二級閃蒸頂部罐腐蝕泄漏原因分析及措施

許小平 竇珍

摘 要：蘭州石化某裝置二級閃蒸頂部罐（R-606）接連出現容器頂部及容器上部接管腐蝕泄漏現象。檢修處理過程中，發現R-606頂部豎直接管與法蘭焊縫處出現環形腐蝕斷裂現象;另一處橫向接管直管段底部出現大面積穿孔性腐蝕。結合工藝生產、設備使用條件和現狀。通過對腐蝕現象的觀察和判斷，分析并確定二級閃蒸頂部罐（R-606）接管出現腐蝕泄漏的主要原因是因為溶劑中含有的微量硫和氯揮發至容器上部氣相空間內，并不斷聚集，產生腐蝕性極強的酸性物質腐蝕設備接管。最后提出建改進措施和防范方法，避免因腐蝕引起的設備運行風險。

關鍵詞：二級閃蒸頂部罐;腐蝕;穿孔;氯腐蝕;硫化氫;溶劑

1.設備概況

二級閃蒸頂部罐（R-606）為立式容器，其筒體材質為：Q345R。規格型號：DN1000×8×4156。其介質組成：底部為液相溶劑+水;頂部主要為氣相溶劑。二級閃蒸頂部罐（R-606）工作壓力為：0.35MPa;設計壓力為：0.4MPa;操作溫度為70℃;液面高度控制為20%～50%;界面控制高度為50%～70%。于2012年8月隨裝置投入運行。

2.腐蝕概況

2.1檢修情況

2019年9月9日，二級閃蒸頂部罐（R-606）頂部豎直接管出現泄漏現象，緊急處理后投入使用。9月10日二級閃蒸頂部罐R-606上部一橫向遠傳液位計接管直管段底部產生泄漏，伴隨有臭雞蛋氣味。通過對泄漏位置的檢查，確認屬于輕微泄漏，聯系帶壓堵漏緊急處理。9月25日停車，更換腐蝕泄漏的接管。

2.2宏觀檢查

2.2.1腐蝕部位

通過對切割下產生泄漏的接管檢查發現：1.R-606頂部豎直接管的法蘭與直管段焊縫處產生環形斷裂缺陷，頂部接管法蘭內部相比較法蘭其他部位，明顯腐蝕減薄。

2.R-606水平接管直管底部段腐蝕嚴重，底部管壁嚴重減薄，甚至出現大面積腐蝕穿孔;但是直管段頂部無明顯腐蝕痕跡，接管內壁有明顯坑裝腐蝕。

2.2.1測厚數據

因為存在嚴重的腐蝕現象，為確保二級閃蒸頂部罐（R-606）安全平穩運行，車間技術人員用測厚儀對R-606整體及全部接管進行測厚。其中接管測厚時沿接管環向測量，選取最低值。

通過測厚數據發現，在二級閃蒸頂部罐（R-606）下部盛裝液相部位管壁及接管，未見明顯腐蝕。主要的腐蝕部位發生在二級閃蒸頂部罐（R-606）上部氣相部位及接管。

3.腐蝕原因分析

3.1 硫腐蝕分析

原料中有硫的存在。因此硫腐蝕是不可避免的。即使硫含量很低，也會對設備造成嚴重的腐蝕損傷。硫腐蝕不是孤立存在的。不同的環境可以形成不同硫腐蝕條件。硫和無機鹽、氯化物、水、氫、堿性環境等其它腐蝕性介質共同作用，形成多種復雜的腐蝕環境。

國內的腐蝕調查報告稱：濕硫化氫對碳鋼設備的均勻腐蝕，隨溫度的升高而加劇。在80℃時腐蝕速度最高，在110-120℃時腐蝕率最低。二級閃蒸頂部罐（R-606）操作溫度為70℃，非常接近濕硫化氫對碳鋼設備最高腐蝕速度的溫度。有資料表明，在無工藝防腐蝕條件下，碳鋼的腐蝕速率可達2 mm/a，腐蝕形態為均勻腐蝕。

3.2 氯離子腐蝕分析

由于生產需要，前系統中需要加注含氯助劑，所以氯離子被帶入二級閃蒸系統的是不可避免，氯離子腐蝕也是金屬腐蝕失效的重要原因之一。氯離子對金屬的腐蝕機理主要是形成腐蝕電池;還有去極化作用，Cl-不僅促成了金屬表面的腐蝕電池，而且加速了電池的作用。通常把使陽極過程受阻稱作陽極極化作用，而把加速陽極極化作用稱作去極化作用，Cl-正是發揮了陽極去極化作用;還有導電作用，Cl-的存在強化了離子道路，降低了陰陽極之間的歐姆電阻，提高了腐蝕電池的效率，從而加速了電化學腐蝕過程。

