再生塔重沸器管束腐蚀穿孔原因分析及缓解措施

伍从广

(中国石油西南油气田川东北作业分公司，四川 成都 610021)

天然气净化是天然气生产过程中的一个中间环节，目的是将从气田开采出的含硫天然气中H2S及H2O几乎全部脱除，并部分脱除CO2，使净化后的天然气气质满足国家标准的要求。天然气中H2S的脱除在天然气净化装置脱硫单元的脱硫吸收塔进行，脱硫溶液为贫砜胺液，贫砜胺液吸收H2S后成为富砜胺液，为循环利用，需将富砜胺液中的H2S解析出，富砜胺液转化为贫砜胺液在再生塔中进行，通过对富砜胺液加热解析出H2S，再生热量由塔底重沸器提供。

1 存在的问题

某高含硫天然气净化厂于2016年投产，再生塔底部设置2台重沸器，安装于重沸器两侧，同时使用，为立式管侧热虹吸再沸器，用高温蒸汽加热，重沸器于2016年1月投入使用，在2017年3月发现其中1台出现11根管束腐蚀穿孔，随后在短短两年时间内，2台重沸器多次出现管束腐蚀穿孔，至2019年1月，2台累计腐蚀穿孔管束分别为236根和301根，分别占总管束的14%和18%，只能通过堵管的方式维持重沸器继续使用，严重影响了装置的平稳生产。重沸器的技术参数见表1。

表1 再生塔重沸器技术参数

2 管束腐蚀穿孔原因分析

2.1 材料分析

为弄清重沸器管束腐蚀穿孔原因，分别于2017年、2018年、2019年取下穿孔样管，并送至中国石油工程建设有限公司西南分公司材料评价与腐蚀控制中心进行材料分析。通过材料性能测试、管子内外表面检测、压力测试、涡流检测和X射线检测、腐蚀产物的扫描电镜(SEM)和X射线衍射能谱(XRD)分析，得出分析结果。

(1)管束的屈服强度、拉伸强度、伸长率、硬度、化学成分和金相组织均满足ASTM SA213的要求[1]，化学成分测试结果和金相分析分别见表2和图1。

表2 样管化学成分分析 (%)

图1 样管金相组织分析

(2)管束顶部0～1m范围(贫砜胺液蒸汽区)内表面有较多点蚀，具有气蚀腐蚀特征(见图2)。

(3)腐蚀产物成分是TiC和FeS2，腐蚀产物的X射线衍射能谱(XRD)分析结果见表3(分析结果中Al2O3和SiO2来自收集腐蚀产物的砂纸)。

2.2 腐蚀穿孔原因

根据上述材料的分析结果和运行中发现的问题，总结得出造成重沸器管束腐蚀穿孔的原因有以下几点。

(1)气蚀。重沸器运行过程中，胺液在管束内流动时，因湍流或温度变化引起局部压力下降而部分汽化产生气泡，气泡存在时间极短，破裂时会形成冲击波高速撞击管束内壁，冲击波反复作用使管束内表面出现局部塑形变形和点蚀坑。

(2)电偶腐蚀。管束内壁受到气泡冲击后，表面晶体结构发生变化，出现化学不稳定性，使邻近晶粒具有不同的电势，加上管束内半贫液(电解质)的存在，形成电偶腐蚀条件，从而造成被冲击部位的腐蚀，产生腐蚀产物TiC和FeS2。

(3)热稳定盐影响。胺液在使用过程中会形成热稳定盐，热稳定盐的存在会导致一系列问题。溶液中离子强度增加、盐的沉淀和腐蚀产物增加都会加速金属的腐蚀和侵蚀，即使是TP321的不锈钢钢管，其腐蚀程度也会受热稳定盐的影响。

(4)富砜胺液进入再生塔温度偏低。经现场和DCS系统查看，富砜胺液进入再生塔的温度低于设计值(92℃)，保持较高的富液入塔温度能使更多的H2S和CO2在塔体中上部被解析出来，从而减少塔底重沸器管束内H2S和CO2的含量，降低重沸器的蒸汽加热负荷，减少管束腐蚀穿孔和失效的机率。

(5)重沸器为利旧设备。该重沸器于2005年制造，购置后一直闲置在装置现场，直到2016年1月才投入使用，此期间未采取充氮保护等防腐措施，管束难免受到大气腐蚀，产生劣化。

3 腐蚀缓解措施

针对重沸器管束存在的腐蚀穿孔问题，采取了缓解腐蚀的工艺调整措施。

(1)修改再生塔重沸器控制逻辑，加大加热蒸汽流量以提高管束内半贫液温度，从而增强半贫液蒸汽的上升强度和频率，减少管束内H2S和CO2的含量和停留时间。

(2)调整贫砜胺液的更换频率，逐步摸索调整胺液循环量，进行最佳循环量摸索。

(3)调整砜胺液阻泡剂添加方式，将每小时添加8mL的连续添加方式调整为发泡时一次性投加200mL。

(4)改变再生塔塔底出来的贫砜胺液的过滤方式，将设计的依次通过机械过滤器、活性碳过滤器、后过滤器的方式改为只通过机械过滤器进行过滤，因为通过操作总结发现，活性炭过滤器会加剧砜胺液的发泡。

以上缓解管束腐蚀的措施自2019年1月开始实施，从重沸器使用情况来看，取得了明显效果，自从采取这些措施后，未再发生管束腐蚀穿孔故障，2020年9月装置停产大修时对管束进行试压，也未发现新的泄漏管束，至今保持良好的使用状态。

4 结语

虽然通过采取工艺调整等措施缓解了重沸器管束的腐蚀，但随着使用时间增长，难免会再发生腐蚀穿孔，为确保装置长期平稳运行，公司已经购置新重沸器作为备用。通过对其他同类净化厂进行调研发现，管层介质为蒸汽、壳层介质为砜胺液的釜式重沸器使用情况较好，同时考虑到重沸器在高温、高含硫的恶劣工况下运行，建议将重沸器由目前的立式管侧热虹吸式改为卧式安装的釜式，并对管束材质进行升级。