裂解爐原料管線腐蝕情況調(diào)查及分析

王 靜，劉忠友

(中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司，北京 102503)

1 裂解爐原料管線情況

某公司乙烯裂解裝置是以石腦油、輕柴油等為原料，通過高溫裂解、壓縮、分離得到高純度乙烯和丙烯產(chǎn)品，同時副產(chǎn)碳四、裂解汽油等有機(jī)化工原料。該裝置于1976年建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)能力為300 kt/a，后經(jīng)改造，目前生產(chǎn)能力達(dá)到710 kt/a。

該裝置裂解原料為來自煉油廠的石腦油、柴油、加氫尾油，送至裂解爐有兩種途徑:煉油廠→儲運(yùn)二廠的儲罐→裂解爐，煉油廠→儲運(yùn)二廠→裂解裝置原料罐→裂解爐。每臺裂解爐有四組或六組進(jìn)料管線，其原料管道流程見圖1。

圖1 裂解爐原料線流程Fig.1 Flow for cracking furnace raw line

進(jìn)入裂解爐對流段前的所有管線均為碳鋼材質(zhì)，進(jìn)入對流段的管線材質(zhì)依次為316→碳鋼(帶翅片)→P11→304H，其中碳鋼耐蝕性最差。

2 出現(xiàn)的腐蝕問題

2.1 BA-1104進(jìn)料線泄漏著火

2013年6月，新區(qū)加熱爐BA-1104石腦油進(jìn)料線直管段發(fā)生泄漏著火事故，東側(cè)(北數(shù))第二路進(jìn)料彎頭后兩個焊縫之間的水平短節(jié)段正下方出現(xiàn)一個3 mm×2 mm孔洞(見圖2)。觀察該短節(jié)內(nèi)壁，可見明顯成片的黃褐色的成片的銹垢層，在表面銹垢層剝離的部位可看到藍(lán)黑色的溝槽，有沖刷痕跡(見圖3)。對發(fā)生腐蝕泄漏的管線及附近其他進(jìn)料管線進(jìn)行測厚，結(jié)果顯示泄漏進(jìn)料線的彎頭和直管段存在嚴(yán)重腐蝕減薄，最小壁厚為2.5 mm。此外西側(cè)第二路和第三路進(jìn)料管線的相同位置均有減薄。

圖2 進(jìn)料線泄漏部位Fig.2 Leakage part of feed line

2.2 BA-112預(yù)熱二段出口管腐蝕嚴(yán)重

BA-112對流段原料預(yù)熱二段出口管(材質(zhì)12Cr1MoV)腐蝕嚴(yán)重，原壁厚5 mm減薄至2 mm。原料調(diào)節(jié)閥處管線(碳鋼管DN50壁厚等級SCH40)，原壁厚3.9 mm，減薄至2 mm，使用時間10a。

圖3 出現(xiàn)孔洞的短節(jié)Fig.3 Hole short section

2.3 BA-1101東側(cè)出口管線爆管

2013年10月11日，新區(qū)BA-1101東側(cè)出口原料預(yù)熱二段至上混合預(yù)熱段管線(材質(zhì)為20號鋼，規(guī)格Ф 60.0 mm×3.9 mm)爆管(見圖4)。

圖4 BA-1101出口原料線爆管后形貌Fig.4 Scale of BA-1101 raw material line outlet after blast

該段操作溫度由100℃升至180℃，操作壓力為0.6 MPa。其內(nèi)壁有一層黃色的腐蝕產(chǎn)物，大約有三分之一周的內(nèi)壁腐蝕產(chǎn)物明顯厚而疏松，局部坑蝕，且該處壁厚明顯薄于同一周向的其它位置(見圖5)。

圖5 BA-1101出口原料線內(nèi)壁腐蝕Fig.5 Corrosion of BA-1101 raw material line inwall

3 檢測情況

針對新區(qū)BA-1101管線爆裂情況，將所有裂解爐對流室原料線進(jìn)行超聲波測厚，減薄管線測厚匯總見下表1。從表1可以看出，新區(qū)四臺裂解爐進(jìn)料管線腐蝕情況比較嚴(yán)重，裂解爐原料管線腐蝕嚴(yán)重減薄38處，主要減薄部位分布在調(diào)節(jié)閥組出口側(cè)彎頭及彎頭后直管以及調(diào)節(jié)閥后水平管位置。新區(qū)4號爐出入口管線均減薄嚴(yán)重。

4 乙烯裂解爐腐蝕原油分析

4.1 乙烯裂解爐腐蝕案例統(tǒng)計(jì)

