加氫改質裝置瓦斯線泄漏原因分析及處理措施

李國龍

摘要：中國石油哈爾濱石化公司加氫改質裝置瓦斯系統運行中，在管線、彎頭、三通以及罐D-401底部都有不同程度的減薄和坑蝕現象。并多次在彎頭處發生泄漏，造成裝置停工。本文就其瓦斯系統的腐蝕原因、處理措施和檢修對策做了闡述。

關鍵詞：瓦斯；硫化氫腐蝕；溫度

中圖分類號：FU25 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3178（2018）20-0016-01

前言

2014年6月14日16時40分，生產車間班組巡檢發現瓦斯罐（D-401）入口管線在PV-401下游彎頭處有瓦斯泄漏，此處彎頭于2013年4月更換（20# 90°無縫彎頭Ф273*8）。15日7時20分檢修車間動火將此彎頭拆下，經檢查發現彎頭下方管壁嚴重減薄并出現漏點，且與此彎頭連接的橫管段下方也出現管壁減薄、坑點腐蝕情況（如圖-2、圖3、圖4），將此彎頭和橫管段進行更換，于15日13時完成作業。2014年8月大修，經檢測D-401罐底腐蝕嚴重，其底部減薄為d=3.5mm（原材質厚度為d=8mm）。有維修車間拆卸運至大慶，經專業部門對罐底進行更換后回裝。

1 原因分析

1.1 瓦斯氣帶水；

1.2 瓦斯其中含有H2S，造成濕硫化氫腐蝕；

1.2.1 硫化氫的影響

瓦斯氣體中往往含有硫化氫。干燥的硫化氫與二氧化碳一樣都不具有腐蝕性，溶解于水中的硫化氫具有較強的腐蝕性。碳鋼在含有硫化氫的水溶液中會引起氫的去極化腐蝕，碳鋼的陽極產物鐵離子與水中的硫離子相結合生成硫化鐵。硫化鐵的溶度積很小，是一類難溶沉淀物。含有大量懸浮的硫化鐵的水稱為“黑水”。水中的溶解鹽類和溶解的CO2對H2S 的腐蝕有一定的影響。鋼在含有H2S 的蒸餾水（A）、含有H2S 的鹽水（B）、含有H2S和CO2鹽水（C）中的腐蝕情況，鋼在含有H2S 的鹽水中的腐蝕速率最高；而在含有H2S 的蒸餾水中的腐蝕速率較低。因為不同的水溶液形成的腐蝕產物不一樣，所以腐蝕速率也不同。鋼在蒸餾水中，最初形成保護性能差的Fe9S8，繼而形成保護性能較好的磁黃鐵礦和黃鐵礦（FeS2）。在含有H2S 的鹽水中只能形成保護性能差的Fe9S8，所以腐蝕速率繼續增大，是屬于電化學腐蝕。

含H2S 的水對金屬材料的腐蝕破壞還有兩種類型：一是氫脆，電化學腐蝕產生的氫滲入鋼材內部，使材料韌性變差，引起微裂紋，使鋼材交脆；二是硫化物應力腐蝕，在拉應力和殘余張應力作用下鋼材氫脆裂紋發展，致使鋼材破裂。以上兩種腐蝕可能在沒有任何征兆的情況下，在短時間突然發生。這應是預防的重點。發生在鋼表面的腐蝕，陽極方面鐵被溶解形成Fe2+與O2結合，H2S 或CO2取決于電解質溶液的組成。這些腐蝕產物或附著物的形成，如鐵銹包括 [Fe2O3·xH2O]，FeSx，Fe2CO3。當這種情況發生時，電子流向陰極。在陰極表面，它們阻止了水的氧化作用產生OH-或H+變成H2↑。

