堿液氧化分離塔腐蝕原因分析與處理

祁有彬(中海油東方石化有限責任公司，海南 東方 572600)

1 情況簡介

堿液氧化分離塔是產品精制裝置堿液再生單元的關鍵設備，塔內發生的化學反應為：堿液中的硫醇鈉在催化劑作用下與氧反應生產氫氧化鈉和二硫化物，堿液濃度為10%～15%，塔底通入非凈化風以提供反應所需氧氣，塔內氣、液相在塔體上部第一個人孔處分離。該塔2014 年2 月投入使用，直徑2 200 mm，壁厚14 mm，材質為Q245R，操作壓力0.3 MPa,常溫操作。2017 年4 月裝置首次停工大檢修期間，發現堿液氧化分離塔T-1201 頂部氣液分離區出現嚴重腐蝕，塔壁附著大量銹蝕物，塔壁基體凹凸不平，大量鐵銹堆積在塔釜，塔壁減薄嚴重，最薄處僅為6.5 mm(原始壁厚14.00 mm)，塔頂掛片腐蝕速率高達5.4 mm/a，按照此腐蝕速率，如不采取適當的防腐處理措施，下一運行周期該塔將會出現腐蝕泄漏，給裝置的安全運行帶來巨大隱患。塔內腐蝕情況如圖1 所示。

2 腐蝕原因分析

通過對腐蝕產物采用電子能譜分析法(EDX)進行元素分析，采用X-射線衍射光譜法(XRD) 對元素及物相進行檢測分析，其元素分析結果如圖2 及表1 所示。

圖1 堿液氧化分離塔塔壁腐蝕形貌

圖2 T1201 頂部腐蝕產物元素EDX 譜圖

表1 T1201 頂部腐蝕產物元素EDX 分析結果

從表1 中的元素分析結果來看，塔頂腐蝕產物元素組分以Fe、C、O 為主，約占元素總量的99.75%。為了進一步確定腐蝕產物的物相組成，采用了XRD 進行腐蝕產物分析，XRD 衍射圖譜及腐蝕產物物相匹配結果如圖3 所示。

圖3 頂部腐蝕產物XRD 分析結果

從T1201 頂腐蝕產物的X-射線衍射圖譜來看，腐蝕產物的物相組成為Fe3O4(占45.5%)、Fe2O3(占39.0%)、FeO(OH)(占15.5%)，腐蝕產物以鐵氧化物為主。碳鋼在NaOH 溶液中的腐蝕速率受濃度、溫度以及應力等因素的影響，在低溫稀堿液中碳鋼具有良好的耐腐蝕性，其原因為金屬表面生成了氫氧化鐵保護膜，表現為輕微的均勻腐蝕。然而當NaOH 溶液濃度超過5% 時，碳鋼均有發生堿脆的可能性，隨著堿濃度的增加，碳鋼發生堿脆的傾向性增加[1-2]。化學反應式為：

碳鋼表面生成的四氧化三鐵保護膜，可以降低反應速率，但是如果保護膜受外力作用而破壞將使腐蝕速率加快。由于塔內氣液分離區受到氣相的連續沖刷，反應生成的四氧化三鐵保護膜被迅速破壞，又造成新的反應發生，使腐蝕速率增加，同時氣液分離區各部位溶液含氧量不同，造成氧的濃差腐蝕，所以對應此區域的塔壁減薄量最大，腐蝕最為嚴重。反應式為：

綜上所述，堿液氧化分離塔的主要腐蝕機理為：堿液的均勻腐蝕+氧的濃差腐蝕+沖刷腐蝕。

3 解決措施

針對堿液氧化分離塔出現的嚴重腐蝕問題必須予以充分的重視。從當前的發展現狀來看，主要有以下兩種解決方案：一種是行業內采用的常規做法，對腐蝕嚴重的塔頂部分進行更換，可以采用耐堿腐蝕性能好的不銹鋼S30408 或復合板替代；第二種方案是利用防腐涂料對塔內進行防腐處理，使塔頂金屬表面形成一層致密的涂料保護層，屏蔽隔離腐蝕介質，阻止腐蝕的發生。目前，我國常用的防腐涂料主要分為環氧防腐蝕涂料、油脂涂料、生漆、改性生漆乳膠漆四大類，應用效果顯著，受到了社會各界的廣泛關注與應用。在應用防腐涂料進行防腐時，科學選擇防腐涂料種類至關重要，對此，相關部門必須予以充分重視，從而最大化保障防腐的質量和效率。

