催化裂化裝置富氣系統(tǒng)管線腐蝕泄漏分析

于兆峰(大慶煉化公司煉油生產(chǎn)二部催化作業(yè)區(qū)，黑龍江 大慶 163411)

1 催化裂化裝置氣壓機富氣系統(tǒng)腐蝕概況

近年來由于加工原油的多元化和劣質(zhì)化，煉油廠各裝置的腐蝕問題日趨嚴重。大慶煉化公司二部催化裂化裝置以常壓渣油及減壓渣油為原料，生產(chǎn)汽油、柴油、液態(tài)烴等產(chǎn)品，隨著原油含硫量的增加，裝置設(shè)備、管線的腐蝕問題越來越突出，尤其是氣壓機富氣系統(tǒng)管線頻繁出現(xiàn)多處腐蝕漏點，嚴重影響裝置安全平穩(wěn)長周期運行。

2 催化裂化裝置富氣系統(tǒng)流程及介質(zhì)參數(shù)

氣壓機富氣系統(tǒng)流程如圖1所示，分餾塔頂油氣經(jīng)冷卻后進入氣壓機入口分液罐D(zhuǎn)10201，分液罐分離出的氣相介質(zhì)經(jīng)富氣壓縮機抽出，壓縮后升溫升壓送至吸收穩(wěn)定單元繼續(xù)加工。催化裂化富氣系統(tǒng)就是指從氣壓機入口分液罐開始到氣壓機出口管線為止的所有設(shè)備及管線。

圖1 催化裂化裝置氣壓機富氣系統(tǒng)流程圖

經(jīng)化驗分析，催化裂化裝置富氣系統(tǒng)介質(zhì)參數(shù)如表1所示。

表1 催化裂化裝置富氣系統(tǒng)介質(zhì)數(shù)據(jù)

3 造成腐蝕的原因

富氣系統(tǒng)出現(xiàn)漏點后，經(jīng)采樣分析確定H2S是富氣中的主要腐蝕介質(zhì)，其余腐蝕成分如HCl、SO2、SO3等含量較少，可忽略不計。有分析可知富氣中H2S的濃度為2.0～2.7×103mg/L，含量較高，易發(fā)生腐蝕。H2S的腐蝕類型很多，其中較常見且危害較大的是H2S應力腐蝕。H2S應力腐蝕方式主要有4種類型：氫鼓泡(HB)；硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)；氫致開裂(HIC)；由應力引起的氫致開裂(SOHIC)。富氣系統(tǒng)設(shè)備管線的腐蝕還有其特殊的影響因素：氫脆化(HIC)；熱影響區(qū)(HAZ)。

3.1 HB腐蝕

在腐蝕的微觀變化中，氫原子逐漸析出并向鋼中慢慢擴散，不斷地向鋼材的雜質(zhì)區(qū)、分層和其他不連續(xù)處聚集形成氫分子。因為氫分子很難從鋼的組織內(nèi)逸出，所以局部組織就會在這種內(nèi)壓下屈服從而在表面層下形成平面孔隙結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象稱為氫鼓泡，其發(fā)生部位及分布情況為鋼板表面平行分布。它的發(fā)生與材料中的夾雜物等缺陷密切相關(guān)，與外加應力無關(guān)。富氣管線材質(zhì)為20#，其中主要成分C：0.17～0.24，Si：0.17～0.37，Mn：0.35～0.65，雜質(zhì)含量較多，且缺陷較多，尤其是有縫鋼管的焊道部位及其熱影響區(qū)。

3.2 SSCC腐蝕

電化學失重腐蝕SSCC。H2S、CO的分壓在濕度比較大的環(huán)境中會產(chǎn)生電化學腐蝕，且電化學腐蝕程度與分壓值成正比。劇烈的SSCC會導致設(shè)備、承壓管道的壁厚快速減薄，而且管路、設(shè)備中的介質(zhì)流通及自控儀表的正常工作會受到大量的腐蝕產(chǎn)物阻礙。焊接中熱影響區(qū)的高硬度值是電化學失重腐蝕的高發(fā)部位。鋼材的化學元素、金相組織、力學性能、外應力、殘余應力以及焊接工藝都是影響SSCC的關(guān)鍵因素［1］。富氣中含有從分餾系統(tǒng)帶來的水分，且富氣管線為有縫鋼管，為電化學腐蝕發(fā)生提供了必要條件。

3.3 HIC腐蝕(氫致開裂)

階梯狀的內(nèi)部裂紋，裂紋連接金屬內(nèi)不同平面上相鄰的氫氣泡或者連接與金屬表面相鄰的氫氣泡。HIC 的形成不需要外部施以應力。內(nèi)部裂紋(有時也叫氣泡裂紋)由于氫積累產(chǎn)生的內(nèi)部壓力，借助穿晶塑性剪切機理而傾向于同其它裂紋相連。在鋼內(nèi)不同平面上的裂紋相連被稱為階梯狀裂紋，以體現(xiàn)出裂紋的形態(tài)特征［1］。通過檢查漏點位置的裂紋截面，發(fā)現(xiàn)截面為剪切形狀，可以判斷出存在氫致開裂，氫致開裂與焊接缺陷結(jié)合，造成沿焊道方向長裂紋。

