乙烯裝置裂解爐汽包腐蝕分析與對策

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(1.中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司，黑龍江 大慶 163714； 2.中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院大慶化工研究中心，黑龍江 大慶 163714)

乙烯裝置是以石油或天然氣為原料，主要生產高純度乙烯和丙烯，同時也生產多種石油化工副產品[1]。乙烯裂化爐汽包是吸收裂解氣熱量產生蒸汽用于熱量循環利用的重要設備，操作條件:高溫高壓，材質一般選用耐蝕合金，主要發生二氧化碳腐蝕、振動疲勞和沖刷腐蝕等。表現形式一般為內壁蝕坑、角焊縫開裂等。汽包的腐蝕不僅影響著裝置長周期的運行，同時引起較大的安全隱患。該文結合某石化廠乙烯裝置裂解爐汽包腐蝕調查，對其進行腐蝕分析，并提出相應的腐蝕防護措施。

1 汽包風險分析

根據API 581，采用基于風險的檢驗(RBI)技術對乙烯裂解爐汽包進行風險評估[2-7]，汽包運行參數見表1,評估結果見圖1。由圖1可知汽包封頭和筒體均存在二氧化碳腐蝕、高溫氧化腐蝕、振動疲勞和沖刷腐蝕；失效可能性為3，失效后果為D，屬于中高風險。

表1 汽包主要參數

2 腐蝕檢查

2.1 腐蝕情況

對乙烯裂解爐汽包(位號1號至7號)進行腐蝕檢查，發現共性問題如下：①汽包內壁(含封頭和筒體)存在密集點蝕(見圖2)；②內件螺母松動脫落(見圖3)。

非共性問題有：①2號汽包內壁下半部分存在條紋狀腐蝕坑(見圖4)； ②6號汽包內分布器與內壁角焊縫1處開裂(見圖5)。

2.2 檢驗檢測

(1)超聲波測厚

采用超聲波測厚儀對汽包進行厚度檢測(內壁檢測)，結果見表2。

圖4 內壁條紋狀腐蝕坑

圖5 角焊縫裂紋

部 件設計壁厚/mm實測壁厚最小值/mm1號2號3號4號5號6號7號封頭6868.5 67.6 68.5 68.5 70.0 68.8 69.0筒體8889.289.089.0 89.3 89.6 89.0 88.9

由表2可知,汽包封頭實測壁厚最小值為67.6 mm，汽包筒體實測壁厚最小值為88.9 mm，可以認定此次腐蝕檢查的汽包并不存在均勻減薄。

(2)硬度測試

采用便攜式里氏硬度計對2號和6號汽包人孔側封頭、焊縫及筒體進行硬度測試，結果見表3。由表3可以看出，與2號汽包相比，6號汽包的硬度值略微偏低。

表3 汽包硬度 HL

(3)汽包給水采樣

對近3個月汽包給水采樣數據進行統計,結果見表4。由表4可以看出,汽包給水的鐵質量濃度一直處于控制指標范圍以內，而pH值則偏低，pH值偏低容易形成內壁腐蝕。

表4 汽包給水采樣數據

3 腐蝕分析

(1)二氧化碳腐蝕

金屬在潮濕的二氧化碳環境(碳酸)中發生的腐蝕，稱之為二氧化碳腐蝕[2]。二氧化碳腐蝕的損傷形態主要是坑蝕，受影響材料包括碳鋼和低合金鋼。汽包給水中不可避免的含有微量二氧化碳，會對汽包封頭、筒體和內件產生二氧化碳腐蝕，形成坑蝕。此次腐蝕檢查汽包內壁(含封頭和筒體)存在不同程度的密集點蝕(圖2)。發生二氧化碳腐蝕的同時，汽包還有可能會發生二氧化碳應力腐蝕開裂。

(2)振動疲勞

設備或構件在振動載荷或不穩定流體流動等動態載荷作用下，引起了交變振動，產生疲勞開裂。振動疲勞的損傷形態主要是高應力點或結構不連續處萌生裂紋，受影響材料包括所有工程材料。汽包中的水蒸氣產生不穩定流體流動，其振動導致汽包內件螺母松動脫落。6號汽包內分布器與內壁角焊縫1處開裂主要是振動疲勞所致。

(3)沖刷腐蝕

沖刷腐蝕是指固體、液體和氣體或其任意之間組合發生沖擊或相對運動，造成材料表面層機械剝落加速腐蝕的過程。沖刷可以在很短的時間內造成材料局部嚴重損失，典型情況有沖刷形成的坑、溝、銳槽、孔和波紋狀形貌，且具有一定的方向性。2號汽包內壁下半部分存在條紋狀腐蝕坑，主要是由沖刷腐蝕所致。

(4)其他

汽包還可能會發生高溫氧化、滲碳等腐蝕。汽包所用材料NS111是一種固溶強化型鐵鎳基耐蝕合金，抗氧化性、抗介質腐蝕性和高溫下抗滲碳性能良好，所以發生高溫氧化和滲碳的概率較小。目前未發現高溫氧化和滲碳現象。

4 腐蝕防護

針對乙烯裂解爐汽包發生的腐蝕，結合腐蝕分析和實際生產情況，提出以下防護措施。

(1)控制汽包給水水質，重點控制汽包給水的pH值和氧含量；

(2)控制汽包工藝，避免操作溫度、操作壓力和介質流速的大幅波動；

(3)加強對汽包的定期巡檢和壁厚監測，并在每次大修時對汽包進行重點檢驗，特別是對于角焊縫容易開裂的地方。

5 結 語

(1)乙烯裝置裂解爐汽包封頭、筒體和內件均存在不同程度的密集坑蝕是因為二氧化碳腐蝕所致，內件螺母松脫是因為振動所致。除此之外，汽包還有可能會發生沖刷腐蝕、高溫氧化腐蝕和滲碳等。

(2)對汽包進行RBI評估，評估結果顯示汽包封頭和筒體存在二氧化碳腐蝕、蠕變和高溫氧化腐蝕，失效可能性為3，失效后果為D，屬于中高風險，RBI評估結果與腐蝕調查和腐蝕分析結果基本一致。

(3)裂解爐汽包處于高溫高壓的工作環境，其安全穩定運行影響到整個乙烯裝置的安全長周期運行;因此需要控制汽包給水水質和維持汽包工藝穩定，避免操作溫度、操作壓力和介質流速的大幅波動，并加強汽包的定期巡檢和壁厚監測，并在每次大修時要對汽包進行全面檢驗。

(編輯 王菁輝)