湿式气柜腐蚀原因分析及防护

2022-02-22杨燕黄成波

石油和化工设备 2022年1期

杨燕，黄成波

（1.石油化工工程质量监督总站西南监督站，重庆401254）

（2.国家管网集团重庆天然气管道有限责任公司，重庆408017）

1 概况

R200气柜是某厂的重要设备，属于低压湿式外导架直升储气柜，主要起储存裂化气和平衡负荷的作用。气柜于1979年11月投用，至2012年，气柜投用已超过30年。气柜及附属钢构长时间风吹日晒，加上酸雨的侵蚀，涂层氧化皮脱落，锈迹斑斑，腐蚀严重（如图1）。经过多年的监控运行，发现钟罩、塔1、塔2因腐蚀减薄严重，柜壁产生较大变形，极易穿孔泄漏。主要部件壁厚如下表1。

表1 R200原气柜主要部件壁厚（mm）

图1 气柜壁腐蚀

在2007年、2008年和2010年三次对气柜进行了全面的清洗、检查、检测，发现气柜钟罩、塔1、塔2的密封水槽及周边长期与水接触的下部壁板，存在着防腐层剥落、腐蚀减薄、坑蚀穿孔等问题，特别是在2010年大修中又检测出有8处减薄及穿孔的现象，主要分布在钟罩、塔1、塔2下部壁板1和壁板2上。全面检测及修补情况如下表2。

表2 气柜2007、2008、2010年全面检测及修补情况

2 腐蚀原因分析

2.1 漆膜表面损坏导致腐蚀

气柜运行时间较长，在阳光照射和化工厂内大气腐蚀的作用下，原漆膜老化、变脆，从而丧失原有物理力学性能。钟罩、塔1、塔2的反复升降，当水分到达漆膜与基体间的界面时，使漆膜与基体结合度下降，出现剥离或鼓包。漆膜逐渐脱离基体，漆膜表面损坏，从而导致金属腐蚀。

漆膜下的金属腐蚀主要为电化学腐蚀，反应如下：

阴极反应：O2+H2+2e=2OH-；

阳极反应：Fe=Fe2++2e。

另外，钟罩、塔1、塔2的反复升降，造成表面干湿交替；基体金属暴露在空气中，如果表面有锈蚀层，锈蚀层就起了水和氧气的储槽作用，锈蚀层下基体金属的铁离子化起了强氧化剂的作用。在一定条件下，腐蚀产物会对大气腐蚀的电极反应产生影响。随着天气变化，金属表面温度和湿度随之变化，这样在化学和电化学的作用下，金属表面的腐蚀将加速。

2.2 储存介质导致的腐蚀

2.2.1 酸化物导致的腐蚀

气柜储存介质为裂化气，主要组分为：CH4、CO、H2、C2H2、CO2，其余气体为高级炔和惰性气体等。其中H2、CO、CO2等物料在一定条件下可形成部分酸化物，具有腐蚀性。

气柜进出气频繁，裂化气中的酸性物质如CO2、残氧和水汽直接对气柜壁产生了腐蚀。反应如下：

CO2+H2O→H2CO3

H2CO3+Fe→Fe（HCO3）2+H2↑

2.2.2 炭黑导致的腐蚀

由于R200裂化气气柜是作为裂解装置和压缩装置调整负荷平衡并起到缓冲作用的。上游裂解装置产生大量炭黑，进行新老装置负荷平衡时夹带大量碳黑的裂化气频繁通过气柜，使大量的炭黑被带入气柜，造成了裂化气中的炭黑在油面上积累，在重力作用下致使密封油失效，气柜升降过程间没有形成油膜保护气柜壁，加剧了气柜的腐蚀穿孔。

另外，密封油本身被炭黑污染后也会造成腐蚀。由于同时大量碳黑积存在柜壁上，沉积在气柜底层，造成气柜水中含大量碳黑，并造成防腐密封油也被碳黑严重污染。密封油被污染，本身的氧化安定在一定条件被破坏后，其酸值可以达到2.0mqKOH/q，这些在特定的环境中就会对气柜形成强腐蚀。

2.3 材质劣化

2008年，厂部对气柜腐蚀最严重部位的母材委托检测单位进行母材性能和金相组织检测，并请评价单位进行了分析。

2.3.1 气柜母材性能检测分析

在查阅原气柜翻译图纸时，材质只标明是碳钢，因为1979年以前我国普通碳素钢是以A3（镇静钢）和A3F（沸腾钢）来表示的，并没有明确Q235B的标示，出现Q235B材质的标准是GB/T700-1988才实施的。气柜母材性能检测报告见图2。

图2 气柜母材性能检测报告

根据检测报告数据可知，气柜试样化学成分基本上与Q235B相当。但是，其抗拉强度值350N/mm2偏低于现行Q235B力学性能标准375-500N/mm2的要求；尤其是其延伸率为16，与标准值延伸率≥26相差很多，说明试板的塑性已大大降低。