Cl-濃度越高，水溶液的導電性就越強，電解質的電阻就越低，Cl-就越容易到達金屬表面，加快局部腐蝕的進程;酸性環境中Cl-的存在會在金屬表面形成氯化物鹽層，并替代具有保護性能的FeCO3膜。同時Cl-會與介質的H+結合生成腐蝕性極強的鹽酸，并加速金屬的腐蝕。

3.3工藝操作及環境因素的影響

9月10日二級閃蒸頂部罐（R-606）發生腐蝕泄漏時，經現場確認，接管只存在輕微滲漏，判斷9月10日接管處腐蝕現象不嚴重，腐蝕穿孔面積小。到9月25日，經過15天的惡化，出現大面積穿孔、甚至脫落現象。推斷此次腐蝕故障的原因之一物料屬性的突然變化導致。

H2S濃度過高及PH值降低，以及HCl的存在，形成強酸腐蝕環境也是加速R-606接管的腐蝕重要原因。碳鋼在硫化氫體積分數小于5×10-2mL/L時，破壞時間都比較長。NACE MR-2015認為發生硫化氫應力腐蝕的極限分壓0.34×10-3MPa（水溶液中的H2S濃度約為20mg/L），低于此分壓不發生硫化氫應力腐蝕開裂。

隨著PH值的增加，鋼材發生硫化物應力腐蝕的敏感性下降。PH值≤6時，硫化物應力腐蝕很嚴重。當69時，就很少發生硫化物應力腐蝕破壞。

4.結論與措施

4.1結論

1.二級閃蒸頂部罐（R-606）頂部豎直接管與法蘭焊縫處的環形開裂就是由硫化物應力腐蝕開裂（SSCC）和應力導向氫致開裂（SOHIC）共同作用下造成的。

2.檢查工藝記錄發現，在二級閃蒸頂部罐（R-606）發生腐蝕泄漏前后工藝操作出現異常，前系統注堿效果差。由于人員操作水平差異，及催化劑加入系統故障，前系統含氯助劑的添加非連續加入。都會造成R-606中氯含量增加。前系統注堿及水洗操作后，難免會造成PH值波動。在酸性環境下，硫和氯的腐蝕效果被放大，同時由于水洗操作，在含有硫及氯離子的環境中會出現H2S、HCl直接作用于金屬表面，產生腐蝕速率極快的強酸腐蝕現象。

3.造成此次腐蝕的主要原因之一是酸腐蝕。發生腐蝕現象的部位位于容器的氣相部分，容器底部盛有物料部分未發現明顯腐蝕。由此推斷，腐蝕發生過程如下：物料中含有少量的S、CL離子揮發至容器頂部氣相空間，不斷的聚集，達到一定濃度后S、Cl離子與容器頂部氣相水形成H2S和HCl，對接管產生了嚴重腐蝕。

4.2措施

1.采取工藝防腐蝕措施，前系統加設脫硫工藝，避免二級閃蒸頂部罐（R-606）產生濕硫化氫的復雜反應環境。徹底消除二級閃蒸頂部罐（R-606）形成H2S+H2腐蝕和強酸的可能性。消除二級閃蒸頂部罐（R-606）因為硫而造成繼續腐蝕風險。

2.破壞二級閃蒸頂部罐（R-606）頂部接管穩定氣象環境，通過頂部備用口通入低壓氮氣進行吹掃，阻止硫和氯在頂部氣相的聚集。

3.可控制提高二級閃蒸頂部罐（R-606）的液相的操作液面，破壞二級閃蒸頂部罐（R-606）頂部接管內穩定的氣相環境，甚至可進行滿罐操作。

4.可在在二級閃蒸頂部罐（R-606）頂部內表面涂抹惰性防腐蝕涂層。可使用鈦納米涂層。其具有良好的耐溫性、耐沸水性能、耐腐蝕性能、防結垢性能。將耐高溫耐腐蝕性的樹脂和鈦納米聚合物的性能有機結合在一起，開發的鈦納米聚合物防腐蝕專用涂料。真正的形成了屏蔽層，阻止腐蝕介質直接接觸金屬表面如圖10所示。車間已經成功在部分易腐蝕換熱器成功使用，并取得良好效果。

參考文獻：

[1]楊啟明 李琴 李又綠，石油化工設備腐蝕與防護 ，石油工業出版社，2010