綜上所述，水中溶解了O2，CO2，H2S 等氣體后，水的腐蝕性大大增強。事實上水中的溶解氣體是腐蝕的主要原因。

1.2.2 溫度影響

當腐蝕由氧擴散控制時，在給定氧濃度下，大約每升高30℃溫度，腐蝕速度增加一倍。在允許溶解氧逸出的敝口容器內，到達80℃之前，腐蝕速度隨溫度升高而增加，然后逐漸降低，在沸點時，降到很低的數值。80℃以后腐蝕速度的降低是和溫度升高時水中氧的溶解能力顯著下降有關，這種影響最終超過了由于溫度升高引起的加速腐蝕作用。而在封閉的系統內，氧不能逸出，所以腐蝕速度不斷隨溫度升高而增加，直到所有氧都被消耗完為止。當腐蝕與析氫反應有關時，那么溫度每升高30℃，腐蝕速度增加還不止一倍。例如，鐵在鹽酸中的腐蝕速度大約溫度每升高10℃就增加一倍。

1..3 此管線為重整加氫裝置加熱爐提供瓦斯氣，管道通徑DN250，目前重整裝置已停工，瓦斯線流量只有600m3/h（原流量為2000m3/h），氣體流速低水不能帶走，彎管處存水造成濕硫化氫腐蝕環境。

2 解決措施

2.1 解決瓦斯帶液、瓦斯中H2S含量超標問題，加強工藝腐蝕管理。

2.2 定期定點測厚檢查，防止突發緊急事故，加強設備腐蝕管理。

2.3 根據現有瓦斯流量，確定瓦斯管線直徑，提高氣體流速。

2.4 將容易存水腐蝕管段更換為不銹鋼材質的管線。

3 檢修方案及對策

3.1 生產車間組織人員對瓦斯管線（系統）進行氮氣吹掃、處理，清除管線內介質。

3.2 維修車間加盲板3塊：DN250主線2塊，DN200副線1塊。進行系統隔離。

3.3 生產裝置再次進行蒸汽吹掃，每2小時測氧測爆一次，直至具備動火條件。開據火票，落實安全措施。

4 2014年6月維修車間對泄漏的彎頭及腐蝕嚴重的管線進行更換。原設計彎頭厚度為：8.0mm.現更換彎頭厚度為：9.5mm。材質為20#鋼，符合要求。

5 原設計瓦斯流量2000Nm3/h，目前重整裝置已停工，加氫瓦斯流量只有600m3/h左右，氣體流速低，及瓦斯氣帶水、硫化氫含量超標，造成管線低部存水集液。所以在2014年8月裝置大修期間，經過設計、審批，將材料為20#，Ф273X8 的瓦斯管線更換為Ф159X6 ，304不銹鋼管線。

6 焊接工藝

（1）焊接方法：根據不銹鋼的焊接特點，盡可能減小熱輸入量，故采用手工電弧焊、氬弧焊兩種方法，d ≧Φ159 mm 的采用氬弧焊打底，手工電弧焊蓋面。

（2）焊接參數。304不銹鋼的突出特點是對過熱敏感，故采用小電流、快速焊，多層焊時要嚴格控制層間溫度，使層間溫度小于60 ℃ 。

（3）坡口形式及裝配定位焊。坡口形式采用V 形坡口，由于采用了較小的焊接電流，熔深小，因而坡口的鈍邊比碳鋼小，約為0-0.5 mm，坡口角度比碳鋼大，約為65°- 70°。

因不銹鋼熱膨脹系數較大，焊接時產生較大的焊接應力，要求采用嚴格的定位焊。

7 結語

在系統運行中，要加強瓦斯氣脫水或添加分離器等設備，減少硫化氫和二氧化碳的含量（硫化氫含量少于20mg/㎡，二氧化碳體積比小于3.0%），根據情況及時清管作業，清管時防止污物進入管線，定期加注緩蝕劑。在施工作業和日常維護時，要嚴格按規程做好管線除銹拋光工作，保證外涂層材料的質量，及時修補外部損傷，對管線維護保養要到位，發現問題，及時處理。

參考文獻

[1]《化工設備 》作者：馬秉騫 化學工業出版社

[2]《金屬材料焊接》作者：英若采 機械工業出版社

[3]化學工業部化工機械研究所.腐蝕與防護手冊[M].北京：化學工業出版社，1995