粗苯乙烯塔液環真空系統腐蝕原因分析及應對措施

寧 瑋，彭 晨

（中國石化青島煉油化工有限責任公司，山東青島266500）

某公司850 kt／a乙苯／苯乙烯裝置于2011年8月開工，運行了約9 a，裝置最高操作負荷達到120%。2017年1月23日，苯乙烯裝置粗苯乙烯塔C401液環真空系統PA41出現泄漏，解剖檢查發現，機泵筒體及葉片出現了嚴重腐蝕，腐蝕機理為碳酸腐蝕。通過升級真空泵整體材質達到了防腐蝕的效果，保證了裝置的長周期穩定運行。

1 裝置特點和工藝流程

粗苯乙烯塔是精餾系統中第一個分餾塔，也是最為關鍵的一個塔。由于苯乙烯為熱敏性物質，高溫下易聚合，所以粗苯乙烯塔在負壓工況下操作，以有效降低塔釜溫度，減少苯乙烯被加熱次數，一定程度上降低了苯乙烯聚合的風險，同時也降低了裝置的能耗。粗苯乙烯塔液環真空系統PA41為粗苯乙烯塔提供負壓，是精餾系統的關鍵設備，如果該系統出現異常，整個精餾系統將被迫停工。

粗苯乙烯塔C401采用金屬高效填料，塔頂操作壓力（絕壓）為24 kPa，操作溫度為89℃；塔底操作壓力（絕壓）為33 kPa，操作溫度為108℃。塔頂氣相從C401塔頂餾出，依次進入粗塔冷凝器E402殼程、粗塔后冷器E419殼程、粗塔尾氣冷卻器E403殼程，最終不凝氣排向液環真空系統PA41。液環真空系統的工作液為純乙苯。操作參數和塔頂物流設計值分別見表1和表2，粗苯乙烯塔工藝流程如圖1所示。

表1 粗苯乙烯塔操作參數

表2 粗苯乙烯塔塔頂物流（設計值） kg／h

2 腐蝕情況

2017年1月23 日，粗苯乙烯塔液環真空系統PA41B泵發生泄漏，對泄漏機泵進行解剖檢查后發現：泵體腐蝕穿孔、葉輪遍布腐蝕坑，此現象為典型弱酸性腐蝕。筒體表面腐蝕穿孔和葉輪腐蝕情況如圖2和圖3所示。

3 腐蝕原因分析

3.1 操作分析

將粗苯乙烯塔C401的絕對壓力由24 kPa降至16 kPa，這樣既可以減少苯乙烯聚合損失，又可以節約塔底蒸汽熱能，是節能降耗通常采取的辦法。但在同等溫度下，隨著真空度的提高，水的沸點相應下降而其蒸發量上升，最終導致粗苯乙烯塔塔頂冷凝系統的負荷增加，粗苯乙烯塔液環真空系統PA41入口氣相水含量隨之上升。

尾氣中氣相水到達粗苯乙烯塔液環真空系統后，由于該系統出口壓力遠高于其入口壓力，導致尾氣中的氣相水必然發生相變，由氣相變為液相后進入液環真空系統的工作液中，水含量較高的工作液不斷在粗苯乙烯塔液環真空系統中循環使用，將吸收尾氣中的部分CO2。

圖1 粗苯乙烯塔工作流程

圖2 筒體表面腐蝕穿孔

圖3 葉輪腐蝕

3.2 設計氣相組分與采樣分析結果對比

尾氣中含有CO2，工作液中含有微量水并且工作液呈酸性。所以，酸性腐蝕應該是造成粗苯乙烯塔液環真空系統腐蝕的主要原因。

3.3 CO2腐蝕機理

CO2腐蝕是較為常見的工業腐蝕，水對鋼鐵表面的浸濕作用對該腐蝕起決定作用。在一定壓力下，CO2在水中的溶解度隨溫度的升高而降低。CO2溶于水生成 H2CO3，而H2CO3是一種弱酸，不能夠完全分解。當溫度低于60℃時，鋼鐵表面生成不具備保護性的松軟且不致密的FeCO3，且鋼的腐蝕速率在此區域內出現極大值，此時腐蝕為均勻腐蝕［1］。CO2的腐蝕機理如下［2］：

PA41工作溫度14.9℃，工作壓力12.1 kPa，根據分析數據，塔頂不凝氣中CO2體積分數超過6.43%。由于該處有微量水存在，CO2較易溶于水，形成H2CO3并與管道中的Fe發生電化學反應，造成設備腐蝕。

3.4 機泵材質

機泵葉輪材質為普通鑄鋼，筒體材質為Q245A，抗弱酸腐蝕能力較差。

4 應對措施

4.1 更換材質

根據現場腐蝕情況，設備生產廠家升級后的材質為：泵體316L、分配盤 CF-3M、側蓋 CF-3M、葉輪CF-3M。材質升級后，液環真空系統PA41的腐蝕被抑制。

4.2 注緩蝕劑

對系統組分無影響的情況下，可以加入緩蝕劑（如胺類、硫脲或咪唑啉類等）。在實際生產中，加入少量特定的緩蝕劑可以有效降低介質對管道的腐蝕，進而延長管道的使用壽命。

5 結 語

針對粗苯乙烯塔液環真空系統出現的腐蝕情況，對照工藝設計物流表，結合試驗數據，系統分析了裝置被腐蝕的部位和原因，并提出了有針對性的應對措施。檢修期間應對存在腐蝕風險的區域逐一檢查，對裝置的優化操作應當整體考慮，避免對系統造成其他不良影響。