2.3.2 气柜母材金相组织分析

送样试件的检测结果如下：

靠近腐蚀面机体组织特征为：铁素体上分布有少量细片状珠光体，条状渗碳体；腐蚀面表面有较厚的氧化物，部分区域已产生晶界裂纹。气柜母材试件金相组织检测报告见图3。

图3 气柜母材试件金相组织检测报告

根据观察结果可以判定：腐蚀表面不但氧化物厚而且有的区域已经出现晶界裂纹。这说明该断面金相组织内晶界表面已发生扭曲变形，碳化物已聚集在晶界面析出。此时，金属材料已发生脆性变化。由于晶界有断裂、扭曲，金属的塑性和耐腐蚀性都将有所降低。其次，无论Q235B还是A3钢，都是亚共折钢，其金相组织应该是由铁素体和珠光体组成，不应存在单独析出的渗碳体。因此试件金属趋向于脆性发展，其硬度也会随之变化。其与金属母材的耐腐蚀能力降低也是相吻合的。

综和母材性能和金相组织检测报告分析可知，气柜母材材质已劣化，金属材料已发生脆性变化，塑性已大大降低，耐腐蚀能力下降。

3 气柜的防护措施

由于气柜母材材质劣化，单纯的防腐处理已不能满足长周期运行的需要，需对腐蚀严重部位母材进行更换。考虑到该气柜为正常运行时无法停的重要设备，且无备台，因此决定在2012年大修中，采取了整体更换腐蚀较严重的钟罩、塔1、塔2，腐蚀较轻微的水槽全面防腐的处理方法。

3.1 选材

通过查阅原气柜翻译图纸，同时结合新区气柜的设计图，气柜板材选用Q235B。

3.2 彻底的表面处理

彻底的表面处理包含彻底的除锈和彻底的除锈后清理。

为了防止洋桔梗倒伏，必须进行拉网支撑，打桩要直，高度约80 cm，间距2～3 m，在整好的畦面上拉上12 cm×12 cm网格网，可用搭棚剩余铝材或竹竿固定。在植株高长到30 cm左右时升1次网，之后根据长势逐渐拉升，一般拉4～6次网。把花枝顺到花网格里，升网不及时将导致枝条弯曲、倒伏，影响品质[1]。待植株现花苞，高度到40～50 cm时，要把花网绷紧，保证植株直立，不会摇摆。

（1）彻底的除锈是保证施工质量的重要环节。如果除锈不彻底，必然会影响涂层对金属表面的附着力，从而影响防腐质量。在防腐预制厂钢板采用喷砂除锈、钢构件采用抛丸除锈，除锈等级达Sa2.5级。所有焊接部位、油漆破损部位、不适合用或不能用喷砂方法除锈的表面，采用手工机械除锈，除锈等级达St3级。除锈为隐蔽工程，施工过程中加强除锈质量的检查。

（2）除锈后，涂装前，应用干净的抹布、刷子或用清洁的压缩空气吹扫等方法，清理钢材表面上的灰土、碎屑和其它残留物。针对水槽进行清理时，采用油污清洗剂对气柜壁上的油污进行清洗，以保证防腐涂料的附着力。

3.3 防腐涂层

要解决气柜的腐蚀问题，必须重视气柜防腐涂料的选择。防腐涂料选择时，除考虑漆膜的附着力、表面强度等特性值外，还要充分考虑气柜内外壁的特点来进行选择。

（1）气柜外壁防腐涂料选择时，因为外壁长期接触大气环境，受太阳光照射，因此不仅要求耐水性和耐蚀性好，而且要求漆膜的附着力、表面强度、硬度要高，特别要求防护材料的抗老化性要好。气柜的外表面和外部构件面漆选择乙烯磷化底漆二道20um+铁红环氧底漆二道60um+氯磺化聚乙烯涂料（二～六）道。

（2）气柜内壁防腐涂料选择时，内壁长期与水、介质接触，因此要求涂料耐水性、耐各种有害介质的耐蚀性要好。气柜的内表面和内件防腐采用乙烯磷化底漆二道20um+铁红环氧底漆二道60um+环氧沥青面漆四道240um。

（3）水槽底板防腐涂料选择时，还要考虑施工过程中可能发生的防腐层损坏，以及运行过程中可能落入异物对防腐层造成的损坏，采用沥青漆（一道）80um再泼10号热沥青8～10毫米。

在防腐涂层施工时，由于施工时的温度和湿度会对防腐质量产生较大的影响，尽量减少气候因素的影响。另外，油漆施工要严格进行工序验收，必须在上道工序检查合格后才能进行下道工序的施工。涂料表面应平滑无痕，颜色一致，无针孔、气泡、流坠、粉化和破损等现象。为加强气柜涂漆质量的控制，施工员和质检员共同现场确认首件涂漆质量后，树立首件涂漆样板，指导后续涂漆施工。

3.4 在水中按时投用适量的缓蚀剂。

3.5 工艺上采取相应的有效措施，防止气柜超负荷运行的现象再次发生，解决大量碳黑夹带进入气柜的问题，运行中适当调整气柜运行高度。