脱乙烷塔顶冷凝器腐蚀分析与对策

2020-07-29邓文

中国设备工程 2020年15期

邓文

（四川石化公司机动设备处，四川成都 611930）

某公司蜡油加氢装置脱乙烷塔顶冷凝器E-3011A/B（基础资料见下表1），管板材质为16MnR，管束材质为10#无缝钢管。装置于2014年年初投产，先后发生两次管束泄漏，第一次发生在2015年8月21日，检修发现冷却器管束泄漏，处理结果E-3011A堵管16根，E-3011B堵管13根；第二次发生在2016年5月11日，由于冷却器冷却效果差，管束报废处理，更换新管束。由于管束泄漏装置非计划停工，给装置安全生产和长周期运行带了隐患。

为避免类似事故再次发生，分析管束泄漏原因以及制定有效预防措施显得尤为重要。

冷却器主要参数(壳程/管程)：

设计压力：1.51/1.2（MPa）；操作压力：1.278/0.4（MPa）；操作温度：87/40（℃）；介质：油气/循环水；材质：Q245R/10。

备注：（1）脱乙烷塔内介质为轻烃、油气、H2、H2S，塔顶油气H2S含量。（2）冷却器壳程介质为油气，湿H2S环境，Mole% H2S=2.96%，约30000ppm。

1 泄漏原因分析

1.1 壳程侧（工艺介质）：湿H2S环境腐蚀

湿H2S环境腐蚀在HG20581-1998中规定，湿硫化氢环境温度范围为≤（60+2P）℃（P为设计压力，MPa），明确了在低温下的含水环境中可以发生硫化氢应力腐蚀。一般在常温到80℃的范围内，硫化氢与不同程度的水共存时，形成湿硫化氢腐蚀环境。该冷却器壳程入口温度87℃，出口40℃，由于高浓度H2S存在，形成了湿硫化氢腐蚀环境。

钢在湿硫化氢的环境中发生电化学反应：

阳极反应：Fe-2e→Fe2+

Fe2++S2-→FeS

Fe2++HS-→FeS+H+

阴极反应：2H++2e→H→H2(2H渗透到钢材中)

从以上反应过程可以看出，硫化氢在水溶液中离解出的氢离子，从钢中得到电子后还原成氢原子。氢原子间有很大的亲和力，易结合在一起形成氢分子排出。但是，由于环境中硫化物等将削弱氢原子间的亲和力，致使氢分子形成的环境被破坏。

这样一来，极小的氢原子就很容易渗入港的内部，溶解在晶格中。固溶在晶格中的氢原子具有很强的游离性，它影像刚才的流动性和断裂行为，导致氢脆的发生。

1.2 管程侧（循环水）分析

（1）脱乙烷塔顶冷凝器E-3011A（型号BIU1200-2.5-400-6/25-2I B=480）：

管箱：防腐涂层大量起泡，轻触即破，已失效；

管板：防腐涂层剥离破损严重，已完全失效，管板上分布大量蚀坑，最大坑深约0.5～1mm，换热管的管内表面结垢严重，清洗后仍有一层约1～2mm厚的积垢。

换热管束外表面：有轻微锈蚀，腐蚀产物较少（见图5），去除腐蚀产物（已取样）后，换热管表面有金属光泽；

换热管内壁（循环水侧）：产生垢下腐蚀，管束所有涂层全部脱落；

（2）脱乙烷塔顶冷凝器E-3011B（型号BIU1200-2.5-400-6/25-2I B=480）：

管箱：防腐涂层存在大量细泡，基本完好；

管板：管板换热管内介质入口处防腐涂层基本完好，个别处存在涂层破损，管板换热管内介质出口处防腐涂层基本失效，部分换热管内壁存在蚀坑，最大坑深约0.5～1mm；

换热管束外表面：呈均匀腐蚀形态（见图10），腐蚀产物明显多于E-3011A，壳体下部有约15～20cm高油泥（已取样），下部4排换热管埋在油泥中（见图11），油泥无明显异味，管束堵管13根。

（3）脱乙烷塔顶冷凝器E-3011A管程出口管线（循环水出口）：

该连接管线为循环水管线，管线内表面结垢较为严重，存在大量积垢和锈瘤（已取垢样），去除锈瘤后存在垢下腐蚀，最大蚀坑深约1mm。

2 测厚

本次腐蚀检查重点对脱乙烷塔顶冷凝器E-3011A/B壳程接管和油气进入E-3011A之前的直管、弯头进行了测厚，测厚位置示意图见图15、16，测厚数据见表2，本次共计检测102点。

图1 测厚位置示意图

表1 脱乙烷塔顶冷凝器E-3011A/B测厚数据表（部分）

3 腐蚀检查结果分析

通过腐蚀现象宏观检查及腐蚀分析，不难得出以下结论：

（1）从循环水自下而上温度逐渐升高（E-3011B入、E-3011A出、32～40℃），油气自上而下温度逐渐降低（E-3011A入、E-3011B出、87～40℃）和防腐涂层自下而上逐渐失效（累计4管程，有3管程失效），说明防腐涂层耐热性能不能满足使用要求。

（2）从E-3011B管板上半部（循环水出口）防腐涂层破损严重，换热管内壁（50mm内）存在0.5～1mm蚀坑及E-3011A管板防腐涂层完全脱落，管板上存在大量蚀坑，换热管管口出现局部腐蚀，换热管内壁在清洗后仍有0.5～1mm硬垢，说明管束内表面存在较明显垢下腐蚀。

（3）从E-3011A/B管束外壁情况来看，油气侧的均匀腐蚀较为轻微，E-3011B的管束外侧腐蚀较E-3011A的管束外侧腐蚀明显，即随着液相的增加腐蚀速率增加。

（4）从E-3011B中大量的油泥无明显异味来看，其中的硫化物含量不会太高。

（5）从E-3011A/B的壳程接口短接的测厚结果来看，油气对E-3011A壳程的腐蚀较E-3011B轻微（E-3011A的测厚数据波动较少，仅有E-3011B出口短接的数据波动较大，最大数据差约1mm）。

（6）腐蚀机理分析。壳程腐蚀类型：湿H2S腐蚀、氢腐蚀、H2S应力腐蚀、小分子有机酸腐蚀。

管程腐蚀类型：H2O+O2型腐蚀、垢下腐蚀、涂层破损后的电化学腐蚀。从E-3011A/B的材质流程和腐蚀流程来看，在87℃的温度范围内，所存在的腐蚀类型都会随温度的升高而升高，尤其是80℃左右的温度，极利于管程侧循环水的积垢和腐蚀的发生。从目前的宏观腐蚀检查和测厚结果来看，E-3011A/B管程侧的垢下腐蚀较为明显，涂层破损后的电化学腐蚀也不容忽视。

考虑到波纹管加工过程中形成的加工应力和氢气、硫化氢介质的存在，应力腐蚀可能发生，但需要对泄漏换热管进行分析验证。