单塔汽提装置汽提塔泄漏分析及防护

许显坤，王学刚，李晓伟

（中油股份独山子石化分公司，新疆 独山子 833699）

某炼油厂单塔汽提装置于1995 年建成投产，用于处理老区炼油厂催化、汽油加氢、硫磺等装置排放的酸性水。酸性水主要成份是硫化物和氨，本装置通过蒸汽汽提将污水中的硫化物和氨分离出来。单塔汽提采用的是单塔加压侧线抽出工艺流程，再加上分凝和氨精制系统，从而得到经过处理的净化水和纯度较高的液氨。2007 年装置进行了较大的技术改造，更换了采用L-D 复合高效塔板的汽提塔，进一步提高汽提效率。该塔于2015 年停工检修期间进行了定期检验，通过对塔壁厚测定、超声、磁粉、渗透等检测，未发现问题，安全状况等级评定为2 级。2017 年10 月，该塔上部三层平台处靠近环焊缝位置出现泄漏，下文将就泄漏原因进行分析。

1 汽提塔腐蚀泄漏概述及检验情况

（1）汽提塔基本参数（表1）。

表1 汽提塔参数表

（2）泄漏处筒节内外表面检验情况。塔体二层填料段之间筒体环焊缝上端熔合线位置腐蚀穿孔（φ2mm），泄漏部位外观呈孔状特征，形貌见图2。未见泄漏点附近存在开裂情况。

对漏点附近进行射线检查，漏点附近沿环焊缝熔合线存在较明显的减薄区域，长度约 90mm，环焊缝上下两侧有近200mm 的腐蚀坑分布，且腐蚀坑呈条状分布（图3）。

图1 塔正视图

图2 泄漏部位外观形貌

图3 射线数字成像结果（黑色箭头为腐蚀坑）

泄漏部位内表面发现大面积冲刷腐蚀痕迹，范围为600×1000mm。上层格栅支撑圈的加强板下部有3 处扇形冲刷痕迹，冲蚀最严重的一处宽度约为110mm，筒体母材焊缝均被腐蚀，腐蚀深度在5 ～11mm 范围（图4）。泄漏部位周向180°内表面（筒节东面）的人孔上方母材也发现大面积冲刷腐蚀坑，范围为770×750mm（图5）。内表面冲刷区域内，发现多处鼓包，部分鼓包已开裂（图6、7）。泄漏筒节外表面泄漏孔附近发现一处长100mm，宽80mm 的椭圆形鼓包（图8、9）。

（3）塔其他筒节内外表面检验情况。对泄漏段塔体其他筒节进行内表面宏观检验，两筒节内表面有轻微锈蚀，无明显减薄，测厚检查，其他筒节壁厚未见异常（12.24 ～14.56mm（原壁厚12/14mm））

（4）其他检测情况。磁粉探伤检测：对泄漏筒节及邻近上下筒节的内表面焊缝及热影响区分别进行了的荧光磁粉检测，未发现表面超标缺陷；超声波探伤检测：对泄漏筒节的内表面环焊缝进行了超声波探伤检测，未发现超标埋藏缺陷；硬度检测：正常部位硬度：130HB；鼓包附近部位硬度：124HB，硬度检测未发现异常。

图4 泄漏筒节西侧内表面减薄和泄漏部位

图5 泄漏筒节东侧内 表面减薄区域

图6 筒节西侧鼓包开裂

图7 筒节东侧鼓包开裂

图8 外表面鼓包位置示意

图9 外表面鼓包

（5）金相组织分析。对塔体正常部位及鼓包附近部位进行金相组织分析，结果为铁素体+珠光体，符合材质20R的标准要求，无明显异常组织，如图10、11。

图10 鼓包周围组织照片

图11 正常位置组织照片

2 腐蚀原因分析

（1）冲刷腐蚀原因分析。经上述检测及开塔检查，发现泄漏筒节上一层填料压板局部倾斜，塔运行中填料分布状态发生变化，填料分布不均导致塔内的含有高浓度硫化氢的水溶液流态发生改变，由垂直下落变为部分顺着塔壁流下，与塔壁钢板腐蚀反应形成FeS，水溶液持续冲刷又破坏了FeS 保护作用，最终形成了严重的冲刷腐蚀，导致塔体筒壁局部冲蚀减薄至穿孔，是该塔泄漏的主要原因。

（2）鼓包及鼓包开裂分析。泄漏筒节的腐蚀介质为硫化氢水溶液， 筒节材料20R 与硫化氢水溶液发生电化学反应，阴极反应出来活性很强的[H]向钢中渗透、扩散进入钢材内部，在钢板内部夹杂的非金属物处集聚并形成氢分子。随着氢分子量增加，形成的压力不断增高，最后导致夹杂物尖端产生鼓包，小的鼓包趋向于相互连接，即相邻几个夹杂物的破裂，贯连形成有阶梯状特征的氢致开裂。

此次检验发现该塔仅泄漏筒节存在氢鼓包及氢致开裂，其它部位无异常。主要原因为：泄漏筒节处于上下填料间的气液两相段，同时介质偏流使硫化氢水溶液与筒节钢板充分接触；泄漏筒节用钢板可能存在原始的、轧制过程中产生的Mn、Si 氧化物夹杂或夹层，其分布平行于钢板表面，氢鼓包易发生于钢中夹杂物及其它不连续处（钢板质量验收标准允许存在不超标的夹杂或平行于钢板表面的夹层，不代表钢板质量不合格）。

（3）工艺变化影响。2015 年停工检修后至塔体泄漏2年时间，该装置汽提塔加工量和脱硫前硫化物浓度有较明显上升趋势（图12、13）。

表2 汽提塔平均月加工量、硫化物浓度表

图12 2015 年至2017 年平均月加工量

图13 2015 年至2017 年硫化物浓度

由以上图表可以看出，从2016 年11 月开始，该塔的加工量和硫化物浓度出现较明显的上升，硫化物浓度最高时达到了11868ppm，由于处理量和浓度的增加，加剧了冲蚀和硫化氢腐蚀。

3 腐蚀防护策略

（1）针对此塔腐蚀环境，可从设计选材方面采取多种防湿硫化氢腐蚀措施，如塔体选用镇静钢、钢板正火状态供货、不采用高强度钢、控制钢材中S、P 含量或者在钢种添加Cu 或表面渗铝等提高表面膜的保护性，组织氢原子往钢中扩散。

（2）正常生产过程中，在无法打开塔体检查的情况下，可在塔壁填料段下部塔体，设置多个温度监控点、壁厚测厚点，定期观测，可通过累积数据分析出塔内液相是否存在偏流情况。检修过程中，细化塔填料、支撑圈等部件安装标准，严格验收，避免出现内构件失稳，形成偏流等故障。

（3）同时，此塔的多个工艺参数介质可设立为防腐预警值，定期对标，如脱硫前硫化物含量、NH3 含量、汽提塔定温度、冷热进料流速、原料水化验分析等多角度，建立完善的工艺腐蚀监测体系，可提前发现塔运行异常，避免泄漏事件的出现。

4 结语

酸性水汽提塔介质中含有较高浓度硫化氢、硫化物、氨等介质，一旦泄漏，将对现场人员及周边环境造成较大伤害。因此，除选用可靠、合适的抗腐蚀钢材，日常生产及操作过程中也应注意有针对性的设置有效监控措施，提前发现设备腐蚀问题，将事故消灭在萌芽状态。