查閱相關(guān)文獻(xiàn)[1-11]，對行業(yè)內(nèi)近十幾年乙烯裂解爐腐蝕相關(guān)事故案例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，乙烯裂解爐發(fā)生故障較多的是爐管本身腐蝕泄漏或開裂，其次是進(jìn)料預(yù)熱段管線或者蒸汽集合管的開裂。造成爐管開裂或腐蝕失效的主要原因有操作工況復(fù)雜;長期高溫運(yùn)行造成爐管材質(zhì)本身的蠕變損傷、滲碳、高溫氧化等失效，焊接缺陷或者異種材質(zhì)的焊接易引起應(yīng)力腐蝕并導(dǎo)致開裂;翅片管的煙氣露點(diǎn)腐蝕;流體沖刷;清焦吹掃不當(dāng)引起的局部積液腐蝕等。

4.2 腐蝕原因分析

本文中乙烯裂解爐發(fā)生的幾次故障主要是裂解爐對流段的出入口的原料線泄漏引起的，并非爐管本身。原料線泄漏，易引起火災(zāi)，危害較大，應(yīng)引起重視。

4.2.1 管內(nèi)介質(zhì)

管線內(nèi)的主要介質(zhì)是石腦油、柴油、加氫尾油。為了防止結(jié)焦，加氫尾油進(jìn)料中需要注入二甲基二硫(DMDS)，而石腦油和柴油中含硫量較高，不需再注入硫。因此，原料中存在一定量的活性硫、氯離子等腐蝕性介質(zhì)。石腦油隨品質(zhì)的不同，硫、氯含量在不同范圍內(nèi)波動，石腦油氯質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常小于5 μg/g，硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常在 150 ～300 μg/g。柴油中硫、氯的含量會更高些，并且在對流段的上、下混合預(yù)熱段分別有稀釋蒸汽混合注入原料中，會有酸性介質(zhì)存在。原料中含有機(jī)硫、H2S、氯等有害雜質(zhì)，會對碳鋼管線造成高溫硫化物腐蝕、高溫H2S/H2腐蝕以及濕硫化氫腐蝕。

4.2.2 腐蝕發(fā)生部位

閥門后彎頭及其后的直管段是物料沖刷嚴(yán)重的部位，因此，物料沖刷是造成對彎頭、三通、變徑、盲端、低點(diǎn)倒淋等部位腐蝕減薄的重要原因。

4.2.3 工藝操作

裂解爐用稀釋蒸汽吹掃和清焦。清焦前蒸汽吹掃不徹底，會導(dǎo)致進(jìn)料預(yù)熱段出口管處殘存含硫裂解原料，在清焦過程中形成了硫酸，促使相對低點(diǎn)容易積液的部位發(fā)生硫酸露點(diǎn)腐蝕。清焦不徹底，會使管線內(nèi)壁結(jié)焦，由此加劇結(jié)焦部位物料的沖刷甚至引起物料的偏流，從而加劇局部腐蝕，造成局部減薄穿孔。

稀釋蒸汽混合注入原料，會導(dǎo)致管線在停爐時低點(diǎn)存在積液，裂解爐對流段易發(fā)生腐蝕的部位均集中在原料未完全轉(zhuǎn)化為氣相和有稀釋蒸汽注入的部位，相對低點(diǎn)容易積液的部位更容易發(fā)生局部腐蝕。

5 建議措施

(1)加強(qiáng)工藝防腐管理，嚴(yán)格監(jiān)控裂解原料中酸性組分含量和水含量。

(2)裂解爐停爐吹掃時應(yīng)避免因吹掃不徹底造成局部積液。

(3)加強(qiáng)檢測。通過大面積普測，擴(kuò)大范圍對相關(guān)設(shè)備、管線進(jìn)行測厚排查，總結(jié)歸納易減薄部位，據(jù)此合理設(shè)置測厚點(diǎn)，定期現(xiàn)場檢測，及時發(fā)現(xiàn)和處理薄弱環(huán)節(jié)。

(4)充分利用預(yù)知維修系統(tǒng)，將現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)納入預(yù)知維修系統(tǒng)，按照壽命管理的要求，根據(jù)腐蝕速率，定期檢查和更換易發(fā)生腐蝕的管線。

(5)對整體腐蝕嚴(yán)重的管線，易腐蝕的部位有計(jì)劃的進(jìn)行材質(zhì)升級。如注汽前容易形成積液的管段，目前仍用20號鋼的建議升級為304不銹鋼。

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