催化裂化穩定液化氣罐鼓包分層原因及解決措施

吳 軍，呂士平，朱文勝

（1.中亞能源有限責任公司，陜西 西安 710000；2.中海油常州涂料化工研究有限公司，江蘇 常州 213000）

中亞能源有限責任公司催化裂化裝置包括反應—再生、分餾、吸收穩定、能量回收機組、余熱鍋爐、產品精制、余熱回收、酸性水汽提及火炬系統等八部分。裝置設計原料硫w≤0.5%。反應系統產生的油氣進入分餾系統，分餾塔中部出柴油，底部出油漿，塔頂出汽油和富氣，富氣進入氣壓機壓縮進入吸收穩定系統分離為穩定汽油、液化氣和干氣。高溫煙氣通過煙機做工后進入低溫余熱鍋爐，尾氣排放大氣。

吸收穩定系統工藝流程如下氣壓機出口富氣冷卻至40 ℃，進入氣壓機出口油氣分離器進行氣液分離。分離后的氣體進入吸收塔，用粗汽油和穩定汽油來吸收，經吸收后的貧氣至再吸收塔，用輕柴油作吸收劑進一步吸收后，干氣輸送至產品精制裝置脫硫。凝縮油抽出后送至解吸塔，脫乙烷汽油由塔底抽出，送至穩定塔進行分離，液化石油氣從塔頂餾出，經冷卻器冷卻后一部分作穩定塔回流，其余送至產品精制裝置。穩定汽油自穩定塔底抽出，經一系列換熱、冷卻至40 ℃后一部分用作補充吸收劑，另一部分作為產品外送至產品精制裝置。

1 問題描述

在2019 年壓力容器年檢過程中，發現穩定塔頂液化氣罐存在多處鼓包、分層、器壁腐蝕等問題，給安全生產帶來極大隱患，必須采取有效措施解決上述問題。具體見表1、圖1、圖2、圖3 所示。

表1 穩定塔液化氣罐基本情況及操作參數

穩定塔液化氣罐（V2303） 內鼓包共計6 處，均位于東部第一塊板底部，5 處鼓包位于罐底中心線以南45cm，1 處位于罐底中心線以北。鼓包直徑在8～15mm，鼓包高度最高8mm，鼓包處壁厚在6.5～8.5mm。穩定塔液化氣罐底部接管存在內壁腐蝕及外部保溫層下腐蝕，設計壁厚5.5mm，實測最小壁厚3.3mm；法蘭下接管存在保溫層下腐蝕，選用管材6.3mm，彎頭處實測最小壁厚4.77mm；穩定塔液化氣罐底部封頭初始壁厚10mm，實測最小壁厚8.02mm，穩定塔液化氣罐（V2303） 內壁宏觀腐蝕較嚴重。

2 原因分析

圖1 穩定塔頂液化氣罐分層等問題

圖2 穩定塔頂液化氣罐內壁鼓包問題

圖3 穩定塔頂液化氣罐內壁腐蝕情況

為查明原因，從根本上解決問題，首先對鼓包的產生機理和形成過程進行了分析，普遍認為是鼓包部位空腔內的氣體膨脹，壓力增大引起的。至于空腔內的氣體類型說法不一，一般認為是氫氣，但也有認為是甲烷氣體的。為此，必須測定空腔內的氣體類型，最后確認是氫鼓包還是甲烷鼓包。將氣袋中的氣體分析后確認鋼板空腔內的氣體為氫氣而不是甲烷。因此，可以認為目前液化石油氣鍺罐出現的鼓包屬于氫鼓包而不是甲烷鼓包。由于是氫氣引起的鼓包，在氫鼓包部位必有氫損傷現象。工藝操作參數如表2。

通過工藝參數分析可知：濕H2S 環境下的幾種開裂機理包括硫化物應力腐蝕開裂、氫鼓泡、氫致開裂和應力導向氫致開裂，它們都與鋼中氫的吸收和滲透有關。影響鋼中氫滲透的關鍵變量是pH 值和使用環境的化學組成。典型的情況下，在中性溶液中（pH7） 氫在鋼中滲透量最小，pH值較低或較高時，其滲透通量均增加。低pH 值時腐蝕是由H2S 引起的；高pH 值時腐蝕是由二硫化銨濃度增大引起的（硫化氫腐蝕環境下氨含量較高）。另外隨著H2S 分壓的升高和堿性環境中氰化物的存在，氫滲透量增加。隨著H2S 分壓的升高，SSC 的敏感性增大。根據對石油和天然氣生產環境的調查，當氣體H2S 分壓大于或等于0.0003MPa 絕壓時，只要有游離水存在，就可引起敏感鋼材發生SSC。氫鼓泡（HB）：由于金屬內部氫壓力過高而導致的表面層下的平面空洞結構稱為氫鼓泡。 低強度金屬中，臨近表面的鼓泡生長通常導致表面鼓凸。鋼的氫鼓泡包括硫化物腐蝕過程中 在金屬表面生成氫原子的吸收和擴散。鋼中氫鼓泡的發展是由于不斷聚集的原子氫在金屬內 部某些部位結合生成分子氫并不斷集聚的結果。氫分子因為太大而不能在鋼中擴散。形成氫 鼓泡的典型部位是鋼中大的非金屬夾雜物、分（夾） 層及其他不連續結構處，不同于高溫氫腐蝕引起的白點、鼓泡和開裂[4]。

