常減壓蒸餾裝置管道腐蝕失效分析

馬小強(qiáng) 張中利 王海平

(天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司 化學(xué)工業(yè)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心)

常減壓蒸餾裝置管道腐蝕失效分析

馬小強(qiáng)*張中利 王海平

(天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司 化學(xué)工業(yè)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心)

針對(duì)某煉油廠常減壓裝置常頂油氣管線穿孔失效的情況，分析討論了常減壓蒸餾裝置油氣管線腐蝕失效的原因，并提出了相應(yīng)的防腐措施。

常減壓蒸餾裝置 管道腐蝕 穿孔失效

近年來(lái)在加工進(jìn)口原油過(guò)程中，環(huán)烷酸和硫化物經(jīng)過(guò)分解或水解，產(chǎn)生了硫化氫、有機(jī)酸等腐蝕性介質(zhì)，使常減壓裝置和管道長(zhǎng)期在腐蝕環(huán)境下運(yùn)行。總結(jié)國(guó)內(nèi)多家煉油廠常減壓裝置的腐蝕情況，其腐蝕特點(diǎn)主要是低溫部位的HCl-H2S-H2O型腐蝕。主要出現(xiàn)在初餾塔頂、常壓塔頂和減壓塔頂冷凝冷卻系統(tǒng)的空冷器及水冷器等有液態(tài)水存在的低溫部位，尤其是氣液相變部位最為嚴(yán)重。高溫部位的高溫硫腐蝕和環(huán)烷酸腐蝕，主要發(fā)生在溫度大于230℃的管線、加熱爐爐管及高溫?fù)Q熱器等流速較高的部位。筆者以常減壓蒸餾裝置低溫部位油氣管線的腐蝕為例，分析探討其低溫部位管線腐蝕失效的原因，并提出幾點(diǎn)有效的防護(hù)措施。

1 管線概況

2012年1～6月某煉油廠常頂油氣管線自空冷器(A-102)至常頂回流罐(D-103)集管三通底部連續(xù)3次發(fā)生腐蝕穿孔，2012年7月被迫停車檢修。常頂油氣線技術(shù)參數(shù)為：

標(biāo)稱材料 20鋼

公稱規(guī)格φ377mm×9.5mm

工作介質(zhì) 常頂油氣

介質(zhì)流速 3.5m/s

設(shè)計(jì)/工作壓力 0.28/0.03MPa

設(shè)計(jì)/工作溫度 60/40℃

2 檢查分析

2.1 宏觀檢查和取樣情況

常頂油氣線從空冷器至常頂回流罐東側(cè)第1個(gè)承插式三通背向發(fā)現(xiàn)有一貫穿性孔洞(面積約50cm2，圖1)，邊緣不規(guī)則且呈明顯腐蝕減薄，穿孔管段內(nèi)壁靠近底部附著有大面積銹蝕層?？锥凑龑?duì)上方插管，孔洞所在直管段東側(cè)為管封頭結(jié)構(gòu)。

圖1 取樣示意圖

2.2 壁厚檢測(cè)

利用超聲波測(cè)厚儀對(duì)穿孔部位周邊進(jìn)行了壁厚檢測(cè)，結(jié)果顯示孔洞周圍實(shí)測(cè)壁厚為4.0～8.4mm，為腐蝕沖刷減薄形貌。

2.3 材料成分光譜分析

利用德國(guó)SPECTRO公司全成分光譜定量分析儀對(duì)材料進(jìn)行了光譜分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 材料成分分析 %

由表1數(shù)據(jù)可知，常頂油氣管線穿孔部位材料符合GB/T 8163-2008對(duì)20鋼的成分要求。

2.4 掃描電子顯微鏡及X射線能譜分析

用掃描電子顯微鏡觀察1#(未清洗)和2#(未清洗)樣品腐蝕產(chǎn)物形貌如圖2所示。1#(未清洗)和2#(未清洗)樣品X射線能譜分析結(jié)果見(jiàn)表2。

a. 1#(未清洗) b. 2#(未清洗)

