脫乙烷塔頂冷凝器腐蝕分析與對(duì)策

鄧文

（四川石化公司機(jī)動(dòng)設(shè)備處，四川 成都 611930）

某公司蠟油加氫裝置脫乙烷塔頂冷凝器E-3011A/B（基礎(chǔ)資料見下表1），管板材質(zhì)為16MnR，管束材質(zhì)為10#無(wú)縫鋼管。裝置于2014年年初投產(chǎn)，先后發(fā)生兩次管束泄漏，第一次發(fā)生在2015年8月21日，檢修發(fā)現(xiàn)冷卻器管束泄漏，處理結(jié)果E-3011A堵管16根，E-3011B堵管13根；第二次發(fā)生在2016年5月11日，由于冷卻器冷卻效果差，管束報(bào)廢處理，更換新管束。由于管束泄漏裝置非計(jì)劃停工，給裝置安全生產(chǎn)和長(zhǎng)周期運(yùn)行帶了隱患。

為避免類似事故再次發(fā)生，分析管束泄漏原因以及制定有效預(yù)防措施顯得尤為重要。

冷卻器主要參數(shù)(殼程/管程)：

設(shè) 計(jì) 壓 力：1.51/1.2（MPa）； 操 作 壓 力：1.278/0.4（MPa）；操作溫度：87/40（℃）；介質(zhì)：油氣/循環(huán)水；材質(zhì)：Q245R/10。

備注：（1）脫乙烷塔內(nèi)介質(zhì)為輕烴、油氣、H2、H2S，塔頂油氣H2S含量。（2）冷卻器殼程介質(zhì)為油氣，濕H2S環(huán)境，Mole% H2S=2.96%，約30000ppm。

1 泄漏原因分析

1.1 殼程側(cè)（工藝介質(zhì)）：濕H2S環(huán)境腐蝕

濕H2S環(huán)境腐蝕在HG20581-1998中規(guī)定，濕硫化氫環(huán)境溫度范圍為≤（60+2P）℃（P為設(shè)計(jì)壓力，MPa），明確了在低溫下的含水環(huán)境中可以發(fā)生硫化氫應(yīng)力腐蝕。一般在常溫到80℃的范圍內(nèi)，硫化氫與不同程度的水共存時(shí)，形成濕硫化氫腐蝕環(huán)境。該冷卻器殼程入口溫度87℃，出口40℃，由于高濃度H2S存在，形成了濕硫化氫腐蝕環(huán)境。

鋼在濕硫化氫的環(huán)境中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)：

陽(yáng)極反應(yīng)：Fe-2e→Fe2+

Fe2++S2-→FeS

Fe2++HS-→FeS+H+

陰極反應(yīng)：2H++2e→H→H2(2H滲透到鋼材中)

從以上反應(yīng)過(guò)程可以看出，硫化氫在水溶液中離解出的氫離子，從鋼中得到電子后還原成氫原子。氫原子間有很大的親和力，易結(jié)合在一起形成氫分子排出。但是，由于環(huán)境中硫化物等將削弱氫原子間的親和力，致使氫分子形成的環(huán)境被破壞。

這樣一來(lái)，極小的氫原子就很容易滲入港的內(nèi)部，溶解在晶格中。固溶在晶格中的氫原子具有很強(qiáng)的游離性，它影像剛才的流動(dòng)性和斷裂行為，導(dǎo)致氫脆的發(fā)生。

1.2 管程側(cè)（循環(huán)水）分析

（1）脫乙烷塔頂冷凝器E-3011A（型號(hào)BIU1200-2.5-400-6/25-2I B=480）：

管箱：防腐涂層大量起泡，輕觸即破，已失效；

管板：防腐涂層剝離破損嚴(yán)重，已完全失效，管板上分布大量蝕坑，最大坑深約0.5～1mm，換熱管的管內(nèi)表面結(jié)垢嚴(yán)重，清洗后仍有一層約1～2mm厚的積垢。

換熱管束外表面：有輕微銹蝕，腐蝕產(chǎn)物較少（見圖5），去除腐蝕產(chǎn)物（已取樣）后，換熱管表面有金屬光澤；

換熱管內(nèi)壁（循環(huán)水側(cè)）：產(chǎn)生垢下腐蝕，管束所有涂層全部脫落；

（2）脫乙烷塔頂冷凝器E-3011B（型號(hào)BIU1200-2.5-400-6/25-2I B=480）：

管箱：防腐涂層存在大量細(xì)泡，基本完好；

管板：管板換熱管內(nèi)介質(zhì)入口處防腐涂層基本完好，個(gè)別處存在涂層破損，管板換熱管內(nèi)介質(zhì)出口處防腐涂層基本失效，部分換熱管內(nèi)壁存在蝕坑，最大坑深約0.5～1mm；