3.4 SOHIC腐蝕(應力定向氫致開裂)

與應力呈垂直排列的裂紋，這些裂紋是由鋼內(nèi)小的 HIC裂紋連接而成，要形成應力定向氫致開裂需要拉伸強度(剩余的或施加的)。SOHIC 通常在基材金屬焊接的高應力集中區(qū)域及熱影響區(qū)。SOHIC 還可能在敏感鋼材的其他高應力點出現(xiàn)，比如機械裂紋和缺陷的尖端，或者由于鋼不同平面上的HIC 的相互作用而生成［1］。引發(fā)SOHIC的主要原因有：HAZ熱影響區(qū)；SSCC裂紋；少數(shù)HIC裂紋；制造缺陷裂紋。沿著預先存在的裂紋進一步擴展進而發(fā)展成SOHIC。因此，它往往伴隨其它腐蝕形式的出現(xiàn)，危害性更大。

3.5 HE氫脆化

由于原子氫的穿透而造成的高強度鋼的延性損失會導致脆性斷裂。氫脆( HE)在制造、焊接，或者在水溶液的、腐蝕性的或者氣體的環(huán)境中把氫充入鋼的時候會發(fā)生。由腐蝕機理可看出，在酸性腐蝕過程中會有氫離子析出，氫離子通過滲透進入鋼材內(nèi)部，破壞了金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導致氫脆化的出現(xiàn)。

3.6 HAZ熱影響區(qū)

基材金屬與焊縫鄰近的部分，未熔化但焊接的熱量改變了其金相微觀結(jié)構(gòu)和機械性能，并伴有不良影響。現(xiàn)場出現(xiàn)裂紋的位置緊貼焊道，而熱影響區(qū)的范圍是焊道兩側(cè)20 cm左右，離焊道越近，受熱影響越嚴重。

4 腐蝕狀況分析

圖2是打鋼帶處理后的漏點，漏點為沿管線本體焊道的裂紋，位置在緊貼焊道的熱影響區(qū)平行于焊道，管線材質(zhì)為20#鋼。從圖中可以看出裂紋沿漏點位置繼續(xù)延伸。

圖2 焊縫處的應力腐蝕開裂

結(jié)合實際情況，分析主要原因有：(1)H2S在15～35 ℃的溫度環(huán)境下與水或水蒸氣混合，極易對碳鋼和低合金鋼產(chǎn)生SSCC腐蝕。常減壓渣油硫及硫化物含量很高，這些腐蝕成分在催化裂化的加工過程中又生成了以H2S為主的硫化物，在分餾過程中不可避免的與水或水蒸氣混合，形成了腐蝕介質(zhì)；(2)富氣系統(tǒng)管線工作溫度在30～60 ℃，為SSCC腐蝕提供了極易發(fā)生腐蝕的溫度；(3)富氣系統(tǒng)介質(zhì)的pH值為6～9，屬于硫化物腐蝕較活躍范圍；(4)在腐蝕部位，沿裂紋方向的內(nèi)管壁上發(fā)現(xiàn)了凹凸不平的腐蝕小坑，在這些小坑位置還會形成渦流，加快了腐蝕速率[1]。綜上所述，根據(jù)氣壓機富氣系統(tǒng)管線中的介質(zhì)以及裂紋產(chǎn)生的部位與形狀，并結(jié)合腐蝕機理可以判斷，裂紋的出現(xiàn)主要是由于硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)和焊接應力引起的氫致開裂(SOHIC) 導致。

5 結(jié)語

通過以上分析，結(jié)合機組實際工藝操作指標，采取以下措施解決腐蝕問題：(1)在氣壓機入口油氣分離器D10201前，加注緩蝕劑，與介質(zhì)中的H2S中和，從而降低富氣中的H2S含量，提高介質(zhì)pH值。(2)在氣壓機入口管線和機間管線注入除鹽水，使壓縮富氣系統(tǒng)的pH值大于9，脫離易于硫化氫腐蝕的pH環(huán)境。(3)更換被腐蝕管線并將管線材質(zhì)升級為Q245R，在更換作業(yè)時對每道焊縫均做熱處理，同時通過射線探傷、著色等方式檢驗焊接質(zhì)量。(4)在滿足工藝操作的前提下，可以調(diào)整富氣入口溫度，使其脫離15～35 ℃碳鋼和低合金鋼對SSCC 的敏感區(qū)，減緩腐蝕速率。通過采取上述措施后，可以減緩催化裂化裝置的富氣系統(tǒng)的硫化氫應力腐蝕開裂，保證機組長周期平穩(wěn)運行。