PTA装置第一结晶器孔蚀原因分析

摘 要：PTA车间第一结晶器D1401在2013年检修时，发现人孔接管与筒体内表面连接的不锈钢堆焊层存在两处直径为4mm的腐蚀穿孔，已经露出碳钢基层。分析腐蚀原因，主要是由于在醋酸环境下，Cl-引起的孔蚀。本文详细分析了孔蚀失效机理，提出了防护措施。

关键字：PTA第一结晶器；渗透检测；焊缝腐蚀穿孔；原因分析；防护措施

1.概况

PTA第一结晶器D1401工艺操作参数： PTA第一结晶器，操作压力为3.6 MPa，操作温度为246℃，介质为PTA浆料含有的腐蚀介质有醋酸、碱液（含有一定量的Cl-）、氢气等。设备规格：ф4400×7070×（89+3）mm。壳体材质：基材是SA516-70，公称壁厚89mm；衬材是00Cr19Ni10，公称壁厚3mm。该设备在2013年检修时，对其进行渗透检测，发现人孔接管与筒体内表面连接的不锈钢堆焊层存在两处直径为4mm的腐蚀穿孔，已经露出碳钢基层。

2.孔蚀原因分析

2.1孔蚀机理

①点蚀：在压力容器表面的局部地区，出现向深处腐蚀的小孔，其余地区不腐蚀或腐蚀轻微，这种腐蚀形态称为小孔腐蚀（也称点蚀） 。点蚀一般在静止的介质中容易发生。具有自钝化特性的金属在含有氯离子的介质中，经常发生孔蚀。②点蚀形成的因素：点蚀的形成与金属的不均匀性、微观缺陷、钝化膜修复缓慢、局部酸度过高、破坏性阴离子的吸附、温度以及介质流速、金属的表面状态等许多因素有关。Cl-是导致点蚀的典型“激发剂”，随着介质中Cl-浓度增加，点蚀电位下降，使点蚀容易发生，而后又容易加速进行。

2.2人孔接管与罐壁内表面连接焊缝的孔蚀部位，如图1所示

2.3腐蚀介质的影响

PTA第一结晶器中腐蚀介质包括醋酸、碱液（含有一定量的Cl-）、氢气等。奥氏体不锈钢的表面有一层氧化膜，这层薄膜会因周围环境的改变而发生变化，Cl-、碱和流体的存在会使这层薄膜破坏，而产生电流，其中基体金属为阳极，腐蚀产生的氯化物为阴极，形成小阳极，大阴极，就是典型的点蚀特征。由于PTA第一結晶器时常进行碱洗，在人口焊缝处因碱洗残留的Cl-在PTA垢下浓缩，Cl-有较强的活性对腐蚀影响很大，首先把钢表面的夹杂物如MnS蚀去，使氧化膜破坏产生大蚀孔，在蚀孔内Cl-进一步浓缩，点蚀就会向深处发展，同时在醋酸环境下也加速了均匀腐蚀的发生，因而危害性很大。在点蚀的开始阶段硫化物发生如下反应：

2.4材料质量和焊接质量的影响

由于金属材料表面组织和结构的不均匀性使表面钝化膜的某些部位较为薄弱，成为点蚀容易形核的部位。点蚀是从表面缺陷处、突起的夹杂物或者金属的晶界处开始的。由于人孔接管与壳体内表面堆焊过程中很可能存在堆焊层厚度不均匀，表面粗糙，金属的成分偏析，热处理效果不好，应力集中等问题，加之材料本身存在夹杂物等问题。这样，在腐蚀环境下，在焊缝表面有缺陷的地方以及存在非金属夹杂物的地方就会发生腐蚀。

2.5工艺操作条件的影响

在高温、高压、高射流速度及闪蒸情况下，容器受到了冲刷腐蚀和汽蚀。

3. 结论

①此结晶器人孔接管与壳体的焊缝发生孔蚀，其主要原因是罐内存在腐蚀介质如醋酸、碱液（含有一定量的Cl-）、氢气等，形成了不锈钢发生腐蚀的液体环境；②不锈钢堆焊层焊缝存在堆焊厚度不均，表面粗糙，成分偏析，材料本身存在夹杂物部位，热处理效果不好造成局部应力集中部位，在这些部位不锈钢表面保护膜首先遭到破坏露出金属本体出现小蚀孔，这些小蚀孔成为点腐蚀生成的活性中心，随后在孔内形成自闭电池加剧腐蚀，最终导致腐蚀穿孔；③腐蚀物质在人孔焊缝部位的滞留浓缩，在焊缝有缺陷部位发生了电化学腐蚀形成了蚀孔；④加之受浆料的冲击腐蚀和汽蚀的影响使孔蚀更加严重。

4.防腐蚀措施

①严格控制PTA浆料中腐蚀物质的含量；②严把设备的施工质量，对材料进行严格复查，设备的制造要严格按照施工要求进行； ③平稳操作，控制好物料流速、压力、温度、液位等，来降低设备的冲刷腐蚀和汽蚀；④对设备进行定期检维修，对已经发生腐蚀的设备要定期检查 ，及时掌握腐蚀状态，及时维修，保证设备平稳运行，防止事故的发生。

参考文献：

[1]余存烨.PTA装置不锈钢腐蚀综述.石油化工腐蚀与防护，2009年06期

[2]郭庆云.PTA装置不锈钢设备腐蚀与防护.石油化工腐蚀与防护，2010年02期

作者简介：韩冬录（1967—），女，汉族，辽宁辽阳人，工程师，工学学士，单位：中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司，研究方向：石油化工设备的腐蚀情况。