再生塔重沸器管束腐蝕穿孔原因分析及緩解措施

伍從廣

(中國石油西南油氣田川東北作業分公司，四川 成都 610021)

天然氣凈化是天然氣生產過程中的一個中間環節，目的是將從氣田開采出的含硫天然氣中H2S及H2O幾乎全部脫除，并部分脫除CO2，使凈化后的天然氣氣質滿足國家標準的要求。天然氣中H2S的脫除在天然氣凈化裝置脫硫單元的脫硫吸收塔進行，脫硫溶液為貧砜胺液，貧砜胺液吸收H2S后成為富砜胺液，為循環利用，需將富砜胺液中的H2S解析出，富砜胺液轉化為貧砜胺液在再生塔中進行，通過對富砜胺液加熱解析出H2S，再生熱量由塔底重沸器提供。

1 存在的問題

某高含硫天然氣凈化廠于2016年投產，再生塔底部設置2臺重沸器，安裝于重沸器兩側，同時使用，為立式管側熱虹吸再沸器，用高溫蒸汽加熱，重沸器于2016年1月投入使用，在2017年3月發現其中1臺出現11根管束腐蝕穿孔，隨后在短短兩年時間內，2臺重沸器多次出現管束腐蝕穿孔，至2019年1月，2臺累計腐蝕穿孔管束分別為236根和301根，分別占總管束的14%和18%，只能通過堵管的方式維持重沸器繼續使用，嚴重影響了裝置的平穩生產。重沸器的技術參數見表1。

表1 再生塔重沸器技術參數

2 管束腐蝕穿孔原因分析

2.1 材料分析

為弄清重沸器管束腐蝕穿孔原因，分別于2017年、2018年、2019年取下穿孔樣管，并送至中國石油工程建設有限公司西南分公司材料評價與腐蝕控制中心進行材料分析。通過材料性能測試、管子內外表面檢測、壓力測試、渦流檢測和X射線檢測、腐蝕產物的掃描電鏡(SEM)和X射線衍射能譜(XRD)分析，得出分析結果。

(1)管束的屈服強度、拉伸強度、伸長率、硬度、化學成分和金相組織均滿足ASTM SA213的要求[1]，化學成分測試結果和金相分析分別見表2和圖1。

表2 樣管化學成分分析 (%)

圖1 樣管金相組織分析

(2)管束頂部0～1m范圍(貧砜胺液蒸汽區)內表面有較多點蝕，具有氣蝕腐蝕特征(見圖2)。

(3)腐蝕產物成分是TiC和FeS2，腐蝕產物的X射線衍射能譜(XRD)分析結果見表3(分析結果中Al2O3和SiO2來自收集腐蝕產物的砂紙)。

2.2 腐蝕穿孔原因

根據上述材料的分析結果和運行中發現的問題，總結得出造成重沸器管束腐蝕穿孔的原因有以下幾點。

(1)氣蝕。重沸器運行過程中，胺液在管束內流動時，因湍流或溫度變化引起局部壓力下降而部分汽化產生氣泡，氣泡存在時間極短，破裂時會形成沖擊波高速撞擊管束內壁，沖擊波反復作用使管束內表面出現局部塑形變形和點蝕坑。

(2)電偶腐蝕。管束內壁受到氣泡沖擊后，表面晶體結構發生變化，出現化學不穩定性，使鄰近晶粒具有不同的電勢，加上管束內半貧液(電解質)的存在，形成電偶腐蝕條件，從而造成被沖擊部位的腐蝕，產生腐蝕產物TiC和FeS2。

(3)熱穩定鹽影響。胺液在使用過程中會形成熱穩定鹽，熱穩定鹽的存在會導致一系列問題。溶液中離子強度增加、鹽的沉淀和腐蝕產物增加都會加速金屬的腐蝕和侵蝕，即使是TP321的不銹鋼鋼管，其腐蝕程度也會受熱穩定鹽的影響。

(4)富砜胺液進入再生塔溫度偏低。經現場和DCS系統查看，富砜胺液進入再生塔的溫度低于設計值(92℃)，保持較高的富液入塔溫度能使更多的H2S和CO2在塔體中上部被解析出來，從而減少塔底重沸器管束內H2S和CO2的含量，降低重沸器的蒸汽加熱負荷，減少管束腐蝕穿孔和失效的機率。

(5)重沸器為利舊設備。該重沸器于2005年制造，購置后一直閑置在裝置現場，直到2016年1月才投入使用，此期間未采取充氮保護等防腐措施，管束難免受到大氣腐蝕，產生劣化。

3 腐蝕緩解措施

針對重沸器管束存在的腐蝕穿孔問題，采取了緩解腐蝕的工藝調整措施。

(1)修改再生塔重沸器控制邏輯，加大加熱蒸汽流量以提高管束內半貧液溫度，從而增強半貧液蒸汽的上升強度和頻率，減少管束內H2S和CO2的含量和停留時間。

(2)調整貧砜胺液的更換頻率，逐步摸索調整胺液循環量，進行最佳循環量摸索。

(3)調整砜胺液阻泡劑添加方式，將每小時添加8mL的連續添加方式調整為發泡時一次性投加200mL。

(4)改變再生塔塔底出來的貧砜胺液的過濾方式，將設計的依次通過機械過濾器、活性碳過濾器、后過濾器的方式改為只通過機械過濾器進行過濾，因為通過操作總結發現，活性炭過濾器會加劇砜胺液的發泡。

以上緩解管束腐蝕的措施自2019年1月開始實施，從重沸器使用情況來看，取得了明顯效果，自從采取這些措施后，未再發生管束腐蝕穿孔故障，2020年9月裝置停產大修時對管束進行試壓，也未發現新的泄漏管束，至今保持良好的使用狀態。

4 結語

雖然通過采取工藝調整等措施緩解了重沸器管束的腐蝕，但隨著使用時間增長，難免會再發生腐蝕穿孔，為確保裝置長期平穩運行，公司已經購置新重沸器作為備用。通過對其他同類凈化廠進行調研發現，管層介質為蒸汽、殼層介質為砜胺液的釜式重沸器使用情況較好，同時考慮到重沸器在高溫、高含硫的惡劣工況下運行，建議將重沸器由目前的立式管側熱虹吸式改為臥式安裝的釜式，并對管束材質進行升級。