干燥机BM302 壳体腐蚀原因分析及对策

任中亮

(中国石油化工股份有限公司 洛阳分公司，河南 洛阳 471012)

0 前言

近些年来，我国聚酯工业发展迅速，而精对苯二甲酸(PTA)是重要原料，因此对精对苯二甲酸(PTA)的需求量增长强劲。PTA 装置成了石化行业投资的热点。但其生产以对二甲苯(PX)为原料，醋酸为溶剂，醋酸钴为催化剂，氢溴酸为促进剂，与氧气反应生成精对苯二甲酸产品。此工艺路线温度、压力高，且含溴离子的浓醋酸腐蚀性极强。设备用材级别较高。洛阳石化PTA 装置氧化干燥机BM302 为PTA 装置核心设备之一，由日本TSK 公司生产，2000 年5 月投用。2003 年6 月底，装置进行了扩能改造，产能由22.5 万t/a 增加至32.5 万t/a，氧化单元干燥系统增加干燥机一台(BM302A)，满足了装置增大处理量的要求，但同时，由于装置扩能，进入干燥机内TA 滤饼带入的醋酸、氢溴酸等腐蚀性介质浓度升高，设备的腐蚀不断加重。图1 为PTA 装置干燥过程的工艺流程图。

1 泄漏及抢修情况

2008 年，9 月19 日下午16:00 时，巡检发现氧化单元干燥机BM302 壳体敲击器处有白色粉末渗出，从现象上看应是干燥机壳体穿孔。由于该设备为PTA 装置核心设备，价值达数千万元，一旦出现壳体严重腐蚀造成断裂，将造成重大设备事故，并将严重影响现场人员安全，且会造成装置长达一年时间停工状态，后果不堪设想。9 月21 日，化工车间对BM302进行停机确认、处理，发现干燥机壳体腐蚀异常严重，从腐蚀的部位看，主要集中在敲击器加强板左侧，发生严重穿孔的四处部位均位于敲击器正下方，且四处为相邻的四处敲击器。

图1 工艺流程图

原设计壳体钢板为316 L 不锈板，厚度原为12 mm，现北端敲击器加强板壳体部分多处减薄为7～8 mm，局部达到2～5 mm，多处穿孔，壳体整体减薄面积达24 m2。

为了保证生产装置的正常运行，根据测厚结果将北侧敲击器带护板刨除，对整个腐蚀严重的区域进行整体加强，焊加强板(316L，厚度为10 mm)处理。同时，在新焊的加强板上再焊敲击器护板及敲击器加强筋，为避免未发生严重腐蚀穿孔部位的进一步腐蚀恶化，新装敲击器部位与原敲击器安装位置错开。9 月22 日16:35 泄漏部位抢修完毕，按照开工步骤进行开工，PTA 装置很快恢复正常生产。

2 泄漏原因分析

抢修完毕后，我们针对干燥机壳体的泄漏情况进行了认真分析，认为主要有以下几方面原因:

2.1 醋酸、溴离子浓度增加促进设备腐蚀加速

随着装置的扩能改造，进入干燥机内的含溴醋酸特别是溴离子浓度由最初的500 ×10-6～600 ×10-6增加至650 ×10-6～750 ×10-6，纯醋酸对含钼不锈钢腐蚀并不严重，但醋酸溶液中含有溴离子时，对设备呈现强烈的腐蚀。卤粒子，尤其Br-和Cl-，还有碱是304 L、316 L 等低碳奥氏体不锈钢产生应力腐蚀的主要原因，高浓度的溴离子会在很大程度上增大缝隙腐蚀的速率，干燥机腐蚀部位内有抄料板与筒体连接焊缝，外有敲击器交变应力作用，该部位为干燥机对湿料加热效率最高位置，从而加剧该部位腐蚀。316 L 不锈钢含Mn 量较高(≤2.0%)，且含S(≤0.03%)在表面会形成MnS 夹杂，这些夹杂通常在晶界上形成，由于溴离子是活泼的阴离子，能强烈吸附在钢表面，侵蚀性很强，首先把钢表面MnS 夹杂蚀去，这样沿晶界形成一个个蚀孔，蚀孔内溴离子进一步浓缩，点蚀向深处发展，从而对设备形成强烈的腐蚀。发生严重腐蚀的部位恰在干燥机的中部，正是工艺介质含酸量由高向低、温度由低向高过渡的结合处，是最易发生腐蚀的部位。