利用掃描電鏡對(duì)樣品觀察發(fā)現(xiàn)常頂油氣線穿孔部位內(nèi)表面呈現(xiàn)出典型流淌狀的沖刷腐蝕形貌，1#(未清洗)樣品能譜分析穿孔部位周邊腐蝕產(chǎn)物S、Cl-含量很高。

3 討論

由現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境可知，腐蝕穿孔部位位于常頂油氣線集管封頭一側(cè)第1個(gè)承插式三通的背向，常頂油氣線介質(zhì)流向?yàn)榭绽淦髦脸ｍ敾亓鞴?，集管底部長(zhǎng)期承受支管內(nèi)介質(zhì)的垂直沖刷，是造成此管段穿孔的重要因素。

腐蝕因素主要取決于pH值、Cl-和H2S的含量。其中Cl-是初餾塔、常壓塔頂部腐蝕最主要的因素，主要來(lái)源于原油中的有機(jī)氯在加熱過(guò)程中發(fā)生分解，生成HCl。H2S主要是加工過(guò)程中由硫化物熱分解而成。在該冷凝環(huán)境中，HCl溶于水生成鹽酸。若水量少，鹽酸濃度可達(dá)1%～2%，形成十分強(qiáng)烈的稀鹽酸腐蝕環(huán)境。H2S的存在會(huì)使腐蝕加速，二者構(gòu)成相互促進(jìn)的循環(huán)腐蝕。

低溫H2S腐蝕表現(xiàn)為均勻腐蝕和濕H2S應(yīng)力腐蝕開裂。塔頂系統(tǒng)受到硫化氫、水及氯化氫等在一定溫度下的相互作用，往往均勻腐蝕很嚴(yán)重。常減壓裝置檢修時(shí)，常見(jiàn)到減頂水冷凝器的腐蝕，減頂有三級(jí)水冷凝器，一級(jí)比一級(jí)腐蝕嚴(yán)重。

4 結(jié)論與建議

4.1常頂油氣線空冷器至常頂回流罐三通背向腐蝕穿孔的主要原因?yàn)榻橘|(zhì)沖刷腐蝕，介質(zhì)中含有大量的S、Cl-起到了一定的促進(jìn)作用。

4.2承插式三通采取防沖刷結(jié)構(gòu)，減緩對(duì)三通集管底部的直接沖刷；集管安裝采取適當(dāng)?shù)膬A斜度，避免介質(zhì)局部滯留濃縮；停車后，應(yīng)對(duì)管道進(jìn)行及時(shí)清洗和排污。

4.3材料升級(jí)是最簡(jiǎn)單有效的防腐措施，對(duì)于低溫部位可采用08Cr2MoAl、09Cr2AlMoRe(針對(duì)H2S腐蝕的專用鋼種)、碳鋼+06Cr13、2205雙相不銹鋼等材料。主要參考的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)有SH/T 3129-2012《高酸原油加工裝置設(shè)備和管道設(shè)計(jì)選材導(dǎo)則》和SH/T3096-2012《高硫原油加工裝置設(shè)備和管道設(shè)計(jì)選材導(dǎo)則》。

4.4在提高工藝措施(優(yōu)化電脫鹽工藝、按工藝要求加注適量中和緩蝕劑)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)在線腐蝕監(jiān)測(cè)。

4.5在常壓塔頂空冷器上安裝在線腐蝕檢測(cè)儀，對(duì)腐蝕情況進(jìn)行定期檢測(cè)，對(duì)腐蝕規(guī)律進(jìn)行深入分析，加強(qiáng)保護(hù)措施。對(duì)于較為容易腐蝕的管道、容器及設(shè)備等，實(shí)行在線定點(diǎn)普查，提高檢測(cè)頻率，及時(shí)排除隱患，避免產(chǎn)生嚴(yán)重事故。

*馬小強(qiáng)，男，1982年7月生，工程師。甘肅省蘭州市，730060。

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