加氢改质装置瓦斯线泄漏原因分析及处理措施

李国龙

摘要：中国石油哈尔滨石化公司加氢改质装置瓦斯系统运行中，在管线、弯头、三通以及罐D-401底部都有不同程度的减薄和坑蚀现象。并多次在弯头处发生泄漏，造成装置停工。本文就其瓦斯系统的腐蚀原因、处理措施和检修对策做了阐述。

关键词：瓦斯；硫化氢腐蚀；温度

中图分类号：FU25 文献标识码：A 文章编号：2095-3178（2018）20-0016-01

前言

2014年6月14日16时40分，生产车间班组巡检发现瓦斯罐（D-401）入口管线在PV-401下游弯头处有瓦斯泄漏，此处弯头于2013年4月更换（20# 90°无缝弯头Ф273*8）。15日7时20分检修车间动火将此弯头拆下，经检查发现弯头下方管壁严重减薄并出现漏点，且与此弯头连接的横管段下方也出现管壁减薄、坑点腐蚀情况（如图-2、图3、图4），将此弯头和横管段进行更换，于15日13时完成作业。2014年8月大修，经检测D-401罐底腐蚀严重，其底部减薄为d=3.5mm（原材质厚度为d=8mm）。有维修车间拆卸运至大庆，经专业部门对罐底进行更换后回装。

1 原因分析

1.1 瓦斯气带水；

1.2 瓦斯其中含有H2S，造成湿硫化氢腐蚀；

1.2.1 硫化氢的影响

瓦斯气体中往往含有硫化氢。干燥的硫化氢与二氧化碳一样都不具有腐蚀性，溶解于水中的硫化氢具有较强的腐蚀性。碳钢在含有硫化氢的水溶液中会引起氢的去极化腐蚀，碳钢的阳极产物铁离子与水中的硫离子相结合生成硫化铁。硫化铁的溶度积很小，是一类难溶沉淀物。含有大量悬浮的硫化铁的水称为“黑水”。水中的溶解盐类和溶解的CO2对H2S 的腐蚀有一定的影响。钢在含有H2S 的蒸馏水（A）、含有H2S 的盐水（B）、含有H2S和CO2盐水（C）中的腐蚀情况，钢在含有H2S 的盐水中的腐蚀速率最高；而在含有H2S 的蒸馏水中的腐蚀速率较低。因为不同的水溶液形成的腐蚀产物不一样，所以腐蚀速率也不同。钢在蒸馏水中，最初形成保护性能差的Fe9S8，继而形成保护性能较好的磁黄铁矿和黄铁矿（FeS2）。在含有H2S 的盐水中只能形成保护性能差的Fe9S8，所以腐蚀速率继续增大，是属于电化学腐蚀。

含H2S 的水对金属材料的腐蚀破坏还有两种类型：一是氢脆，电化学腐蚀产生的氢渗入钢材内部，使材料韧性变差，引起微裂纹，使钢材交脆；二是硫化物应力腐蚀，在拉应力和残余张应力作用下钢材氢脆裂纹发展，致使钢材破裂。以上两种腐蚀可能在没有任何征兆的情况下，在短时间突然发生。这应是预防的重点。发生在钢表面的腐蚀，阳极方面铁被溶解形成Fe2+与O2结合，H2S 或CO2取决于电解质溶液的组成。这些腐蚀产物或附着物的形成，如铁锈包括 [Fe2O3·xH2O]，FeSx，Fe2CO3。当这种情况发生时，电子流向阴极。在阴极表面，它们阻止了水的氧化作用产生OH-或H+变成H2↑。

