高压氨水管道泄漏分析及处理方法

河北钢铁集团承钢公司维护检修管控中心 王强涛

中滦煤化工有限公司一期、二期高压氨水管道经常发生焊口开裂事故，造成氨水泄漏，处理起来比较困难。根据多年的工作经验，对这一问题发生原因及解决方法做简单的介绍。

一、氨水管道的腐蚀原因分析

1.电化学腐蚀

循环氨水冷却煤气时，煤气中一定量的氨、二氧化碳、硫化氢、氰化氢和其他组分溶解于循环氨水中，以挥发铵盐 [(NH4)2S、 NH4CN、 (NH4)2CO3等 ]和 固 定 铵 盐 [NH4Cl、NH4CNS、(NH4)2SO4和(NH4)2S2O3等]的形式存在于循环氨水中。另外，由于2个煤气净化系统的煤气脱硫装置均采用克劳斯法生产硫磺的工艺，夹带有H2S、SO2和Sx等克劳斯尾气进入气液分离器前荒煤气管道中后，在氨水中溶解并反应生成SO32-、SO42-、CNS-等离子，故循环氨水中的铵盐含量略高于其他的工艺。循环氨水中浓度：SO32-为0.7~0.9g/L、SO42-为1.0~1.5g/L、H2S为2.0~3.0g/L、HCN为0.1g/L、CNS-为1.0~1.5g/L、Cl-为1.3~1.5g/L、总氨约5g/L。

在氨水管道中，氨水所含的上述化学介质会发生电离，造成钢管的腐蚀，主要表现为均匀腐蚀。在pH≥6时，钢管的内表面为FeS所覆盖，形成保护膜，腐蚀速率较慢。但由于氨水中存在CN-，CN-能溶解FeS保护膜，产生络合离子Fe(CN)64-，加速了下列腐蚀反应的进行。

络合离子Fe(CN)64-继续与Fe2+反应生成亚铁氰化亚铁Fe2[Fe(CN)6]，在水中为白色沉淀。

当氨水中存在氧或停工时，亚铁氰化亚铁与氧接触又氧化生成亚铁氰化铁Fe4[Fe(CN)6]3，呈普鲁氏蓝色。这也是氨水贮槽和煤气管道等泄漏时外壁常见到普鲁氏蓝色的原因。

拆除下来的氨水管道上常有管壁变薄的情况，就是电化学腐蚀造成的。这也说明存在电化学腐蚀现象。

2.应力腐蚀和氢损伤

应力腐蚀是导致裂纹产生的必要条件：①同时产生应力和腐蚀；②具有特殊的腐蚀性介质，尤其是存在Cl-、OH-、HS-或NH4+离子,微应力就能导致裂纹(由制造和焊接产生的残余应力)。氨水中的硫化氢等不仅能引起一般腐蚀，而且阴极反应生成的氢还能向钢材内部渗透并扩散，造成氢鼓泡或氢鼓泡开裂，造成钢的氢诱发裂缝、应力导向氢诱发裂缝及硫化物应力开裂。

相关数据表明，合金钢在pH＝4.2时，硫化物应力的开裂最严重；pH＝5~6时，不易破裂；当pH≥7时，不发生破裂。但有CN-存在时，可发生硫化物应力开裂，随着CN-浓度的增加氢渗透速率迅速上升，CN-浓度大于5×10-4mol/L时，还会促进腐蚀。因循环氨水管道中CN-的浓度远大于5×10-4mol/L，存在硫化物应力开裂隐患，出现裂缝后会引发缝隙腐蚀。

3.缝隙腐蚀

氨水管道的焊接缺陷或应力腐蚀在管道内壁形成的微小裂纹，都能导致缝内溶液中的物质迁移困难，造成管道内流动的氨水和滞留在缝隙内的氨水产生浓度差，从而引起电位差、阳极位置发生氧化，即导致缝隙内金属腐蚀。阴极位置的电子与氨水中的氢离子反应生成氢原子，氢原子向金属扩散，并集聚在金属的高应力区，即裂缝的尖端，导致裂缝尖端脆化并使裂缝扩展成裂纹。在缝隙的宽度为0.025~0.1mm范围内，缝隙宽度变小时腐蚀率随之增高。当有Cl-离子存在时，这种腐蚀更容易发生。

