溶劑再生系統(tǒng)塔底重沸器殼程筒體腐蝕原因分析

李 華 李天凱

（中國石油天然氣股份有限公司西北銷售蘭州分公司）

脫硫溶劑再生系統(tǒng)的溶劑再生塔底重沸器殼程筒體上部出口附近區(qū)域極易發(fā)生腐蝕和泄漏［1］。 某氣體精制溶劑再生系統(tǒng)塔底重沸器運行時間約10 年， 重沸器上部出口附近的殼程筒體頻繁發(fā)生腐蝕并多次更換，嚴(yán)重影響了裝置的正常生產(chǎn)。 為保證整個裝置的長周期安全運行，需找出腐蝕原因。

1 運行工況簡介

重沸器內(nèi)徑1 100mm，厚度16mm。殼體操作溫度為125℃，操作壓力為0.23MPa，介質(zhì)為半貧液，主要成分為N-甲基二乙醇胺（RNH2），同時含有胺鹽、管線腐蝕產(chǎn)生的固體顆粒及外來加氫裝置的油等雜質(zhì)；管程操作溫度為143℃，操作壓力為0.30MPa，介質(zhì)為蒸汽。

2 失效檢測

2.1 宏觀檢查

重沸器出口部位附近殼程筒體腐蝕形貌如圖1 所示。 由圖1a、b 可見，內(nèi)壁表面主要存在點蝕和腐蝕凹坑兩種形貌，凹坑大小、深淺不一，呈橢圓形，整體上表現(xiàn)為局部腐蝕，局部腐蝕較嚴(yán)重部位處凹坑深度約4.2mm，坑底較平坦，未發(fā)現(xiàn)裂紋；外壁表面較光滑，無明顯腐蝕坑（圖1c）；內(nèi)、外壁表面均失去原金屬光澤，且覆蓋著褐色腐蝕產(chǎn)物。

圖1 重沸器出口部位附近殼程筒體腐蝕形貌

2.2 化學(xué)成分分析

采用德國直讀光譜儀SPECTROLAB 對脫硫溶劑再生系統(tǒng)的溶劑再生塔底重沸器出口部位附近殼程筒體進(jìn)行光譜分析（表1），結(jié)果表明，殼程筒體的化學(xué)成分符合GB 713—2014《鍋爐和壓力容器用鋼板》對245R 材料的規(guī)定。

2.3 力學(xué)性能試驗

對殼程筒體取樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗 （表2），結(jié)果表明，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長率和沖擊功均符合GB 713—2014 對245R 材料的要求。

2.4 金相分析

殼程筒體局部腐蝕較嚴(yán)重處的組織形貌如圖2 所示， 腐蝕坑處與正常部位組織均為鐵素體+珠光體，近內(nèi)壁區(qū)、近外壁區(qū)均存在連續(xù)的鐵素體帶，根據(jù)GB/T 34474.1—2017《鋼中帶狀組織的評定 第1 部分：標(biāo)準(zhǔn)評級圖法》，帶狀組織級別為2 級。

2.5 掃描電鏡及能譜分析

用日本JSM-6510 掃描電子顯微鏡對腐蝕坑底的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行形貌分析如圖3 所示，腐蝕產(chǎn)物較疏松且呈不規(guī)則的塊狀形貌。 由能譜分析結(jié)果（表3）可見，腐蝕產(chǎn)物以鐵的碳酸鹽、鐵的硫化物為主，此外還存在大量的Na、Al、Si、K 及Ca 等雜質(zhì)元素。

圖2 殼程筒體局部腐蝕較嚴(yán)重處的金相組織

圖3 腐蝕坑底部形貌

表3 能譜分析結(jié)果 wt%

3 腐蝕原因分析

由上述分析可見，重沸器殼程筒體材料和力學(xué)性能（除彎曲性能外）符合標(biāo)準(zhǔn)要求，金相組織中存在連續(xù)的鐵素體帶。

殼程中的堿性溶劑N-甲基二乙醇胺本身的腐蝕性不強(qiáng)，但經(jīng)重沸器加熱至125℃時，分解釋放出H2S 和CO2， 此時重沸器殼程上部靠近出口處 的H2S 和CO2濃 度 最 大［2］，構(gòu) 成 了RNH2-H2SCO2-H2O 腐蝕體系， 導(dǎo)致該處發(fā)生H2S 和CO2腐蝕。 同時，溶劑中的固體雜質(zhì)，在流動過程中沖刷設(shè)備內(nèi)壁，使H2S 和鐵作用后在內(nèi)壁上生成的硫化鐵鹽、CO2與鐵生成的碳酸鹽等保護(hù)層脫落，裸露的金屬再次發(fā)生H2S 和CO2腐蝕，加速了腐蝕過程。另外，重沸器管束材料升級為316L，而殼體卻仍然使用碳鋼，為電偶腐蝕創(chuàng)造了條件。

4 結(jié)論及建議

溶劑再生系統(tǒng)塔底重沸器殼程筒體上部出口附近區(qū)域長時間處于RNH2-H2S-CO2-H2O 腐蝕環(huán)境，主要發(fā)生了H2S 和CO2腐蝕，殼程筒體選材不當(dāng)和溶劑未進(jìn)行凈化處理加速了腐蝕過程。為此，建議將殼程筒體材料更換為不銹鋼；對溶劑進(jìn)行凈化處理；優(yōu)化工藝條件，盡可能降低溶劑的腐蝕性。