Practice for Prevention, Detection and

Correction of Deaerator Cracking”

X NACE International Publication 34109 Crude Distillation Unit—

Distillation Tower Overhead System Corrosion

Y UNS Numbers/Composition of Alloys

Z Glossary of Refinery Corrosion Related Terms