循環氣管道腐蝕的危害及措施

劉德強，王 庚，崔 亮，王 嚴，高俊峰

（大化集團大連碳化工有限公司，遼寧 大連 116610）

大化集團年產30萬噸甲醇裝置是由五環公司設計、部分引進殼牌技術的以煤為原料的甲醇生產裝置，裝置于2009年投產。煤氣化循環氣管道使用的是碳鋼材料，因腐蝕減薄及生成的雜質給生產帶來一系列影響，現將情況做一介紹。

1 腐蝕的產生

曾發生過用來輸送循環氣的不銹鋼管道被Cl－侵蝕導致金屬晶間裂紋的事故，所以不銹鋼管道不宜用在循環氣管道上。而以碳鋼為主的循環氣管道，往往會導致以下3種情況的腐蝕：①硫化氫的酸性腐蝕；②在含硫的環境中形成硫化亞鐵其表面出現點狀腐蝕的凝結物；③在循環氣壓縮機入口三通（即TV20后）處及三通后，容易出現氯化銨結晶引起侵蝕性濕腐蝕。

2 腐蝕產生雜質對設備的影響

2.1 對循環氣壓縮機的影響

2010年7月份，連續運行2個月的循環氣壓縮機因軸振動觸發聯鎖而停機。當時軸承最高溫度為63℃，壓縮機進氣、排氣壓力無波動，系統運行平穩，對儀表監測點進行查驗，沒有斷開、松動等異常情況。隨后在對壓縮機解體檢查中發現葉輪流道內結了5mm厚的垢層，并有局部脫落，留下了明顯的“斷橋”跡象。葉輪在高速旋轉過程中，懸浮在循環氣中的銹蝕物等固體顆粒粘結在葉輪上，因離心力大小不同，越靠近葉輪中心，結垢越厚；不斷增厚的結垢又在離心力的作用下，被甩出去，造成轉動平衡失效，軸系失衡。清理干凈流道內結垢，對軸系平衡重新校核，回裝再試車，運行平穩。

2.2 對氣化爐的影響

2010年12月，運行中的氣化爐A3環隙超溫，被迫停車檢查。檢查的結果是激冷氣聯箱被燒穿了，高溫合成氣竄到氣化爐環隙造成超溫。激冷氣聯箱有激冷氣的冷卻，怎么會燒壞呢？在進一步的檢查中，發現被燒穿位置的激冷氣φ10的噴吹小孔被雜質堵住，雜質是管道銹蝕物。

如圖1所示，激冷氣由循環氣壓縮機加壓通過A、B、C、D共4個進氣口送到氣化爐A3環隙的激冷氣聯箱內。聯箱環一周均布372個φ10的噴吹小孔，激冷氣通過小孔加速進入環爐膛均布的124個百葉窗口，在窗口外與爐膛內的高溫合成氣混合，使高溫合成氣冷卻。1～9示意的是φ10的噴吹小孔，其中4、5、6陰影示意的是噴吹小孔被雜質堵塞，1、2、3及7、8、9示意的是噴吹小孔正常通氣。a、b、c示意的是3個百葉窗口，簡圖示意的Ⅰ區所在的環形空間與124個窗口是連通的，激冷氣通過小孔加速后經過環形空間進入百葉窗里，是直線行進；所以基本是每3個小孔對應一個窗口，1、2、3的氣流往a窗口里噴吹，7、8、9的氣流往c窗口里噴吹，堵塞的4、5、6就沒法給b窗口提供激冷氣了。a、c窗口氣流連續地往爐膛里噴吹，會帶動Ⅰ區周圍的氣體，但4、5、6已經堵塞，沒有氣源，Ⅰ區很快形成負壓區；而此時爐膛的壓力又高于Ⅰ區，高溫合成氣由b窗口進入Ⅰ區，在a、b、c窗口間形成熱冷循環。流動的高溫合成氣就像一把鋒利的尖刀，首先將沒有冷氣保護的b窗口蠶食，迅速蔓延，最后將聯箱燒穿。激冷聯箱燒穿的修復需要將激冷段的水冷壁切斷一節，整體抬升，挪出檢修空間后才能進行，即使有經驗的檢修隊伍至少也要20天，開停車的損失可想而知。

圖1 激冷器聯箱示意圖

2.3 其他影響

因管道內雜質堵塞儀表測量點，儀表測量誤差，甚至假指示，誤導操作給設備帶來嚴重損壞的案列還是屢見不鮮的。

3 解決方案

鑒于雜質對氣化爐運行帶來的影響，保證激冷氣管道的潔凈度，2011年8月份對激冷氣管道進行了清洗、吹掃，并測厚。數據如圖2所示。K1301循環氣壓縮機入口設計的管道尺寸是φ355×12，出口是φ325×12。如圖2所示數據，管道已經全部減薄，最嚴重的是TV20閥后三通的出口，此部分已經減薄到6.3mm，國內已有廠家因此處減薄而爆管，如果將管道全部換掉，時間上也不允許，此次只能先把TV20后的三通更換了，其余部分將材料準備好以備應急。

圖2 循環氣壓縮機入口、出口管道測厚數據

為將循環氣管線的腐蝕速率降低到可以接受的等級，關鍵是保證管線內循環氣的溫度處于露點溫度之上；同時在停車檢查過程中減少曝露于空氣中的時間，主要是為防止形成易于造成硫化亞鐵保護層出現點狀腐蝕的凝結產物，從而保護硫化亞鐵覆蓋層，以及避免已呈飽和狀態的水蒸汽在管線內凝結和避免達到氯化銨鹽的結晶點。

由腐蝕產生的情況來看，最簡單易行的辦法就是將循環氣管線保溫，保證溫度在235℃以上，同時加強對溫度的監測，如果想要一個長周期經濟穩定的運行就得將管道材料升級為鎳基耐蝕合金。表1是幾種耐蝕合金在不同條件下的耐蝕性對照。

表1 鎳基耐蝕合金的耐蝕性

由表1可以看出，最適用的是Inconel625和Incoloy825這兩種耐蝕合金，因Inconel625價格更高，故通常選用Incoloy825。因耐蝕合金的價格要高于碳鋼的數倍，建議采用碳鋼材料復合焊接Incoloy825的襯里，Incoloy825解決腐蝕，廉價的碳鋼來保證強度，這是性價比最高的使用方法。

4 結 語

目前國內同類型的裝置有30多套，大部分是單套爐運行。循環氣管道材料基本上都是碳鋼，考慮的是降低投資成本，設計也有腐蝕余量。據2011年的不完全統計，因循環氣管道腐蝕雜質及減薄、堵塞造成裝置停車70余次。因此，國內同類項目建設時，在循環氣管道的選材上應做好分析比較。

［1］ 中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊（第2卷）材料的焊接［M］.北京：機械工業出版社，1992