PTA装置脱水塔T403入口管线腐蚀分析

李向群

(中国石油化工股份有限公司仪征化纤股份有限公司，江苏仪征 211900)

PTA装置脱水塔T403入口管线腐蚀分析

李向群

(中国石油化工股份有限公司仪征化纤股份有限公司，江苏仪征 211900)

介绍了PTA装置溶剂回收系统脱水塔T403入口管线焊缝及基材的腐蚀情况，通过宏观和低倍观察，发现入口管线焊缝区发生冲刷腐蚀及化学腐蚀;通过金相与硬度测试及材质成分分析，发现入口管基材与焊缝的成分和组织的差异;通过扫描电镜分析和电化学试验等方法分析其各自电化学性能，发现基材的耐蚀性明显地高于焊缝处，从而使得焊缝区容易发生优先腐蚀;加上流体的冲刷腐蚀，使焊缝处逐渐凹下，从而导致经过该处的流体产生湍流，最终加剧该焊缝处的冲刷腐蚀，直到焊缝穿孔。为防止焊缝的优先冲刷腐蚀，应选择耐蚀性略高于至少同于基材耐蚀性的焊缝金属，并对焊后的焊缝表面进行有效的处理，以减少流体对其的重点冲刷。实践证明，PTA装置中，在水与醋酸的环境下，钛材是最好的选择。

PTA 脱水塔 腐蚀 冲刷

PTA装置溶剂回收系统主要通过分离、加热、脱水和精馏等工序回收合乎生产需要的醋酸，涉及的介质主要是高含量的醋酸。脱水塔T403主要接受来自氧化反应器、结晶器的气相冷凝液和高压吸收塔来的醋酸溶液等几股进料，并且从不同的塔板处进入，经脱水塔再沸器E403加热，通过精馏分别在塔底、塔顶得到合乎生产需要的醋酸和水溶液。通过对T403的整体测厚情况观察没有发现严重减薄，但是从汽提塔T402来的气相入口管线发生严重腐蚀，该管线的材质为317L不锈钢(00Cr19Ni13Mo3);管内介质为水与醋酸蒸汽，温度为103～133℃;T403塔内压力为26.86(塔顶)～37.66(塔底)kPa。3l7L属于高钼超低碳奥氏体不锈钢，317L与常规的铬-镍奥氏体不锈钢(如304合金)相比，具有更强的抗化学腐蚀能力，更高的延展性、抗应力腐蚀性能、耐压强度及耐高温性能［1］。

1 宏观和低倍分析

T403塔入口管的腐蚀在入口管法兰结合面和内壁上，该入口管的接管前面部分是钛材，而筒体部分接管的材质是317L，发现这次腐蚀主要发生在筒体接管处。从入口管内壁上割取一块带有焊缝的管壁作为T403塔入口管腐蚀分析的样品，焊缝处明显薄于管壁，颜色呈灰黑色，并已经穿孔;与焊缝连接的管壁上布满大大小小的椭圆形的马蹄坑，表面有少量的棕红色锈斑。入口管外壁表面只是覆有棕红色锈斑，入口管焊缝处厚度明显地薄于管壁，穿孔也发生在焊缝处。T403塔入口管腐蚀形貌见图1。

图1 T403塔入口管腐蚀形貌Fig.1 T403 tower inlet pipe corrosion morphology

从入口管的宏观和低倍分析的结果分析发现入口管内壁受到了管内介质的冲刷腐蚀和水与醋酸蒸汽的化学腐蚀，虽然317L有较高的耐晶间腐蚀和耐点蚀性能，但是在103～133℃ ，长时间作用也会发生腐蚀。而焊缝处表面不光滑使得发生腐蚀的速率较管壁高，加上长期冲刷，所以焊缝处腐蚀尤为严重，原来与管壁平齐、厚度相等的焊缝经过冲刷腐蚀后明显地减薄直到穿孔。

2 金相分析与硬度测试

从T403塔入口管上截取金相样品，经研磨、抛光、用10%(质量分数)草酸溶液电解腐蚀后，观察其金相显微组织并进行硬度测试。T403塔入口管在焊缝处明显地减薄。而入口管外壁由于没有流体的冲刷腐蚀，管壁平直，焊缝与管壁焊接处结合良好，只是组织上存在很大差异。T403塔入口管焊缝处金相组织观察结果见图2。

使用HX-1型显微硬度计，测定焊缝与管壁基材的硬度值，结果表明，两者的硬度基本相同。

3 材质成分分析

利用扫描电镜能谱仪分别对T403塔入口管壁基材和焊缝处进行元素成分半定量分析。测定结果表明，T403塔入口管壁基材和焊缝的材质成分虽然都是Cr-Ni-Mo奥氏体不锈钢，但含量和成分存在差异，详见图3。

图2 T403塔入口管焊缝处金相组织Fig.2 T403 tower at the entrance of the pipeline weld microstructure

图3 T403塔入口管壁基体、焊缝成分分析Fig.3 T403 tower inlet pipe wall base,weld composition analysis

317L(00Cr19Ni13Mo3)材质中 Si质量分数小于、等于1.00%，Mn的质量分数为小于、等于2.00%，Ni的质量分数为11.00% ～15.00%，Cr的质量分数为18.00% ～20.00%，Mo的质量分数为3.00%～4.00%，通过分析发现基材成分没有发生改变，但是焊缝处的Si质量分数已大于1.00%，Mo的质量分数超过标准值4.00%。