2.2 环境温度对设备的腐蚀影响

温度对含溴醋酸溶液影响很大，一般说来，随着温度的升高，含溴醋酸溶液的电解率提高，H+浓度增大，溶液的pH 值变小，腐蚀增强。316 L 材料随温度变化的腐蚀曲线图见图2。室温下的含溴醋酸冷凝液沉积，会使316 L 不锈钢管材在几个月内腐蚀穿孔，而当环境温度在70 ℃以上时，316L 不锈钢不仅会产生严重的点蚀，而且也会大大加速含钼不锈钢的均匀腐蚀速率。干燥机北端敲击器加强板部位温度为80～100 ℃，正处于腐蚀的薄弱环节因此产生强烈的腐蚀而导致穿孔。

图2 温度对年平均腐蚀深度的影响(10%HBr、48 h)

2.3 扩能后干燥机碱洗作业频率增加引起设备腐蚀加速

干燥机BM302 材料采用的是奥氏体不锈钢316 L，耐应力腐蚀性能不理想，特别是对氯化物、纯水、热碱、硫化氢水溶液等很敏感。所以在增加碱洗频率后，腐蚀速度加快，这种断裂通常是穿晶型的。2003 年6 月，PTA 装置扩能后，由于干燥机进料中灰分增加，使得TA 在设备内部结垢速度加快，干燥机的碱洗作业由扩能前的3～4个月一次，增加到2～3 个月一次，而碱液中的氯离子的夹带极易使不锈钢干燥机壳体内表面形成应力腐蚀裂纹。

2.4 长期的摩振腐蚀是壳体穿孔的内因

承受载荷的相互接触的金属表面由于振动发生摩振腐蚀，敲击器垫板和干燥机壳体由于长年累月反复承受敲击球的敲击作用，会发生振动和相对的摩擦，这会破坏金属保护膜，裸露的金属迅速氧化，氧化和磨损反复进行，从而加剧了原有腐蚀的恶化。由于敲击器长年累月作用形成的摩振腐蚀是此次发生严重腐蚀穿孔的的重要助推剂。

3 临时处理措施

①将北侧敲击器带护板刨除，对整个腐蚀严重的区域进行整体加强，焊加强板(316 L，厚度为12 mm)，待大检修时对内部再进行处理。②在新焊的加强板上再焊敲击器护板及敲击器加强筋，为避免未发生严重腐蚀穿孔部位的进一步腐蚀恶化，新装敲击器部位与原敲击器安装位置错开。

4 防范措施及建议

①该干燥机采用两端支撑，单端驱动方式，中部筒体受力相当复杂，由于筒体减薄，强度大大降低，剪切力和交变的拉应力共同作用，极易造成干燥机筒体断裂和装置长时间停工的严重后果，应立即对干燥机现在能否继续运行进行科学的分析评估，并对腐蚀原因进行彻底分析，采取措施尽量降低腐蚀速率。②及时对该干燥机进行更新，由于该设备存在重大安全隐患，于2011 年8 月进行设备更新，壳体仍选用316L 不锈钢，厚度为18 mm，现该设备运行正常。③优化催化剂配比和过滤机操作，降低进入干燥机内介质的醋酸、氢溴酸浓度;优化操作，尽量减少碱洗操作次数。④加强设备状态监，每年检修时对干燥机壳体进行测厚检查。