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    硫磺裝置一級(jí)冷凝器腐蝕原因及對(duì)策

    2023-09-11 01:21:58王磊
    石化技術(shù) 2023年8期
    關(guān)鍵詞:管程譜分析管束

    王磊

    中國(guó)石化海南煉油化工有限公司 海南 洋浦 578000

    硫磺回收聯(lián)合裝置是煉油廠環(huán)保裝置中的核心,在確保尾氣排放中SO2達(dá)標(biāo)同時(shí)生產(chǎn)高品質(zhì)液態(tài)硫磺。腐蝕性介質(zhì)貫穿整個(gè)聯(lián)合裝置,做好設(shè)備管線的腐蝕防護(hù)是聯(lián)合裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的關(guān)鍵。隨著新環(huán)境保護(hù)法的實(shí)施,保證其安全環(huán)保運(yùn)行更有必要的[1-2]。2017 年12月試運(yùn)行以來(lái),出現(xiàn)了一級(jí)冷凝器個(gè)別管束腐蝕穿孔現(xiàn)象;根據(jù)內(nèi)窺鏡檢查結(jié)果,因管束結(jié)垢嚴(yán)重,冷凝器(1203-E-102)管束內(nèi)壁無(wú)明顯腐蝕痕跡;1203-E-102殼程側(cè)為蒸汽發(fā)生器,主要介質(zhì)為冷凝水+水蒸氣,殼程溫度在155℃左右,類似鍋爐的運(yùn)行條件;管程介質(zhì)為工藝過(guò)程氣;1203-E-102管束腐蝕穿孔部位靠近管程入口側(cè)的管束與管板脹接處,腐蝕減薄區(qū)域有明顯的穿孔現(xiàn)象,如圖1所示。文中針對(duì)這一腐蝕現(xiàn)象進(jìn)行了系統(tǒng)分析,討論問(wèn)題產(chǎn)生的原因,并提出詳細(xì)的解決辦法。

    圖1 冷凝器(E102)泄漏管束部位及形貌圖

    2 檢測(cè)分析

    為分析腐蝕原因,對(duì)這三級(jí)換熱管進(jìn)行渦流檢測(cè),對(duì)一級(jí)冷凝器E102進(jìn)行412根管束全面檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果顯示只有一根管束出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象,而且這一根管束正是腐蝕穿孔這根,其余腐蝕輕微,從大修的腐蝕調(diào)查報(bào)告顯示,該冷凝器腐蝕輕微,與檢測(cè)結(jié)果吻合,如圖2所示。

    圖2 管束渦流檢測(cè)結(jié)果(紅色表示為腐蝕管束)

    2.1 材質(zhì)分析

    在管束上取塊狀樣品,依據(jù)GB/T 222-2006相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),使用光譜儀等,對(duì)管束的材質(zhì)進(jìn)行化學(xué)分析。結(jié)果表明,管束的Mn元素含量略高于標(biāo)準(zhǔn),但符合GB/T 222-2006鋼的成品化學(xué)成分允許偏差,其余元素成分都符合10鋼的標(biāo)準(zhǔn)要求,見(jiàn)表1。

    表1 管束材質(zhì)的化學(xué)成分(wt%)

    2.2 管束的金相檢驗(yàn)

    在管束上切取金相樣品,經(jīng)預(yù)磨、拋光、腐刻后,在顯微鏡下觀察分析。管束的外、內(nèi)管壁上均有一些小的腐蝕坑產(chǎn)生,蝕坑內(nèi)有腐蝕產(chǎn)物存在;壁厚為3.17mm,沒(méi)存在明顯減薄現(xiàn)象;管束的金相組織為:鐵素體+少量的珠光體,見(jiàn)圖3所示。

    圖3 冷凝器管束的金相組織

    2.3 掃描電鏡和能譜分析

    分別選擇基體腐蝕坑處、邊緣部位、腐蝕坑底部等不同位置分析其主要元素分布,具體位置和譜圖如圖4所示。蝕坑產(chǎn)生,也向管壁中擴(kuò)展,蝕坑內(nèi)有腐蝕產(chǎn)物;能譜分析表明,蝕坑中的腐蝕產(chǎn)物主要由O、Fe元素構(gòu)成,在緊靠管壁基體區(qū)域的腐蝕產(chǎn)物中除O、Fe外,還含有少量的S等腐蝕性元素。