4 扫描电镜分析

利用扫描电镜对T403塔入口管样品内壁A，B和C区，进行形貌观察和能谱分析，详见图4。

图4 T403塔入口管样品内壁分析区域Fig.4 T403towerinletpipewallbase,weldcompositionanalysis

A区为焊缝穿孔处附近，流体的冲刷腐蚀使焊缝内壁表面金属成为疏松“海绵状”或“麦秸状”，主要构成元素还是 Cr，Ni，Mo和 Fe等这些Cr-Ni奥氏体不锈钢的基本成分。

B区为焊缝与基材的结合处，焊缝两侧的基材在流体冲刷腐蚀的作用下，由于流体流向的因素，在焊缝两侧的基材上留下明显不同的冲刷腐蚀痕迹;而在与基材结合的焊缝中，由于焊缝凝固时晶粒生长的方向性，留下了类似于“割倒麦秸状”。

C区为内壁基材，由于流体冲刷的作用基本没有腐蚀产物的存在，只能见到内壁基材经冲刷腐蚀后而留下的痕迹——“马蹄坑”。

5 电化学试验

分别从T403塔入口管样品上的基材与焊缝部分制成电化学试验样品，在质量分数为40%醋酸水溶液，25℃的条件下测试其动电位极化曲线，详见图5。

试验结果表明，基材的腐蚀电压为－0.022 V，腐蚀电流为6.68E－7A/cm2;焊缝的腐蚀电压为－0.074V，腐蚀电流为4.61E－6A/cm2。两者的腐蚀电压相差50 mV，腐蚀电流相差一个数量级，因此基材的耐蚀性能明显优于焊缝。

图5 入口管样品上基材与焊缝极化曲线Fig.5 Inlet pipe weld on the sample substrate and the polarization curves

6 分析与讨论

当带有焊缝的金属构件暴露于腐蚀介质环境时，不可避免地发生焊缝区的各种类型腐蚀:选择性腐蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀以及均匀腐蚀等。其中A为焊接应达到的理想效果;B和C两种情况主要是由于基材和焊缝金属之间化学成分或组织的差异导致两者电化学性能的不同，从而产生焊缝金属或基材的优先腐蚀。焊缝区的选择性(优先)腐蚀是危害较严重的一种腐蚀形式［2］。

T403塔入口管基材与焊缝存在着成分和组织的差异，其各自的电化学性能也不同，基材的耐蚀性明显地高于焊缝处，使得焊缝区容易发生优先腐蚀。同时，除了腐蚀的作用外，还有流体的冲刷作用，腐蚀与冲刷共同作用所造成的破坏结果要远远地大于腐蚀或冲刷的单一作用。当焊缝优先腐蚀后，流体将腐蚀产物冲刷掉，经过腐蚀和冲刷的不断作用，焊缝处逐渐地产生凹下，焊缝处的凹下会使经过该处的流体产生湍流，从而加剧该焊缝处的冲刷腐蚀，直至穿孔。

7 结论及建议

T403塔入口管焊缝减薄并穿孔是塔内介质对其优先腐蚀并冲刷共同作用的结果。为防止焊缝的优先冲刷腐蚀，应选择耐蚀性略高于至少同于基材耐蚀性的焊缝金属，并对焊后的焊缝表面进行有效处理，以减少流体对其的重点冲刷。

另外，该系统是醋酸回收系统，设备原先材质为904L或317L，它们虽然抗腐蚀能力强，材料等级较高，但是均出现不同程度的腐蚀，特别是筒体焊缝区域均匀腐蚀严重，所以从2005年相继更换成钛材，目前状况完好。虽然2205型双相不锈钢以其优越的耐腐蚀性能(包括均匀腐蚀和局部腐蚀)、机械性能、机加工性能和良好的焊接性能被大量应用于PTA技术，在80～135℃，基本取代早期PTA装置中的317L，国产化的PTA装置甚至部分取代了钛材，但是实践证明，PTA装置中，在水与醋酸的环境下，钛材是最好的选择。

［1］任凌波，任晓蕾.压力容器腐蚀与控制［M］.北京:化学工业出版社，2003:21.

［2］郑玉贵，姚治铭，柯伟.焊缝区选择性腐蚀及其防护措施［J］.化工机械，1993，20(6):359-365.

Analysis of Corrosion of Inlet Line of Dehydration Tower T403 in PTA Unit

Li Xiangqun
(SINOPEC Yizheng Chemical Fiber Co.，Ltd.，Yizheng，Jiangsu 211900)

The corrosion in welds and base material of inlet line of dehydration tower in solvent recovery system of PTA unit was introduced.The macro inspection and low－power examination found impingement erosion and chemical corrosion at welds of inlet line.The metallography and hardness testing and metallurgy analysis found the differences in composition and structure between base material of inlet line and welds.The analysis of chemical properties by scanning electron microscope(SEM)and electro － chemical testing demonstrated that the corrosion resistance of base material was obviously higher than that of welds.Therefore，the welds were subject to corrosion.Under the effect of impingement of fluid，the welds were gradually becoming concave which resulted in turbulent flow of fluid and finally led to erosion corrosion and welds failure.To prevent erosion corrosion of welds，the welding metal whose corrosion resistance is equal to or greater than that of base material shall be selected，and the weld surface should be effectively treated to minimize the impingement of fluid.The practice has showed that Ti material is a good selection for acetic acid and water environment in PTA unit.

PTA，dehydration tower，corrosion，impingement

TE986

A

1007－015X(2012)01－0061－04

2011－10－ 15;修改稿收到日期:2011－11－29。

李向群，(1977－)，女，2001年毕业于连云港化工高等专科学校(现淮海工学院)化工工艺专业，在公司运行保障室负责PTA生产中心压力容器、压力管道、安全附件、起重机械等特种设备、常压储罐的专业管理及相关腐蚀管理等工作。E-mail:Lixq－yzhx@sinopec.ocm

(编辑 张向阳)