溶剂再生系统非金属衬里管线的腐蚀分析

吴艳萍，刘 强，尚 伟

（1.中国石油兰州石化公司，甘肃兰州 730060；2.上海巴斯夫聚氨酯有限公司，上海 201400）

0 引言

某气体精制装置采用胺洗法脱硫、梅洛克斯法脱硫醇工艺，由干气液态烃脱硫、液态烃脱硫醇及溶剂再生3 个部分组成，可处理液态烃30 万吨/年、干气10 万吨/年。该装置溶剂再生系统再生塔塔底重沸器壳程介质胺液自再生塔塔底抽出，经与低压饱和蒸汽换热后返回再生塔。

胺液自重沸器至再生塔管线原设计采用碳钢管线，由于碳钢耐胺腐蚀能力差，2016 年改为内衬聚四氟乙烯的非金属衬里管线，2022 年检修发现该管线衬里破损严重，胺液在衬里与碳钢管壁间隙内聚集，导致管线腐蚀严重。

1 非金属衬里管线腐蚀形貌分析

1.1 管线投入使用情况

该非金属衬里管线自2016 年10 月投入使用，管径DN350，非金属衬里材料为聚四氟乙烯，其工艺介质为胺液，介质自重沸器流向再生器，操作压力为0.23 MPa，操作温度125 ℃。

1.2 管线腐蚀情况

2022 年9 月，对管线进行脉冲涡流扫查，发现该管线多处部位严重减薄（图1）。其中，壁厚减薄小于20%，属于轻微腐蚀减薄；壁厚减薄20%～40%的，属于中度腐蚀减薄；壁厚减薄大于40%的，属于严重腐蚀减薄。

图1 管线腐蚀部位检测示意

5#～9#检测点的脉冲涡流扫查图谱如图2～图6 所示。

图2 5#测点脉冲涡流扫查图谱

图3 6#测点脉冲涡流扫查图谱

图4 7#测点脉冲涡流扫查图谱

图5 8#测点脉冲涡流扫查图谱

图6 9#测点脉冲涡流扫查图谱

1.3 管线衬里破损情况

2022 年10 月装置停工处理，发现该管线内部非金属衬里鼓包、撕裂、破损严重，且衬里破损卷边后表现出明显的方向性，方向与管线内工艺介质流向一致（图7）。

2 腐蚀机理

2.1 胺腐蚀

溶解在胺液内的酸性气体（二氧化碳CO2和硫化氢H2S）、胺降解产物、热稳定胺盐（HSAS）和其他杂质，会引起碳钢和低合金钢材料均匀或局部腐蚀[1]。再生塔胺液中的H2S 和CO2不能完全被脱除，在有水存在的条件下胺液显碱性、产生胺液腐蚀。遭受胺腐蚀时，碳钢和低合金钢可表现为均匀减薄或局部减薄及沉积物垢下腐蚀，这种腐蚀会随着胺液中CO2含量的增加而加剧。

2.2 SO2-CO2-H2S 腐蚀

碳钢或低合金钢与水溶液中亚硫酸和碳酸接触，在较低pH 值环境下会发生的均匀或局部腐蚀[2]。通常表现为均匀和局部腐蚀，在流速流态严重部位易遭受局部蚀坑或点蚀。

2.3 冲刷腐蚀

高速度的腐蚀流体，即腐蚀流体与高速度的结合对材料造成的损伤称为冲刷腐蚀[3]。冲刷可以在很短的时间内造成材料局部严重损失，且具有一定的方向性[4]。

2.4 衬里鼓包失稳

非金属衬里复合管受实际环境的复杂性及衬管内流体工况不稳定性的影响，导致管道介质温度不断波动变化，外加基—衬材料热膨胀系数的差异性，就会导致材料变形不协调[5]。基—衬部分因制管工艺，难以避免使基—衬之间存在少量水或空气[6]，同时衬里层都有一定的渗透性[7]，在操作温度升高时会导致衬管出现鼓包问题。

3 腐蚀原因分析

在装置开停工过程中，管道内操作温度和压力在短时间内发生明显变化，由于非金属衬里与基层金属热膨胀系数不同，导致材料变形不协调，非金属衬里层较薄、刚度较小，因此在外界载荷作用下很容易产生鼓包失稳现象。非金属衬里管道因制造工艺的影响，无法完全避免水汽和空气存在于衬里与基层贴合面间隙，同时衬里层有一定的渗透性，在操作温度升高时衬里与基层间隙内的水汽、空气及渗透进来的工艺介质膨胀，也会导致非金属衬管出现鼓包失稳现象。

在非金属衬管长期投用过程中，衬里鼓包失稳及操作温度、压力的动态波动，将导致鼓包部位产生应力疲劳，从而大大降低衬里材料的疲劳寿命[8]。同时，衬里鼓包导致管道内工艺介质流通面积减小，介质流速增加，在工艺介质的长期冲刷与衬里疲劳载荷的双重作用下，衬里材料发生撕裂现象，并表现出与工艺介质一致的方向性。

衬里材料破裂以后，衬里与基层金属之间形成部分死区，导致胺液聚集，胺液内含有的酸性气体（H2S、CO2）、胺降解产物、热稳定胺盐等与基层碳钢管线直接接触，产生胺腐蚀，同时胺液中含有的H2S、SO2、CO2形成胺-SO2-CO2-H2S 腐蚀环境，使碳钢管线发生胺-SO2-CO2-H2S 腐蚀。

由上述分析可知，非金属衬里鼓包失稳与工艺介质冲刷的双重作用是衬里撕裂、破损的主要原因，衬里破裂后，工艺介质形成的胺-SO2-CO2-H2S 腐蚀环境导致基层碳钢管线严重腐蚀减薄。

4 总结

本装置使用的非金属衬里管道在过去6 年中表现出了良好的耐腐蚀性能，使管线更换周期从2 年延长至6 年，但衬里失稳问题成为制约非金属衬里管道长周期运行的主要因素。因此优化非金属衬里管道制造工艺，提高衬里与基层贴合度，减少贴合空隙内水汽与空气，同时稳定装置操作，减少非计划停工次数，避免管线操作温度与压力波动，也是提高非金属衬里管道使用寿命的有效手段。