加氢改质脱硫化氢塔底重沸炉炉管腐蚀泄漏原因分析

2018-11-02,,,,

石油化工腐蚀与防护 2018年5期

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(1.中国石油天然气股份有限公司锦西石化分公司，辽宁葫芦岛 125001;2.沈阳中科韦尔腐蚀控制技术有限公司，辽宁沈阳 110000)

1 腐蚀情况介绍

中国石油天然气股份有限公司锦西石化分公司加氢改质脱硫化氢塔底重沸炉对流室去辐射室转油线分别在2017年4月和2018年2月发生腐蚀泄漏，泄漏点位于转油线去辐射室炉管弯头前100 mm处。炉管腐蚀泄漏、穿孔位置以及横截面形貌见图1至图4。两次泄漏点位置相似，均位于转油线弯头前水平管段上部。该加热炉为立式圆筒炉，2002年装置建成时投用，介质为脱硫化氢塔底油，入口温度270 ℃，出口温度320 ℃，压力为1.2 MPa。炉管材质15CrMo，规格为φ168 mm×8 mm。

2017年4月抢修时更换全部16根对流室光管、转油线和24个弯头，炉管材质及管径不变。2018年2月抢修时更换对流室去辐射室两条转油线，每条转油线3段炉管、4个弯头，材质升级为0Cr18Ni10Ti。

2017年4月发生腐蚀泄漏的炉管使用15 a，2018年2月发生腐蚀泄漏的炉管仅使用10个月。

图1 炉管腐蚀泄漏位置(2017年4月)

图2 炉管穿孔位置(2018年2月)

图3 泄漏炉管横截面(2017年4月)

2 炉管失效分析

2.1 炉管成分分析

图4 泄漏炉管横截面(2018年2月)

去除炉管相对较厚部分的表面氧化物，取样进行化学成分分析，分析结果如表1所示。从GB 5310—2008 《高压锅炉用无缝钢管》对合金炉管材质和元素的要求看，检测的所有元素均在标准规定的范围，15CrMo炉管化学成分合格。

2.2 减薄管段内壁成分分析

在减薄区域制成电镜样品，从EDX(能量色散X射线分析)分析结果看，其中含有少量的盐成分以及硫元素。但是未脱落区域的硫含量要远高于内层，除Cr元素和基体Fe元素外，其他元素也高于内层，表明腐蚀的内外层存在巨大的差异，见图5和图6。

表1 炉管材质分析结果 w,%

图5 膜层脱落区域内壁观察分析

图6 膜层未脱落区域内壁观察分析

3 综合分析

3.1 硫的影响

炉管运行温度处于270～320 ℃，根据相关文献，高温硫对设备的腐蚀从240 ℃开始随着温度升高而迅速加剧，到480 ℃达到最高点，随后又逐渐减弱。因此腐蚀发生的温度主要是240～480 ℃。底油中含有大量硫化物，如硫化氢、硫醇、硫醚和二硫化物(见表2)等。活性硫大概在350～400 ℃可以与金属直接发生化学反应：

表2 加氢改质原料硫元素监测分析 w,%

从表2可以看出：加氢改质原料硫元素质量分数为0.131%～0.214%，虽然有所波动，但从硫含量看属于低硫水平。

通常情况，硫醚和二硫化物在130～160 ℃开始分解，其他的有机硫化物在250 ℃只有分解反应开始加剧，降解成低分子量的硫化物甚至硫化氢。能否降解成硫化氢或者单质硫取决于硫存在的方式和温度[1]。这可能是最近新换炉管腐蚀加剧的原因之一，尽管硫含量没有变化，但是其中的活性硫，低分子量的硫化物，甚至合适的硫元素含量反而有利于形成致密的FeS。

3.2 盐的影响

从前面的EDX分析结果可以看出，腐蚀产物留有少量的钙、镁、钠和氯离子，说明原料中含有少量盐，表明脱盐可能不够充分。查阅文献资料，入口温度270 ℃，出口温度320 ℃，原料携带的少量盐会在这段管道出现水解，从而溢出氯化氢，随着水蒸发到顶部区域形成盐酸，造成酸性腐蚀。

3.3 流态的影响

腐蚀发生区域为弯直转换区域，这个区域会出现一个焊接圈，因此这个区域的压力会出现变化。当温度在320 ℃附近，塔底油的流动性极高，此时如果没有气相存在，则是一个不可压缩的流体。根据当下的介质条件，在流体上方应该存在一个气相区域，所以在变径下，管道顶部的气相区域流速会加速，在焊接圈前方可能会形成一个涡流，因此在焊接圈前方的某处形成腐蚀加速环境条件。