除此之外，防腐涂料的涂裝工藝問題也不容忽視，涂裝工藝在很大程度上影響著最終的防腐效果。基于此，在實際的涂裝工藝應用過程中，必須進一步加強現場檢查和檢驗工作，進一步規范涂裝流程，優化涂裝工藝。一般情況下，涂裝的工藝流程首先必須對圖層部位或者鼓泡部位進行打磨，直接去除物體表面的腐蝕產物，直至出現金屬本色；其次，在應用涂料進行防護措施的過程中，必須對表面進行清理，特別是針對打磨后的腐銹要清理干凈，從而更好地保障涂料的防腐效果；最后，針對噴漆問題，必須根據具體情況具體分析，并綜合考慮到溫度變化等客觀因素對涂料工藝施工過程的影響，進一步加強對噴漆質量的控制，制定科學、合理、高效的防腐措施，全面優化噴漆工藝。

綜合分析和比較上述兩種解決方案，由于檢修期工期緊張，其流程相對復雜，經咨詢制造廠家，塔體的加工制造周期為2 個月，無法滿足檢修時間要求。因此，在綜合考慮施工周期、防腐效果、成本等因素后最終決定采用第二種方案，利用防腐涂料對塔內進行防腐處理。

3.1 防腐材料選擇

選擇防腐材料時，必須對其性質、特點、用途進行深入的分析和了解，并做出科學、合理的選擇和應用，特別是在防腐材料購買的過程中，必須進一步加強質量控制和成本控制。與此同時，必須進一步保障防腐涂料的使用條件和用途的有機統一，從而更好地保障防腐涂料發揮其最大的性能和價值。

涂層在密閉堿性條件下使用，往往會受介質沖刷的影響，因此，要求具有較強的粘結強度和抗腐蝕性能，經過比對與篩選，采用耐堿腐蝕性能較好的全環氧類涂裝體系，例如環氧富鋅底漆+環氧云鐵中間漆+改性環氧面漆的組合方案，從而更好地保障塔內防腐處理的實際效果。針對酸性的環境，就必須選擇耐酸性較好的防腐涂料，例如，酚醛樹脂防腐涂料。

涂料選定后，需要進一步結合實際狀況和企業自身需求，綜合分析和考慮到施工的可行性。除此之外，選擇的防護材料以及資料應進行合理的分配，在此基礎上，必須對涂料的耐堿腐蝕性能進行實驗室掛片試驗，這點至關重要。試驗步驟如下：將涂有2 道改性環氧富鋅底漆+1 道環氧云鐵中間漆+2 道改性環氧面漆的掛片半插入裝有20%濃度氫氧化鈉溶液中靜置7 天，觀察涂層效果，試驗前后掛片的對比照片如圖4 所示。

在20%NaOH 溶液中掛片在液面以上、下涂層表面均完好，試驗結果表明，該涂層體系具有良好的耐堿腐蝕性能。

3.2 制定涂裝技術要求

塔內在涂裝前使用磨光機徹底除掉基體表面的浮銹、油污、灰塵等，露出金屬本色，涂環氧富鋅底漆兩道，漆膜厚度40 μm/道，用量0.20 kg/(m2·道)，環氧云鐵面漆一道，漆膜厚度100 μm/道，用量0.35 kg/(m2·道)，改性環氧面漆兩道，漆膜厚度35 μm/道，用量0.25 kg/(m2·道)，涂裝體系總厚度250 μm，涂裝間隔時間24 h，確保每道漆膜干燥、固化。塔內涂裝前、后效果對比如圖5所示。

圖4 試驗前、后掛片對比照片

表2 試驗結果

圖5 塔內涂裝前、后效果對比

4 使用效果評價

2017 年5 月13 日堿液氧化分離塔整改完成后開工，每月對塔體進行定點測厚，通過跟蹤監測，塔體壁厚無明顯減薄，腐蝕得到有效的控制。2018 年9 月裝置停工消缺，吹掃合格后進入塔內檢查，經過1 年零4 個月的運行，塔內涂層表面完整、僅有少量銹點。

目前該塔已運行4 年，綜合塔內檢查及日常監測的情況，所采取的防腐措施有效控制了堿液氧化塔內的腐蝕，取得了良好的防腐效果。塔內涂層使用效果如圖6 所示。

圖6 塔內涂層使用效果

5 結語

(1)經過腐蝕產物的化驗分析確定堿液氧化分離塔的腐蝕是由堿液的均勻腐蝕+氧的濃差腐蝕+沖刷腐蝕共同作用造成的。

(2)本次采取環氧富鋅底漆+環氧云鐵面漆+改性環氧面漆的防腐方案能夠有效解決堿液系統的腐蝕問題。

(3)塔內防腐與塔體材質升級方案相比具有施工周期短、技術要求低、投資少、性價比高的優點，能有效解決產品精制系統碳鋼設備的堿性腐蝕問題，在各石化企業具有良好的應用前景與推廣價值。