4.晶间腐蚀

管道在焊接过程中，在焊缝区域局部存在较大的内应力，这是以应力区为阳极、非应力区为阴极发生的另一种电化学腐蚀，应力腐蚀所产生的裂缝一般是沿晶界发展的晶间腐蚀或穿过晶粒造成的穿晶腐蚀，也可能两者同时发生。这种电化学腐蚀与缝隙腐蚀不同，具有不均匀性，即以应力状态为导向而发生的。

5.管道焊接

虽然氨水管道内的压力只有0.3MPa，但因循环氨水管道泄漏较普遍，故对循环氨水管道的焊接要求较高，是按压力容器要求执行的。送至焦炉的循环氨水管道未严格执行焊接要求，投用后短期内即出现了大量的泄漏点。所以焊接质量是氨水管道泄漏的一个重要原因。

二、氨水管道焊口开裂的原因

氨水管道泄漏点一般都在焊口处，究其原因主要有以下几方面。

1.氨水的腐蚀

氨水做电解质，金属内部组成原电池，发生电化学腐蚀。焊缝处焊缝的电位与焊接在一起的管道之间的电位存在差异，管道的电位较低、腐蚀更为明显。另外，氨水中的金属离子易在焊缝的表面发生沉积，加重了焊缝处的电化学腐蚀现象。

2.焊接质量

观察焊缝开裂情况可以明显看出，在架设管道的过程中存在焊接质量问题。个别焊点存在夹渣、未焊透、焊缝高度低于设计值等现象，使母材与焊缝受到了破坏，导致焊缝强度低、脆性大、易疲劳等。

3.材质刚度

焊接质量与材质刚度有很大的关系，如果连接焊缝处出现焊接质量问题或焊缝处腐蚀严重，很容易在管道的焊缝处，经温差的变化将焊缝处拉裂。

三、减少氨水管道泄漏的措施

1.管道装配

(1)管道装配过程中，要保证焊接管的规整。若不规整，应先整形再装配，不能施加外力强制装配，以消除装配产生的残余应力。

(2)装配过程中应避免在管道上留下伤痕，如拉筋、夹具等留下的痕迹以及打弧烧痕，都可能成为应力腐蚀裂纹产生的诱因。

(3)在管道安装时要合理配置膨胀节和支架固定点的位置和形式。

2.焊接材料的选择

更换部分氨水管道时，在采用相同焊接工艺的前提下，有几处焊缝尝试用A302的不锈钢过渡焊条焊接，其他仍用常规焊条焊接。发现采用常规焊条焊接的焊缝使用不久就出现氨水泄漏，而采用A302不锈钢过渡焊条的焊缝使用2年没有发生泄漏。2009年8月在更换5#焦炉炉顶的氨水管道时，也采用A302不锈钢过渡焊条焊接，至今未发生泄漏。所以焊接材料应选择A302不锈钢过渡焊条。

3.焊接工艺

为了防止应力腐蚀裂纹，在焊接工艺方面主要是制定合理的工艺规程，如焊接线能量、焊接顺序和焊接质量的控制等。在判定焊接工艺时，应根据钢种不同，设法满足两方面要求，既要防止淬硬(焊接线能量过小)，也要防止晶粒严重长大(线能量过大)，如采用多层焊接。

4.焊后消除应力处理

焊接产生的残余应力是形成应力腐蚀裂纹的关键因素。老区净化1#系统的螺旋焊管制作完成后，进行了整体和对接焊缝的热处理，近7年来，焊管本身的焊缝和对接焊缝的泄漏点极少。由此证明了焊缝热处理是减少泄漏的重要措施。

四、氨水管道漏点的处理方法

中滦煤化工有限公司循环氨水管道为直径350mm管道，根据不同的漏点大小，处理方法不同。

1.裂缝10mm以内且氨水泄漏量不大

在此情况下，一般选择使用φ57mm或φ89mm管道，长度大约200mm，其一端安装D50球阀，用于焊接时氨水的泄