瓦斯回收壓縮機循環水冷卻器腐蝕原因分析

江 臣 周文凡 李 敏

（1. 中國石油獨山子石化公司研究院，新疆 獨山子 833699；2. 中國石油獨山子石化公司科技信息處，新疆 獨山子 833699）

0 引言

煉油廠各裝置排放的低壓瓦斯，回收進入氣柜，然后通過瓦斯過濾器過濾，再經過進氣分液罐分液，分液后的瓦斯進壓縮機兩級壓縮，利用壓縮機將低壓瓦斯升壓，壓縮后的瓦斯經后循環水冷卻器冷卻、出氣分液罐分液后，送至瓦斯脫硫單元進行脫硫處理，處理完后送入高壓瓦斯管網供廠內各裝置瓦斯用戶使用。

低壓瓦斯氣是煉油化工裝置生產過程中產生的伴生氣體。它具有如下特點：（1）易燃易爆，低壓瓦斯中常常有H2、C2H2及其它烴類有機物，同時含少量O2是一種非常危險的爆炸性氣體；（2）有毒且具有酸性及腐蝕性，通常低壓瓦斯氣中含有H2S、CO等有毒腐蝕性氣體，同時還含有水或水蒸氣，在它們的共同作用下，對一般金屬具有較強的腐蝕性；（3）組分復雜多變，含有C1～C6以及H2S等物質。低壓瓦斯氣主要成分及含量如表1所示。

表1 低壓瓦斯氣主要成分及含量表

1 工藝流程簡介

瓦斯回收裝置有3臺壓縮機（J-001/J-002/J-003），一般正常運行時一開兩備，而每一臺壓縮機含有兩級氣缸，回收的低壓瓦斯氣經壓縮機兩級壓縮進行升壓處理，其工藝流程簡圖如圖1所示。

由圖1可知每次經氣缸壓縮升壓后都需要通過循環水冷卻器進行冷器，循環水冷卻器采用的是U型管式換熱器，換熱器殼程介質為瓦斯，管程介質是循環水，而本次發生腐蝕泄漏的循環水水冷卻器是運行了2年時間的J-001壓縮機一、二級循環水冷卻器，相關水冷器運行參數具體數據如表2所示。

表2 J-001壓縮機一、二級循環水冷卻器運行參數表

圖1 瓦斯回收裝置壓縮機工藝流程簡圖

2 運行情況

本次發生腐蝕泄漏的循環水冷卻器是壓縮機J-001一、二級循環水冷卻器，相關循環水冷卻器設備參數如表3所示。

表3 J-001壓縮機一、二級循環水冷卻器設備參數表

3 腐蝕失效分析

3.1 宏觀檢查

將壓縮機J-001一、二級循環水冷卻器進行拆檢清洗后，管束、管板腐蝕宏觀檢查情況如圖2所示。

圖2 壓縮機J-001一、二級循環水冷卻器腐蝕形貌圖

由圖2可知E-001A管板均勻腐蝕嚴重，如圖2中A處，大部分管束與管板焊肉腐蝕殆盡、焊縫開裂，該處也是發生腐蝕泄漏的主要部位，管束外壁U型彎處均勻腐蝕明顯，但無腐蝕泄漏痕跡；E-001B采用碳鋼+熱固化涂層防腐，管板涂層附著情況較好，無明顯腐蝕現象，但水壓試驗發現E-001B有兩根管束發生泄漏，對泄漏管線進行檢查發現管束中段有多個直徑5mm左右、深2mm左右的坑蝕，腐蝕宏觀形貌如圖2中B處。

3.2 檢測分析

將壓縮機J-001一、二級循環水冷卻器進行拆檢清洗前，宏觀檢查情況如圖3所示。

由圖3可知，壓縮機J-001一、二級循環水冷卻器殼程表面都沉積有大量膠泥類物質，沉積的膠泥類垢物取垢樣進行分析，其結果如表4所示。

圖3 壓縮機J-001一、二級循環水冷卻器清洗前宏觀圖

表4 J-001壓縮機一、二級循環水冷卻器 管束外表面垢樣分析結果

由表4可知J-001壓縮機一、二級循環水冷卻器管束外表面垢樣中主要為有機類物質，主要原因是因為瓦斯中含有種類多樣的有機物質，在壓縮過程中發生化學反應，產生大量膠泥類物質沉積。

將J-001一級循環水冷卻器管束外表面膠泥類物質清理后取腐蝕垢樣進行能譜分析，其結果如圖4所示。

由圖4可知J-001壓縮機一級循環水冷卻器管束外表面腐蝕物的主要構成為鐵的硫化物及鐵的氧化物。

圖4 壓縮機J-001一級循環水冷卻器腐蝕垢樣能譜分析

4 結論及建議

4.1 結論

（1）壓縮機J-001一、二級循環水冷卻器管束外側、擋板及U型彎處腐蝕的主要原因是膠質物沉積導致垢下腐蝕；

（2）壓縮機J-001一級循環水冷卻器腐蝕[1]主要分布在管板焊縫處，而查閱近年來循環水系統水質控制參數、腐蝕及結垢監測數據均無超指標現象，故主要原因是冷卻器在備用期間循環水進出口閥關閉，循環水側未采取放空等防腐蝕處理措施，導致長期存留在管束側的循環水水體惡化，加劇循環水側腐蝕；

（3）壓縮機J-001二級循環水冷卻器的熱固化涂層可有效減緩循環水腐蝕，介質側局部涂層遭到破壞后，形成大陰極、小陽極的腐蝕環境，加速腐蝕。

4.2 建議

（1）對發生泄漏的管束及腐蝕減薄超過40%的管束及時進行堵管處理；

（2）制定壓縮機入口過濾器清理制度及頻次，減少低壓瓦斯中固體顆粒物進入壓縮工藝處理單元，降低循環水冷卻器發生垢物沉積導致垢下腐蝕的風險；

（3）備用循環水冷卻器循環水側進行放空處理或保持循環水流動，防止循環水密閉導致水質惡化引起腐蝕[2]。

（4）循環水冷卻器循環水側建議安裝過濾器或反沖洗閥，防止破損填料及雜物堵塞管束，導致 腐蝕；

（2）根據循環水冷卻器運行情況制定拆檢計劃（建議不超過一個大檢修周期），進行腐蝕減薄檢測及失效分析，水試漏、渦流檢測單管程不合格比例大于10%，建議更換管束；水試漏、渦流檢測單管程不合格比例大于5%，重點監控運行，并建議購置備用管束；

（6）瓦斯回收裝置壓縮機J-003一、二級循環水冷卻器于2019年大修后管束更換成不銹鋼，累計安全平穩運行近2年，本次拆檢時管束外側無膠泥類沉積雜物，且管束表面也無較明顯腐蝕，故建議對壓縮機循環水冷卻器管束進行材質升級，降低腐蝕泄漏風險。

5 結語

低壓瓦斯管網系統中介質組分較復雜，含有大量有機物質，且含有硫化氫、CO2等多種腐蝕性物質，是石化行業中易腐蝕部位，又在壓縮過程中易產生膠泥及單質硫，沉積于管束，發生垢下腐蝕，因此需對該處水冷器進行重點管控，一方面需要定期對介質側沉積物的清理，降低垢下腐蝕，另一方面需要加強對停運設備的防腐蝕處理，防止循環水側水質惡化對水冷器的腐蝕，具備條件的可以進行材質升級處理。