表2 穩定塔液化氣罐工藝參數

由此可知，該罐的分層、鼓包、腐蝕是罐內濕H2S 環境導致，低溫硫腐蝕由于H2S 以及其他硫化物引起的腐蝕，溫度在120℃以下。H2S 在沒有液態水時（汽相狀態） 對設備腐蝕很輕，或基本無腐蝕，但在汽相液相的相變部位出現露水之后則形成H2S－H2O 型腐蝕，主要發生在分餾塔頂冷凝、回流低溫管道以及吸收穩定塔頂管道。如催化瓦斯分液罐底部放空線、吸收解析塔底聯通線焊縫等。另外，含硫污水中的氨鹽NH4HS和NH4Cl 會引起金屬材料垢下腐蝕。

3 解決措施

一方面，從長遠來看要遏制或減緩腐蝕，另一方面對該罐進行修復處理。在修復前進行必要檢測，檢查是否具有修復價值，具體檢測方法有對該罐所有焊縫100%探傷檢測,對所有鼓包位置進行磁粉探傷，根據結果制定修復方案。

從長遠來看減緩或遏制腐蝕的方法主要有兩點，第一加強催化原料調和管理，防止原料硫含量超指標或大幅度波動；第二借鑒國內防腐的成功經驗對分餾塔頂、凝縮油罐、液化氣回流罐的強制水洗進行改造采用水洗噴嘴進料，加強水洗水霧化、混合效果，且水洗量提高至處理量的15%以上，以此來水洗液化氣中硫化物，同時也能稀釋酸性水pH，降低酸性水對設備的腐蝕，生產期間加強酸性水各項指標的監控，及時調整。

根據壓力容器年檢單位提供的探傷檢測和磁粉探傷結果顯示，該罐不存在鼓包裂紋或腐蝕開裂現象，根據《固定式壓力容器安全技術監察規程》[1]，確認分層不影響壓力容器安全使用的，可以定為3 級，否則定為4 級或5 級。對于小面積分層處由于對筒體整體應力情況影響不大，可以定為4 級，監控使用，監測分層擴展情況、表面情況；對于大面積分層，考慮到分層面積過大并與鼓包同時存在，材料力學性能降低；同時分層測厚值在6～9mm，小于容器筒體計算壁厚11.12mm；故建議采取補救措施，具體修復方案如下。

消氫處理：在鼓包相應的容器外壁部位鉆排氣孔，直徑6mm，深度為外側測量壁厚，排掉鼓包里的氣體，疏放壓力。在容器其它部位修復結束，壓力試驗前，用電焊將排氣孔堵焊。對容器整體加熱至300～350℃，時間為8～12h。對溫度必須嚴格控制，太高了雖有利于消氫，但影響容器的強度。溫度過低了，則不利于消氫。

筒體更換：對第一筒節的修復按容規等要求，對第一筒分層部位采取挖補方案。材料選用與原設計相同的Q245R 鋼板，厚度為16mm。焊接完成后，按原設計要求，對焊縫進行無損檢測，射線100%，2-Ⅱ級合格，角焊縫進行100%磁粉或滲透檢測[3]。 以上所有工作結束后，按要求進行水壓試驗[2]。

4 結語

壓力容器的腐蝕問題是制約裝置長周期運行的關鍵因素也是裝置安全運行的前提條件，設備、管道年度檢驗按期開展年度檢驗工作，對上次檢驗時保留未處理的缺陷或壁厚減薄部位進行復查，必要時進行更換。對含有濕H2S 腐蝕的部位加強巡檢質量，制定并實施定點測厚方案。檢驗檢測時應對濕H2S 環境下的碳鋼設備、管道的焊縫進行焊縫硬度、無損檢測抽查，若其硬度不符合要求，應重新進行熱處理。對于高空管道以及難以滿足檢驗條件的管道，建議采用超聲導波檢測進行在線監測和隱患排查。目前的腐蝕監測方法主要偏重于均勻腐蝕的監測，而造成腐蝕失效或者腐蝕泄漏的主要腐蝕形式往往是局部腐蝕，因此仍需引進新型腐蝕監測技術，提高局部腐蝕（點蝕、應力腐蝕等） 的監測水平。