二級閃蒸頂部罐腐蝕泄漏原因分析及措施

許小平 竇珍

摘 要：蘭州石化某裝置二級閃蒸頂部罐（R-606）接連出現(xiàn)容器頂部及容器上部接管腐蝕泄漏現(xiàn)象。檢修處理過程中，發(fā)現(xiàn)R-606頂部豎直接管與法蘭焊縫處出現(xiàn)環(huán)形腐蝕斷裂現(xiàn)象;另一處橫向接管直管段底部出現(xiàn)大面積穿孔性腐蝕。結(jié)合工藝生產(chǎn)、設(shè)備使用條件和現(xiàn)狀。通過對腐蝕現(xiàn)象的觀察和判斷，分析并確定二級閃蒸頂部罐（R-606）接管出現(xiàn)腐蝕泄漏的主要原因是因?yàn)槿軇┲泻械奈⒘苛蚝吐葥]發(fā)至容器上部氣相空間內(nèi)，并不斷聚集，產(chǎn)生腐蝕性極強(qiáng)的酸性物質(zhì)腐蝕設(shè)備接管。最后提出建改進(jìn)措施和防范方法，避免因腐蝕引起的設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：二級閃蒸頂部罐;腐蝕;穿孔;氯腐蝕;硫化氫;溶劑

1.設(shè)備概況

二級閃蒸頂部罐（R-606）為立式容器，其筒體材質(zhì)為：Q345R。規(guī)格型號：DN1000×8×4156。其介質(zhì)組成：底部為液相溶劑+水;頂部主要為氣相溶劑。二級閃蒸頂部罐（R-606）工作壓力為：0.35MPa;設(shè)計(jì)壓力為：0.4MPa;操作溫度為70℃;液面高度控制為20%～50%;界面控制高度為50%～70%。于2012年8月隨裝置投入運(yùn)行。

2.腐蝕概況

2.1檢修情況

2019年9月9日，二級閃蒸頂部罐（R-606）頂部豎直接管出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象，緊急處理后投入使用。9月10日二級閃蒸頂部罐R-606上部一橫向遠(yuǎn)傳液位計(jì)接管直管段底部產(chǎn)生泄漏，伴隨有臭雞蛋氣味。通過對泄漏位置的檢查，確認(rèn)屬于輕微泄漏，聯(lián)系帶壓堵漏緊急處理。9月25日停車，更換腐蝕泄漏的接管。

2.2宏觀檢查

2.2.1腐蝕部位

通過對切割下產(chǎn)生泄漏的接管檢查發(fā)現(xiàn)：1.R-606頂部豎直接管的法蘭與直管段焊縫處產(chǎn)生環(huán)形斷裂缺陷，頂部接管法蘭內(nèi)部相比較法蘭其他部位，明顯腐蝕減薄。

2.R-606水平接管直管底部段腐蝕嚴(yán)重，底部管壁嚴(yán)重減薄，甚至出現(xiàn)大面積腐蝕穿孔;但是直管段頂部無明顯腐蝕痕跡，接管內(nèi)壁有明顯坑裝腐蝕。

2.2.1測厚數(shù)據(jù)

因?yàn)榇嬖趪?yán)重的腐蝕現(xiàn)象，為確保二級閃蒸頂部罐（R-606）安全平穩(wěn)運(yùn)行，車間技術(shù)人員用測厚儀對R-606整體及全部接管進(jìn)行測厚。其中接管測厚時沿接管環(huán)向測量，選取最低值。

通過測厚數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在二級閃蒸頂部罐（R-606）下部盛裝液相部位管壁及接管，未見明顯腐蝕。主要的腐蝕部位發(fā)生在二級閃蒸頂部罐（R-606）上部氣相部位及接管。

3.腐蝕原因分析

3.1 硫腐蝕分析

原料中有硫的存在。因此硫腐蝕是不可避免的。即使硫含量很低，也會對設(shè)備造成嚴(yán)重的腐蝕損傷。硫腐蝕不是孤立存在的。不同的環(huán)境可以形成不同硫腐蝕條件。硫和無機(jī)鹽、氯化物、水、氫、堿性環(huán)境等其它腐蝕性介質(zhì)共同作用，形成多種復(fù)雜的腐蝕環(huán)境。

國內(nèi)的腐蝕調(diào)查報告稱：濕硫化氫對碳鋼設(shè)備的均勻腐蝕，隨溫度的升高而加劇。在80℃時腐蝕速度最高，在110-120℃時腐蝕率最低。二級閃蒸頂部罐（R-606）操作溫度為70℃，非常接近濕硫化氫對碳鋼設(shè)備最高腐蝕速度的溫度。有資料表明，在無工藝防腐蝕條件下，碳鋼的腐蝕速率可達(dá)2 mm/a，腐蝕形態(tài)為均勻腐蝕。

3.2 氯離子腐蝕分析

由于生產(chǎn)需要，前系統(tǒng)中需要加注含氯助劑，所以氯離子被帶入二級閃蒸系統(tǒng)的是不可避免，氯離子腐蝕也是金屬腐蝕失效的重要原因之一。氯離子對金屬的腐蝕機(jī)理主要是形成腐蝕電池;還有去極化作用，Cl-不僅促成了金屬表面的腐蝕電池，而且加速了電池的作用。通常把使陽極過程受阻稱作陽極極化作用，而把加速陽極極化作用稱作去極化作用，Cl-正是發(fā)揮了陽極去極化作用;還有導(dǎo)電作用，Cl-的存在強(qiáng)化了離子道路，降低了陰陽極之間的歐姆電阻，提高了腐蝕電池的效率，從而加速了電化學(xué)腐蝕過程。

