MDEA脱碳系统碳钢贫液泵腐蚀原因分析及防范措施

周海鹏

摘要：乌石化化肥厂一化装置2010年进行原料油改气及扩能改造，新增高压MDEA脱碳系统在试车后常常出现动静设备腐蚀泄漏现象。根据MDEA脱碳系统中贫液泵（4125-P1）的实际腐蚀研究，浅谈MDEA系统对贫液泵的腐蚀原因及防范措施

关键词：叶轮；轴；泄漏；汽蚀余量；再生度；气蚀；冲刷

1 问题的发生

中石油乌鲁木齐石化公司化肥厂一合成车间于2010年进行了全面的原料油改气及扩能改造。由于前系统采用高压德士古造气工艺，故在新增脱碳工段选型时，选用了高压MDEA贫液单塔吸收工艺。自开车以来MDEA脱碳系统（4125工段）多次出现动静设备腐蚀并泄漏现象，频率最高的腐蚀设备为系统贫液泵（4125-P1）。自2010年7月4125系统试车以来，4125-P1泵在连续运行2月之后开始出现中封面泄漏，出口压力下降，机泵振动数值过高等现象，严重的影响了4125工段的连续运行，以及全装置的整体负荷。

4125系统的核心动设备4125-P1泵由于因腐蚀而造成的故障率已使系统无法稳定连续运行及在线处理，根据对4125工段腐蚀泄漏的次数进行总结归纳，发现贫液泵单台设备的腐蚀占全部设备腐蚀次数的37.6%。从表1可以看出，首先出现的故障为机泵中封面的泄漏，同时泄漏频率逐渐增高；其次经过一定时间的积累，机泵运行参数开始恶化，振值逐步升高，流量逐渐下降等问题开始频繁出现。

2011年6月4125系统停车全面大修，对4125-P1泵进行了解体检查，发现机泵中封面以及叶轮定距槽均有腐蚀痕迹，且部分位置腐蚀相当严重，尤其是中封面与载丝螺栓相接触的部位。

2 原因分析

2.1工艺角度分析

MDEA脱碳的为化学反应，其反应机理如公式1所示。

公式1 MDEA脱碳化学反应方程式

而MDEA溶液高温且湍流区与CO2易发生反应，其反应方程式如 公式2所示

公式2：MDEA溶液与CO2反应方程式

4125-P1泵在设计选型时采用了WCB（铸钢）材质，而在公式2所示的反应发生时，金属中的Fe单质将会与H2CO3发生进一步化学反应，如公式3所示

公式3：Fe与H2CO3反应方程式

根据工艺气全分析得到数据分析，系统中并未存在O2，由此可以排除氧气破坏钝化膜而产生的腐蚀。此外4125-P1泵在改造（2011年对装置进行了相应的优化改造）前入口温度平均为106℃，在压力为0.15Mpa，温度低于150℃，时，MDEA与活化添加剂，消泡剂不会发生降解反应，故此种原因造成的腐蚀基本可以排除。

但由于工艺气中的组分含量所致，MDEA随着运行时间的累积，会逐渐在系统中积存如草酸盐、乙酸盐及甲酸盐等碱性盐类物质，当此种溶液浓度升高至0.5%以上，对Fe的腐蚀开始明显。而根据公式2.3所示，系统MDEA浓度不高（H2O含量大）时，腐蚀就更加明显。

2.2设备角度分析

4125-P1泵设计数据表明，其泵的汽蚀余量为12.5m，而系统的整体汽蚀余量为9m.从该数据中可判断机泵自身的抗气蚀能力不足以满足装置长周期运行，此为原因之一。

DN300，入口压力（绝压）0.23Mpa，根据流体流速公式计算，流体流速已达到XXm/h，而对于金属特质来判断，含有CO2的MDEA溶液在碳钢环境下流速应当低于1m/s，或在不锈钢环境下流速低于2.5m/s时，才能减少流体对泵体的气蚀。所以当微量气液混合物产生后，流速增大会更加加剧腐蚀的速度。所以根据解体4125-P1泵的照片可以看出，在机泵出现异常状况的前期，腐蚀区并不是整体的，而是高压区的局部腐蚀。

而当泵体内的酸性腐蚀造成一定的尺寸间隙，即介质可在此间隙内进行回流时，流体对碳钢材质的冲刷便比较明显。由于运行时机泵出口调节阀失效，造成运行时只能通过关小泵体出口手动阀来限制流量时，本体内部流体的流速便会增大，两种原因综合使得后期泵内损伤速度加快，损伤程度加剧。

3.防范措施

3.1 设备方面改造措施

若要防范4125-P1泵体内部腐蚀，必须先将泵体参数进行核实。因为NPSHr值为机泵特性数值，与装置参数无关。所以泵的选型极为重要。泵体材质应选为奥氏不锈钢，可报证工艺参数不改变的情况下抗冲刷能力。而泵的NPSHr值必须小于NPSHa值，方可在减少气蚀和抗击冲刷两方面入手解决问题。

在泵的选型工作中，首先需要注意认真核算装置的汽蚀余量并针对现场的实际情况改造机泵入口管线的弯头使用量。在上述数据都已明确之后，必须选择汽蚀余量比装置汽蚀余量小的的机泵。例如本装置的气蚀余量NPSHa数值为9.8m，在选择新造机泵时，要求厂家将泵的汽蚀余量NPSHr设计指数定为6.4M.比较之前该泵的汽蚀余量12.5m来说，该泵可设计之初减少了机泵汽蚀的几率。

除了选型过程中的设计数据，机泵的材料选型也相当重要。在4125-P1泵在内部腐蚀严重之后，采取了许多治理措施。其中将转子材质升级以及将机泵内部中封面损伤处用不锈钢修补。2011年10月16日，该泵运行了两个月之后，对机泵进行拆检后发现，腐蚀依然严重，但是不锈钢补焊层以及不锈钢转子却没有损伤的现象。足以证明，虽然机泵由于汽蚀余量选择不佳造成泵内气蚀，但是抗冲涮腐蚀的因素也必须考虑进去。所以机泵的材质应当选择奥氏不锈钢316材质，以此来抗击冲刷；同时配以正确的汽蚀余量来减少机泵内的气蚀效应。

3.2 工艺方面改造措施

保证系统在设计值内运行，就必须保证各换热器的换热面积充分，同时再生温度尽量维持高限，再生压力可适当降低。值得借鉴的防范措施。

针对工艺操作方面，贫液再生度为3.5CO2ml/MDEA ml，半贫液再生度22.0CO2ml/MDEA ml.在此基础上可以看出较稳定的低压MDEA脱碳系统的MDEA再生度数值相比，其再生度远不及此。在0.2MPa的绝压条件下，120℃的再生温度比较理想。同时在整个控制过程中，一定要保证MDEA的濃度是关键，其推荐浓度为38～42%，哌嗪浓度应当为2%比较合适。

除去以上参数，MDEA脱碳系统中的杂志过滤尤其重要，建议根据系统试机安装的需要增加过滤器，以此提高溶液的清洁度。

4 结束语

MDEA脱碳的运用对酸性气体脱出有着低能耗，高再生的优点。但其对碳钢材质的设备的腐蚀已经成为各生产厂研究的科题。如何节约装置建设成本以及降低腐蚀造成的经济损失，须将工艺过程控制与设备选型维护相结合。研究出更加稳定廉价的MDEA缓蚀添加剂将是新一代科技研究者奋斗的目标

参考文献：

[1]刘华兵.化肥设计 1998。36（6）：47～51

[2]化工部化机研究院 腐蚀与防护手册 化学工业出版社 1989年第一版