乙烯裝置裂解爐汽包腐蝕分析與對策

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(1.中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司，黑龍江 大慶 163714； 2.中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院大慶化工研究中心，黑龍江 大慶 163714)

乙烯裝置是以石油或天然氣為原料，主要生產(chǎn)高純度乙烯和丙烯，同時也生產(chǎn)多種石油化工副產(chǎn)品[1]。乙烯裂化爐汽包是吸收裂解氣熱量產(chǎn)生蒸汽用于熱量循環(huán)利用的重要設(shè)備，操作條件:高溫高壓，材質(zhì)一般選用耐蝕合金，主要發(fā)生二氧化碳腐蝕、振動疲勞和沖刷腐蝕等。表現(xiàn)形式一般為內(nèi)壁蝕坑、角焊縫開裂等。汽包的腐蝕不僅影響著裝置長周期的運行，同時引起較大的安全隱患。該文結(jié)合某石化廠乙烯裝置裂解爐汽包腐蝕調(diào)查，對其進行腐蝕分析，并提出相應(yīng)的腐蝕防護措施。

1 汽包風險分析

根據(jù)API 581，采用基于風險的檢驗(RBI)技術(shù)對乙烯裂解爐汽包進行風險評估[2-7]，汽包運行參數(shù)見表1,評估結(jié)果見圖1。由圖1可知汽包封頭和筒體均存在二氧化碳腐蝕、高溫氧化腐蝕、振動疲勞和沖刷腐蝕；失效可能性為3，失效后果為D，屬于中高風險。

表1 汽包主要參數(shù)

2 腐蝕檢查

2.1 腐蝕情況

對乙烯裂解爐汽包(位號1號至7號)進行腐蝕檢查，發(fā)現(xiàn)共性問題如下：①汽包內(nèi)壁(含封頭和筒體)存在密集點蝕(見圖2)；②內(nèi)件螺母松動脫落(見圖3)。

非共性問題有：①2號汽包內(nèi)壁下半部分存在條紋狀腐蝕坑(見圖4)； ②6號汽包內(nèi)分布器與內(nèi)壁角焊縫1處開裂(見圖5)。

2.2 檢驗檢測

(1)超聲波測厚

采用超聲波測厚儀對汽包進行厚度檢測(內(nèi)壁檢測)，結(jié)果見表2。

圖4 內(nèi)壁條紋狀腐蝕坑

圖5 角焊縫裂紋

部 件設(shè)計壁厚/mm實測壁厚最小值/mm1號2號3號4號5號6號7號封頭6868.5 67.6 68.5 68.5 70.0 68.8 69.0筒體8889.289.089.0 89.3 89.6 89.0 88.9

由表2可知,汽包封頭實測壁厚最小值為67.6 mm，汽包筒體實測壁厚最小值為88.9 mm，可以認定此次腐蝕檢查的汽包并不存在均勻減薄。

(2)硬度測試

采用便攜式里氏硬度計對2號和6號汽包人孔側(cè)封頭、焊縫及筒體進行硬度測試，結(jié)果見表3。由表3可以看出，與2號汽包相比，6號汽包的硬度值略微偏低。

表3 汽包硬度 HL

(3)汽包給水采樣

對近3個月汽包給水采樣數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計,結(jié)果見表4。由表4可以看出,汽包給水的鐵質(zhì)量濃度一直處于控制指標范圍以內(nèi)，而pH值則偏低，pH值偏低容易形成內(nèi)壁腐蝕。

表4 汽包給水采樣數(shù)據(jù)

3 腐蝕分析

(1)二氧化碳腐蝕

金屬在潮濕的二氧化碳環(huán)境(碳酸)中發(fā)生的腐蝕，稱之為二氧化碳腐蝕[2]。二氧化碳腐蝕的損傷形態(tài)主要是坑蝕，受影響材料包括碳鋼和低合金鋼。汽包給水中不可避免的含有微量二氧化碳，會對汽包封頭、筒體和內(nèi)件產(chǎn)生二氧化碳腐蝕，形成坑蝕。此次腐蝕檢查汽包內(nèi)壁(含封頭和筒體)存在不同程度的密集點蝕(圖2)。發(fā)生二氧化碳腐蝕的同時，汽包還有可能會發(fā)生二氧化碳應(yīng)力腐蝕開裂。

(2)振動疲勞

設(shè)備或構(gòu)件在振動載荷或不穩(wěn)定流體流動等動態(tài)載荷作用下，引起了交變振動，產(chǎn)生疲勞開裂。振動疲勞的損傷形態(tài)主要是高應(yīng)力點或結(jié)構(gòu)不連續(xù)處萌生裂紋，受影響材料包括所有工程材料。汽包中的水蒸氣產(chǎn)生不穩(wěn)定流體流動，其振動導(dǎo)致汽包內(nèi)件螺母松動脫落。6號汽包內(nèi)分布器與內(nèi)壁角焊縫1處開裂主要是振動疲勞所致。

(3)沖刷腐蝕

沖刷腐蝕是指固體、液體和氣體或其任意之間組合發(fā)生沖擊或相對運動，造成材料表面層機械剝落加速腐蝕的過程。沖刷可以在很短的時間內(nèi)造成材料局部嚴重損失，典型情況有沖刷形成的坑、溝、銳槽、孔和波紋狀形貌，且具有一定的方向性。2號汽包內(nèi)壁下半部分存在條紋狀腐蝕坑，主要是由沖刷腐蝕所致。

(4)其他

汽包還可能會發(fā)生高溫氧化、滲碳等腐蝕。汽包所用材料NS111是一種固溶強化型鐵鎳基耐蝕合金，抗氧化性、抗介質(zhì)腐蝕性和高溫下抗?jié)B碳性能良好，所以發(fā)生高溫氧化和滲碳的概率較小。目前未發(fā)現(xiàn)高溫氧化和滲碳現(xiàn)象。

4 腐蝕防護

針對乙烯裂解爐汽包發(fā)生的腐蝕，結(jié)合腐蝕分析和實際生產(chǎn)情況，提出以下防護措施。

(1)控制汽包給水水質(zhì)，重點控制汽包給水的pH值和氧含量；

(2)控制汽包工藝，避免操作溫度、操作壓力和介質(zhì)流速的大幅波動；

(3)加強對汽包的定期巡檢和壁厚監(jiān)測，并在每次大修時對汽包進行重點檢驗，特別是對于角焊縫容易開裂的地方。

5 結(jié) 語

(1)乙烯裝置裂解爐汽包封頭、筒體和內(nèi)件均存在不同程度的密集坑蝕是因為二氧化碳腐蝕所致，內(nèi)件螺母松脫是因為振動所致。除此之外，汽包還有可能會發(fā)生沖刷腐蝕、高溫氧化腐蝕和滲碳等。

(2)對汽包進行RBI評估，評估結(jié)果顯示汽包封頭和筒體存在二氧化碳腐蝕、蠕變和高溫氧化腐蝕，失效可能性為3，失效后果為D，屬于中高風險，RBI評估結(jié)果與腐蝕調(diào)查和腐蝕分析結(jié)果基本一致。

(3)裂解爐汽包處于高溫高壓的工作環(huán)境，其安全穩(wěn)定運行影響到整個乙烯裝置的安全長周期運行;因此需要控制汽包給水水質(zhì)和維持汽包工藝穩(wěn)定，避免操作溫度、操作壓力和介質(zhì)流速的大幅波動，并加強汽包的定期巡檢和壁厚監(jiān)測，并在每次大修時要對汽包進行全面檢驗。

(編輯 王菁輝)