單塔汽提裝置汽提塔泄漏分析及防護

許顯坤，王學剛，李曉偉

（中油股份獨山子石化分公司，新疆 獨山子 833699）

某煉油廠單塔汽提裝置于1995 年建成投產，用于處理老區煉油廠催化、汽油加氫、硫磺等裝置排放的酸性水。酸性水主要成份是硫化物和氨，本裝置通過蒸汽汽提將污水中的硫化物和氨分離出來。單塔汽提采用的是單塔加壓側線抽出工藝流程，再加上分凝和氨精制系統，從而得到經過處理的凈化水和純度較高的液氨。2007 年裝置進行了較大的技術改造，更換了采用L-D 復合高效塔板的汽提塔，進一步提高汽提效率。該塔于2015 年停工檢修期間進行了定期檢驗，通過對塔壁厚測定、超聲、磁粉、滲透等檢測，未發現問題，安全狀況等級評定為2 級。2017 年10 月，該塔上部三層平臺處靠近環焊縫位置出現泄漏，下文將就泄漏原因進行分析。

1 汽提塔腐蝕泄漏概述及檢驗情況

（1）汽提塔基本參數（表1）。

表1 汽提塔參數表

（2）泄漏處筒節內外表面檢驗情況。塔體二層填料段之間筒體環焊縫上端熔合線位置腐蝕穿孔（φ2mm），泄漏部位外觀呈孔狀特征，形貌見圖2。未見泄漏點附近存在開裂情況。

對漏點附近進行射線檢查，漏點附近沿環焊縫熔合線存在較明顯的減薄區域，長度約 90mm，環焊縫上下兩側有近200mm 的腐蝕坑分布，且腐蝕坑呈條狀分布（圖3）。

圖1 塔正視圖

圖2 泄漏部位外觀形貌

圖3 射線數字成像結果（黑色箭頭為腐蝕坑）

泄漏部位內表面發現大面積沖刷腐蝕痕跡，范圍為600×1000mm。上層格柵支撐圈的加強板下部有3 處扇形沖刷痕跡，沖蝕最嚴重的一處寬度約為110mm，筒體母材焊縫均被腐蝕，腐蝕深度在5 ～11mm 范圍（圖4）。泄漏部位周向180°內表面（筒節東面）的人孔上方母材也發現大面積沖刷腐蝕坑，范圍為770×750mm（圖5）。內表面沖刷區域內，發現多處鼓包，部分鼓包已開裂（圖6、7）。泄漏筒節外表面泄漏孔附近發現一處長100mm，寬80mm 的橢圓形鼓包（圖8、9）。

（3）塔其他筒節內外表面檢驗情況。對泄漏段塔體其他筒節進行內表面宏觀檢驗，兩筒節內表面有輕微銹蝕，無明顯減薄，測厚檢查，其他筒節壁厚未見異常（12.24 ～14.56mm（原壁厚12/14mm））

（4）其他檢測情況。磁粉探傷檢測：對泄漏筒節及鄰近上下筒節的內表面焊縫及熱影響區分別進行了的熒光磁粉檢測，未發現表面超標缺陷；超聲波探傷檢測：對泄漏筒節的內表面環焊縫進行了超聲波探傷檢測，未發現超標埋藏缺陷；硬度檢測：正常部位硬度：130HB；鼓包附近部位硬度：124HB，硬度檢測未發現異常。