    圖4 冷凝器管束腐蝕坑的能譜結(jié)果

    圖5 腐蝕產(chǎn)物的XRD結(jié)果

    能譜分析結(jié)果表明:蝕坑內(nèi)有腐蝕產(chǎn)物,腐蝕產(chǎn)物在蝕坑中堆積并有部分剝落;能譜分析表明,蝕坑中的腐蝕產(chǎn)物主要由O、Fe元素構(gòu)成,在緊靠管壁基體區(qū)域的腐蝕產(chǎn)物中除O、Fe外,還含有少量的S等腐蝕性元素,見(jiàn)圖4所示。這可能是腐蝕產(chǎn)物在此處累積造成的。 對(duì)腐蝕坑的區(qū)域進(jìn)行了能譜分析,能譜結(jié)果顯示,裂紋處除了基體元素分布之外,發(fā)現(xiàn)一定量的硫元素,其原子百分?jǐn)?shù)為1.9%。

    經(jīng)腐蝕產(chǎn)物的XRD結(jié)果譜圖分析可知,樣品的主要成分包括FeS。由于管束內(nèi)主要介質(zhì)為過(guò)程氣體,里面含有水分和H2S,F(xiàn)eS的產(chǎn)生機(jī)理為:H2S + Fe → FeS +2H+。

    2.4 工藝過(guò)程分析

    燃燒反應(yīng)后的高溫過(guò)程氣進(jìn)入制硫燃燒爐余熱鍋爐(E-101/E-201),在制硫燃燒爐余熱鍋爐中,采用發(fā)生蒸汽(4.6MPa)達(dá)到回收反應(yīng)余熱并降低過(guò)程氣溫度的目的。過(guò)程氣溫度降至339℃后進(jìn)入一級(jí)硫冷凝器(E-102/E-202),在一級(jí)硫冷凝器中,采用發(fā)生低低壓蒸汽(0.5MPa)達(dá)到回收反應(yīng)余熱并降低過(guò)程氣溫度的目的,降溫是為了分出反應(yīng)生成的單質(zhì)硫。所以管程中的介質(zhì)有沒(méi)反應(yīng)完的 H2S、SO2、H2O。

    3 綜合分析

    根據(jù)前期對(duì)冷凝器(1203-E-102/104/105)腐蝕情況的檢查(參見(jiàn)上周期硫磺裝置1203-E-102/104/105腐蝕檢查報(bào)告),確認(rèn)該硫磺裝置三級(jí)冷凝器的穿孔泄漏僅發(fā)生在裝置的一級(jí)冷凝器(1203-E-102)的個(gè)別管束上,穿孔位置靠近管程入口側(cè)的管束與管板脹接處,穿孔處管壁腐蝕減薄明顯,而且腐蝕穿孔是從管束內(nèi)部向外壁發(fā)生,屬于典型的局部腐蝕破壞。

    由于管程介質(zhì)為過(guò)程氣(過(guò)程氣中殘留有SO2、H2S、CO2和水蒸氣等),在一定的條件下,會(huì)對(duì)管束內(nèi)壁產(chǎn)生腐蝕破壞作用,如過(guò)程氣中的H2S具有很強(qiáng)的活性,當(dāng)管束內(nèi)含有夾雜,夾雜處就會(huì)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕,其腐蝕特性是非均勻的電化學(xué)腐蝕,形成層狀剝落(管內(nèi)的層狀鐵銹)和局部蝕坑(導(dǎo)致管束的穿孔)[4]。由對(duì)管束內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物的電鏡能譜分析,確認(rèn)了管束內(nèi)壁中存在層狀腐蝕產(chǎn)物FeS。

    4 結(jié)論及建議

    4.1 結(jié)論

    (1)對(duì)一級(jí)冷凝器E102進(jìn)行412根管束全面檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果顯示腐蝕穿孔只是個(gè)例,不存在大面積局部腐蝕現(xiàn)象,從大修的腐蝕調(diào)查報(bào)告顯示,該冷凝器腐蝕輕微,與檢測(cè)結(jié)果吻合。

    (2)綜合現(xiàn)場(chǎng)腐蝕情況及分析結(jié)果,一級(jí)冷凝器E102腐蝕失效的主要原因是:由于該管束夾雜,在 SO2、H2S、CO2腐蝕環(huán)境下出現(xiàn)局部電化學(xué)腐蝕區(qū)域,最終導(dǎo)致一級(jí)冷凝器換熱管穿孔和泄漏。

    4.2 建議

    (1)管束生產(chǎn)企業(yè)需要加強(qiáng)對(duì)管束來(lái)料的質(zhì)量管理。完善設(shè)備進(jìn)場(chǎng)的質(zhì)量控制。

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