換熱管束外表面：呈均勻腐蝕形態(tài)（見圖10），腐蝕產(chǎn)物明顯多于E-3011A，殼體下部有約15～20cm高油泥（已取樣），下部4排換熱管埋在油泥中（見圖11），油泥無(wú)明顯異味，管束堵管13根。

（3）脫乙烷塔頂冷凝器E-3011A管程出口管線（循環(huán)水出口）：

該連接管線為循環(huán)水管線，管線內(nèi)表面結(jié)垢較為嚴(yán)重，存在大量積垢和銹瘤（已取垢樣），去除銹瘤后存在垢下腐蝕，最大蝕坑深約1mm。

2 測(cè)厚

本次腐蝕檢查重點(diǎn)對(duì)脫乙烷塔頂冷凝器E-3011A/B殼程接管和油氣進(jìn)入E-3011A之前的直管、彎頭進(jìn)行了測(cè)厚，測(cè)厚位置示意圖見圖15、16，測(cè)厚數(shù)據(jù)見表2，本次共計(jì)檢測(cè)102點(diǎn)。

圖1 測(cè)厚位置示意圖

表1 脫乙烷塔頂冷凝器E-3011A/B測(cè)厚數(shù)據(jù)表（部分）

3 腐蝕檢查結(jié)果分析

通過(guò)腐蝕現(xiàn)象宏觀檢查及腐蝕分析，不難得出以下結(jié)論：

（1）從循環(huán)水自下而上溫度逐漸升高（E-3011B入、E-3011A出、32～40℃），油氣自上而下溫度 逐 漸 降 低（E-3011A入、E-3011B出、87～40℃）和防腐涂層自下而上逐漸失效（累計(jì)4管程，有3管程失效），說(shuō)明防腐涂層耐熱性能不能滿足使用要求。

（2）從E-3011B管板上半部（循環(huán)水出口）防腐涂層破損嚴(yán)重，換熱管內(nèi)壁（50mm內(nèi)）存在0.5～1mm蝕坑及E-3011A管板防腐涂層完全脫落，管板上存在大量蝕坑，換熱管管口出現(xiàn)局部腐蝕，換熱管內(nèi)壁在清洗后仍有0.5～1mm硬垢，說(shuō)明管束內(nèi)表面存在較明顯垢下腐蝕。

（3）從E-3011A/B管束外壁情況來(lái)看，油氣側(cè)的均勻腐蝕較為輕微，E-3011B的管束外側(cè)腐蝕較E-3011A的管束外側(cè)腐蝕明顯，即隨著液相的增加腐蝕速率增加。

（4）從E-3011B中大量的油泥無(wú)明顯異味來(lái)看，其中的硫化物含量不會(huì)太高。

（5）從E-3011A/B的殼程接口短接的測(cè)厚結(jié)果來(lái)看，油氣對(duì)E-3011A殼程的腐蝕較E-3011B輕微（E-3011A的測(cè)厚數(shù)據(jù)波動(dòng)較少，僅有E-3011B出口短接的數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，最大數(shù)據(jù)差約1mm）。

（6）腐蝕機(jī)理分析。殼程腐蝕類型：濕H2S腐蝕、氫腐蝕、H2S應(yīng)力腐蝕、小分子有機(jī)酸腐蝕。

管程腐蝕類型：H2O+O2型腐蝕、垢下腐蝕、涂層破損后的電化學(xué)腐蝕。從E-3011A/B的材質(zhì)流程和腐蝕流程來(lái)看，在87℃的溫度范圍內(nèi)，所存在的腐蝕類型都會(huì)隨溫度的升高而升高，尤其是80℃左右的溫度，極利于管程側(cè)循環(huán)水的積垢和腐蝕的發(fā)生。從目前的宏觀腐蝕檢查和測(cè)厚結(jié)果來(lái)看，E-3011A/B管程側(cè)的垢下腐蝕較為明顯，涂層破損后的電化學(xué)腐蝕也不容忽視。

考慮到波紋管加工過(guò)程中形成的加工應(yīng)力和氫氣、硫化氫介質(zhì)的存在，應(yīng)力腐蝕可能發(fā)生，但需要對(duì)泄漏換熱管進(jìn)行分析驗(yàn)證。

4 防腐蝕對(duì)策

（1）加強(qiáng)管束防腐涂層管理，對(duì)E-3011A/B管束內(nèi)壁重新進(jìn)行耐熱涂料防腐，施工過(guò)程中，應(yīng)注意涂料選型和施工質(zhì)量控制。

（2）考慮到E-3011A/B的實(shí)際運(yùn)行不足兩年，故下次泄漏周期將進(jìn)一步縮短，建議根據(jù)開工計(jì)劃及制定換熱器芯子是否備貨。

（3）結(jié)合歷年來(lái)公司冷換設(shè)備泄漏現(xiàn)象，建議組織各相關(guān)方面力量，全面綜合分析泄漏原因。

（4）增加兩臺(tái)同型號(hào)備用換熱器，檢修時(shí)能及時(shí)切換，避免裝置停工，確保裝置長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行。