圖4 泄漏筒節西側內表面減薄和泄漏部位

圖5 泄漏筒節東側內 表面減薄區域

圖6 筒節西側鼓包開裂

圖7 筒節東側鼓包開裂

圖8 外表面鼓包位置示意

圖9 外表面鼓包

（5）金相組織分析。對塔體正常部位及鼓包附近部位進行金相組織分析，結果為鐵素體+珠光體，符合材質20R的標準要求，無明顯異常組織，如圖10、11。

圖10 鼓包周圍組織照片

圖11 正常位置組織照片

2 腐蝕原因分析

（1）沖刷腐蝕原因分析。經上述檢測及開塔檢查，發現泄漏筒節上一層填料壓板局部傾斜，塔運行中填料分布狀態發生變化，填料分布不均導致塔內的含有高濃度硫化氫的水溶液流態發生改變，由垂直下落變為部分順著塔壁流下，與塔壁鋼板腐蝕反應形成FeS，水溶液持續沖刷又破壞了FeS 保護作用，最終形成了嚴重的沖刷腐蝕，導致塔體筒壁局部沖蝕減薄至穿孔，是該塔泄漏的主要原因。

（2）鼓包及鼓包開裂分析。泄漏筒節的腐蝕介質為硫化氫水溶液， 筒節材料20R 與硫化氫水溶液發生電化學反應，陰極反應出來活性很強的[H]向鋼中滲透、擴散進入鋼材內部，在鋼板內部夾雜的非金屬物處集聚并形成氫分子。隨著氫分子量增加，形成的壓力不斷增高，最后導致夾雜物尖端產生鼓包，小的鼓包趨向于相互連接，即相鄰幾個夾雜物的破裂，貫連形成有階梯狀特征的氫致開裂。

此次檢驗發現該塔僅泄漏筒節存在氫鼓包及氫致開裂，其它部位無異常。主要原因為：泄漏筒節處于上下填料間的氣液兩相段，同時介質偏流使硫化氫水溶液與筒節鋼板充分接觸；泄漏筒節用鋼板可能存在原始的、軋制過程中產生的Mn、Si 氧化物夾雜或夾層，其分布平行于鋼板表面，氫鼓包易發生于鋼中夾雜物及其它不連續處（鋼板質量驗收標準允許存在不超標的夾雜或平行于鋼板表面的夾層，不代表鋼板質量不合格）。

（3）工藝變化影響。2015 年停工檢修后至塔體泄漏2年時間，該裝置汽提塔加工量和脫硫前硫化物濃度有較明顯上升趨勢（圖12、13）。

表2 汽提塔平均月加工量、硫化物濃度表

圖12 2015 年至2017 年平均月加工量

圖13 2015 年至2017 年硫化物濃度

由以上圖表可以看出，從2016 年11 月開始，該塔的加工量和硫化物濃度出現較明顯的上升，硫化物濃度最高時達到了11868ppm，由于處理量和濃度的增加，加劇了沖蝕和硫化氫腐蝕。

3 腐蝕防護策略

（1）針對此塔腐蝕環境，可從設計選材方面采取多種防濕硫化氫腐蝕措施，如塔體選用鎮靜鋼、鋼板正火狀態供貨、不采用高強度鋼、控制鋼材中S、P 含量或者在鋼種添加Cu 或表面滲鋁等提高表面膜的保護性，組織氫原子往鋼中擴散。

（2）正常生產過程中，在無法打開塔體檢查的情況下，可在塔壁填料段下部塔體，設置多個溫度監控點、壁厚測厚點，定期觀測，可通過累積數據分析出塔內液相是否存在偏流情況。檢修過程中，細化塔填料、支撐圈等部件安裝標準，嚴格驗收，避免出現內構件失穩，形成偏流等故障。

（3）同時，此塔的多個工藝參數介質可設立為防腐預警值，定期對標，如脫硫前硫化物含量、NH3 含量、汽提塔定溫度、冷熱進料流速、原料水化驗分析等多角度，建立完善的工藝腐蝕監測體系，可提前發現塔運行異常，避免泄漏事件的出現。

4 結語

酸性水汽提塔介質中含有較高濃度硫化氫、硫化物、氨等介質，一旦泄漏，將對現場人員及周邊環境造成較大傷害。因此，除選用可靠、合適的抗腐蝕鋼材，日常生產及操作過程中也應注意有針對性的設置有效監控措施，提前發現設備腐蝕問題，將事故消滅在萌芽狀態。