综上所述，水中溶解了O2，CO2，H2S 等气体后，水的腐蚀性大大增强。事实上水中的溶解气体是腐蚀的主要原因。

1.2.2 温度影响

当腐蚀由氧扩散控制时，在给定氧浓度下，大约每升高30℃温度，腐蚀速度增加一倍。在允许溶解氧逸出的敝口容器内，到达80℃之前，腐蚀速度随温度升高而增加，然后逐渐降低，在沸点时，降到很低的数值。80℃以后腐蚀速度的降低是和温度升高时水中氧的溶解能力显著下降有关，这种影响最终超过了由于温度升高引起的加速腐蚀作用。而在封闭的系统内，氧不能逸出，所以腐蚀速度不断随温度升高而增加，直到所有氧都被消耗完为止。当腐蚀与析氢反应有关时，那么温度每升高30℃，腐蚀速度增加还不止一倍。例如，铁在盐酸中的腐蚀速度大约温度每升高10℃就增加一倍。

1..3 此管线为重整加氢装置加热炉提供瓦斯气，管道通径DN250，目前重整装置已停工，瓦斯线流量只有600m3/h（原流量为2000m3/h），气体流速低水不能带走，弯管处存水造成湿硫化氢腐蚀环境。

2 解决措施

2.1 解决瓦斯带液、瓦斯中H2S含量超标问题，加强工艺腐蚀管理。

2.2 定期定点测厚检查，防止突发紧急事故，加强设备腐蚀管理。

2.3 根据现有瓦斯流量，确定瓦斯管线直径，提高气体流速。

2.4 将容易存水腐蚀管段更换为不锈钢材质的管线。

3 检修方案及对策

3.1 生产车间组织人员对瓦斯管线（系统）进行氮气吹扫、处理，清除管线内介质。

3.2 维修车间加盲板3块：DN250主线2块，DN200副线1块。进行系统隔离。

3.3 生产装置再次进行蒸汽吹扫，每2小时测氧测爆一次，直至具备动火条件。开据火票，落实安全措施。

4 2014年6月维修车间对泄漏的弯头及腐蚀严重的管线进行更换。原设计弯头厚度为：8.0mm.现更换弯头厚度为：9.5mm。材质为20#钢，符合要求。

5 原设计瓦斯流量2000Nm3/h，目前重整装置已停工，加氢瓦斯流量只有600m3/h左右，气体流速低，及瓦斯气带水、硫化氢含量超标，造成管线低部存水集液。所以在2014年8月装置大修期间，经过设计、审批，将材料为20#，Ф273X8 的瓦斯管线更换为Ф159X6 ，304不锈钢管线。

6 焊接工藝

（1）焊接方法：根据不锈钢的焊接特点，尽可能减小热输入量，故采用手工电弧焊、氩弧焊两种方法，d ≧Φ159 mm 的采用氩弧焊打底，手工电弧焊盖面。

（2）焊接参数。304不锈钢的突出特点是对过热敏感，故采用小电流、快速焊，多层焊时要严格控制层间温度，使层间温度小于60 ℃ 。

（3）坡口形式及装配定位焊。坡口形式采用V 形坡口，由于采用了较小的焊接电流，熔深小，因而坡口的钝边比碳钢小，约为0-0.5 mm，坡口角度比碳钢大，约为65°- 70°。

因不锈钢热膨胀系数较大，焊接时产生较大的焊接应力，要求采用严格的定位焊。

7 结语

在系统运行中，要加强瓦斯气脱水或添加分离器等设备，减少硫化氢和二氧化碳的含量（硫化氢含量少于20mg/㎡，二氧化碳体积比小于3.0%），根据情况及时清管作业，清管时防止污物进入管线，定期加注缓蚀剂。在施工作业和日常维护时，要严格按规程做好管线除锈抛光工作，保证外涂层材料的质量，及时修补外部损伤，对管线维护保养要到位，发现问题，及时处理。

参考文献

[1]《化工设备 》作者：马秉骞 化学工业出版社

[2]《金属材料焊接》作者：英若采 机械工业出版社

[3]化学工业部化工机械研究所.腐蚀与防护手册[M].北京：化学工业出版社，1995