Cl-濃度越高，水溶液的導(dǎo)電性就越強(qiáng)，電解質(zhì)的電阻就越低，Cl-就越容易到達(dá)金屬表面，加快局部腐蝕的進(jìn)程;酸性環(huán)境中Cl-的存在會在金屬表面形成氯化物鹽層，并替代具有保護(hù)性能的FeCO3膜。同時Cl-會與介質(zhì)的H+結(jié)合生成腐蝕性極強(qiáng)的鹽酸，并加速金屬的腐蝕。

3.3工藝操作及環(huán)境因素的影響

9月10日二級閃蒸頂部罐（R-606）發(fā)生腐蝕泄漏時，經(jīng)現(xiàn)場確認(rèn)，接管只存在輕微滲漏，判斷9月10日接管處腐蝕現(xiàn)象不嚴(yán)重，腐蝕穿孔面積小。到9月25日，經(jīng)過15天的惡化，出現(xiàn)大面積穿孔、甚至脫落現(xiàn)象。推斷此次腐蝕故障的原因之一物料屬性的突然變化導(dǎo)致。

H2S濃度過高及PH值降低，以及HCl的存在，形成強(qiáng)酸腐蝕環(huán)境也是加速R-606接管的腐蝕重要原因。碳鋼在硫化氫體積分?jǐn)?shù)小于5×10-2mL/L時，破壞時間都比較長。NACE MR-2015認(rèn)為發(fā)生硫化氫應(yīng)力腐蝕的極限分壓0.34×10-3MPa（水溶液中的H2S濃度約為20mg/L），低于此分壓不發(fā)生硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂。

隨著PH值的增加，鋼材發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕的敏感性下降。PH值≤6時，硫化物應(yīng)力腐蝕很嚴(yán)重。當(dāng)69時，就很少發(fā)生硫化物應(yīng)力腐蝕破壞。

4.結(jié)論與措施

4.1結(jié)論

1.二級閃蒸頂部罐（R-606）頂部豎直接管與法蘭焊縫處的環(huán)形開裂就是由硫化物應(yīng)力腐蝕開裂（SSCC）和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂（SOHIC）共同作用下造成的。

2.檢查工藝記錄發(fā)現(xiàn)，在二級閃蒸頂部罐（R-606）發(fā)生腐蝕泄漏前后工藝操作出現(xiàn)異常，前系統(tǒng)注堿效果差。由于人員操作水平差異，及催化劑加入系統(tǒng)故障，前系統(tǒng)含氯助劑的添加非連續(xù)加入。都會造成R-606中氯含量增加。前系統(tǒng)注堿及水洗操作后，難免會造成PH值波動。在酸性環(huán)境下，硫和氯的腐蝕效果被放大，同時由于水洗操作，在含有硫及氯離子的環(huán)境中會出現(xiàn)H2S、HCl直接作用于金屬表面，產(chǎn)生腐蝕速率極快的強(qiáng)酸腐蝕現(xiàn)象。

3.造成此次腐蝕的主要原因之一是酸腐蝕。發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的部位位于容器的氣相部分，容器底部盛有物料部分未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕。由此推斷，腐蝕發(fā)生過程如下：物料中含有少量的S、CL離子揮發(fā)至容器頂部氣相空間，不斷的聚集，達(dá)到一定濃度后S、Cl離子與容器頂部氣相水形成H2S和HCl，對接管產(chǎn)生了嚴(yán)重腐蝕。

4.2措施

1.采取工藝防腐蝕措施，前系統(tǒng)加設(shè)脫硫工藝，避免二級閃蒸頂部罐（R-606）產(chǎn)生濕硫化氫的復(fù)雜反應(yīng)環(huán)境。徹底消除二級閃蒸頂部罐（R-606）形成H2S+H2腐蝕和強(qiáng)酸的可能性。消除二級閃蒸頂部罐（R-606）因?yàn)榱蚨斐衫^續(xù)腐蝕風(fēng)險。

2.破壞二級閃蒸頂部罐（R-606）頂部接管穩(wěn)定氣象環(huán)境，通過頂部備用口通入低壓氮?dú)膺M(jìn)行吹掃，阻止硫和氯在頂部氣相的聚集。

3.可控制提高二級閃蒸頂部罐（R-606）的液相的操作液面，破壞二級閃蒸頂部罐（R-606）頂部接管內(nèi)穩(wěn)定的氣相環(huán)境，甚至可進(jìn)行滿罐操作。

4.可在在二級閃蒸頂部罐（R-606）頂部內(nèi)表面涂抹惰性防腐蝕涂層?？墒褂免伡{米涂層。其具有良好的耐溫性、耐沸水性能、耐腐蝕性能、防結(jié)垢性能。將耐高溫耐腐蝕性的樹脂和鈦納米聚合物的性能有機(jī)結(jié)合在一起，開發(fā)的鈦納米聚合物防腐蝕專用涂料。真正的形成了屏蔽層，阻止腐蝕介質(zhì)直接接觸金屬表面如圖10所示。車間已經(jīng)成功在部分易腐蝕換熱器成功使用，并取得良好效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊啟明 李琴 李又綠，石油化工設(shè)備腐蝕與防護(hù) ，石油工業(yè)出版社，2010