循環(huán)氣管道腐蝕的危害及措施

劉德強，王 庚，崔 亮，王 嚴，高俊峰

（大化集團大連碳化工有限公司，遼寧 大連 116610）

大化集團年產30萬噸甲醇裝置是由五環(huán)公司設計、部分引進殼牌技術的以煤為原料的甲醇生產裝置，裝置于2009年投產。煤氣化循環(huán)氣管道使用的是碳鋼材料，因腐蝕減薄及生成的雜質給生產帶來一系列影響，現(xiàn)將情況做一介紹。

1 腐蝕的產生

曾發(fā)生過用來輸送循環(huán)氣的不銹鋼管道被Cl－侵蝕導致金屬晶間裂紋的事故，所以不銹鋼管道不宜用在循環(huán)氣管道上。而以碳鋼為主的循環(huán)氣管道，往往會導致以下3種情況的腐蝕：①硫化氫的酸性腐蝕；②在含硫的環(huán)境中形成硫化亞鐵其表面出現(xiàn)點狀腐蝕的凝結物；③在循環(huán)氣壓縮機入口三通（即TV20后）處及三通后，容易出現(xiàn)氯化銨結晶引起侵蝕性濕腐蝕。

2 腐蝕產生雜質對設備的影響

2.1 對循環(huán)氣壓縮機的影響

2010年7月份，連續(xù)運行2個月的循環(huán)氣壓縮機因軸振動觸發(fā)聯(lián)鎖而停機。當時軸承最高溫度為63℃，壓縮機進氣、排氣壓力無波動，系統(tǒng)運行平穩(wěn)，對儀表監(jiān)測點進行查驗，沒有斷開、松動等異常情況。隨后在對壓縮機解體檢查中發(fā)現(xiàn)葉輪流道內結了5mm厚的垢層，并有局部脫落，留下了明顯的“斷橋”跡象。葉輪在高速旋轉過程中，懸浮在循環(huán)氣中的銹蝕物等固體顆粒粘結在葉輪上，因離心力大小不同，越靠近葉輪中心，結垢越厚；不斷增厚的結垢又在離心力的作用下，被甩出去，造成轉動平衡失效，軸系失衡。清理干凈流道內結垢，對軸系平衡重新校核，回裝再試車，運行平穩(wěn)。

2.2 對氣化爐的影響

2010年12月，運行中的氣化爐A3環(huán)隙超溫，被迫停車檢查。檢查的結果是激冷氣聯(lián)箱被燒穿了，高溫合成氣竄到氣化爐環(huán)隙造成超溫。激冷氣聯(lián)箱有激冷氣的冷卻，怎么會燒壞呢？在進一步的檢查中，發(fā)現(xiàn)被燒穿位置的激冷氣φ10的噴吹小孔被雜質堵住，雜質是管道銹蝕物。

如圖1所示，激冷氣由循環(huán)氣壓縮機加壓通過A、B、C、D共4個進氣口送到氣化爐A3環(huán)隙的激冷氣聯(lián)箱內。聯(lián)箱環(huán)一周均布372個φ10的噴吹小孔，激冷氣通過小孔加速進入環(huán)爐膛均布的124個百葉窗口，在窗口外與爐膛內的高溫合成氣混合，使高溫合成氣冷卻。1～9示意的是φ10的噴吹小孔，其中4、5、6陰影示意的是噴吹小孔被雜質堵塞，1、2、3及7、8、9示意的是噴吹小孔正常通氣。a、b、c示意的是3個百葉窗口，簡圖示意的Ⅰ區(qū)所在的環(huán)形空間與124個窗口是連通的，激冷氣通過小孔加速后經過環(huán)形空間進入百葉窗里，是直線行進；所以基本是每3個小孔對應一個窗口，1、2、3的氣流往a窗口里噴吹，7、8、9的氣流往c窗口里噴吹，堵塞的4、5、6就沒法給b窗口提供激冷氣了。a、c窗口氣流連續(xù)地往爐膛里噴吹，會帶動Ⅰ區(qū)周圍的氣體，但4、5、6已經堵塞，沒有氣源，Ⅰ區(qū)很快形成負壓區(qū)；而此時爐膛的壓力又高于Ⅰ區(qū)，高溫合成氣由b窗口進入Ⅰ區(qū)，在a、b、c窗口間形成熱冷循環(huán)。流動的高溫合成氣就像一把鋒利的尖刀，首先將沒有冷氣保護的b窗口蠶食，迅速蔓延，最后將聯(lián)箱燒穿。激冷聯(lián)箱燒穿的修復需要將激冷段的水冷壁切斷一節(jié)，整體抬升，挪出檢修空間后才能進行，即使有經驗的檢修隊伍至少也要20天，開停車的損失可想而知。

圖1 激冷器聯(lián)箱示意圖

2.3 其他影響

因管道內雜質堵塞儀表測量點，儀表測量誤差，甚至假指示，誤導操作給設備帶來嚴重損壞的案列還是屢見不鮮的。

3 解決方案

鑒于雜質對氣化爐運行帶來的影響，保證激冷氣管道的潔凈度，2011年8月份對激冷氣管道進行了清洗、吹掃，并測厚。數(shù)據(jù)如圖2所示。K1301循環(huán)氣壓縮機入口設計的管道尺寸是φ355×12，出口是φ325×12。如圖2所示數(shù)據(jù)，管道已經全部減薄，最嚴重的是TV20閥后三通的出口，此部分已經減薄到6.3mm，國內已有廠家因此處減薄而爆管，如果將管道全部換掉，時間上也不允許，此次只能先把TV20后的三通更換了，其余部分將材料準備好以備應急。

圖2 循環(huán)氣壓縮機入口、出口管道測厚數(shù)據(jù)

為將循環(huán)氣管線的腐蝕速率降低到可以接受的等級，關鍵是保證管線內循環(huán)氣的溫度處于露點溫度之上；同時在停車檢查過程中減少曝露于空氣中的時間，主要是為防止形成易于造成硫化亞鐵保護層出現(xiàn)點狀腐蝕的凝結產物，從而保護硫化亞鐵覆蓋層，以及避免已呈飽和狀態(tài)的水蒸汽在管線內凝結和避免達到氯化銨鹽的結晶點。

由腐蝕產生的情況來看，最簡單易行的辦法就是將循環(huán)氣管線保溫，保證溫度在235℃以上，同時加強對溫度的監(jiān)測，如果想要一個長周期經濟穩(wěn)定的運行就得將管道材料升級為鎳基耐蝕合金。表1是幾種耐蝕合金在不同條件下的耐蝕性對照。

表1 鎳基耐蝕合金的耐蝕性

由表1可以看出，最適用的是Inconel625和Incoloy825這兩種耐蝕合金，因Inconel625價格更高，故通常選用Incoloy825。因耐蝕合金的價格要高于碳鋼的數(shù)倍，建議采用碳鋼材料復合焊接Incoloy825的襯里，Incoloy825解決腐蝕，廉價的碳鋼來保證強度，這是性價比最高的使用方法。

4 結 語

目前國內同類型的裝置有30多套，大部分是單套爐運行。循環(huán)氣管道材料基本上都是碳鋼，考慮的是降低投資成本，設計也有腐蝕余量。據(jù)2011年的不完全統(tǒng)計，因循環(huán)氣管道腐蝕雜質及減薄、堵塞造成裝置停車70余次。因此，國內同類項目建設時，在循環(huán)氣管道的選材上應做好分析比較。

［1］ 中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊（第2卷）材料的焊接［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1992