催化汽油加氫裝置空冷器入口管線腐蝕泄漏分析及解決措施

馬向榮

（中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101）

0 引言

某石化公司60萬噸/年催化汽油選擇性加氫脫硫裝置于2015年8月開工，2016年8月二反產物空冷器入口管線發生了腐蝕穿孔泄漏。該管線材質為20#GB9948，公稱直徑為DN300，設計壁厚為SCH40（即10.31mm），運行環境為油氣+H2+H2S+NH3+HCl+H2O，操作溫度112.6℃，操作壓力1.7MPa，泄漏點為管線注水點對面下游約300mm處。泄漏發生后，現場采取臨時應急措施，對管線進行了包盒子堵漏處理。經過腐蝕原因分析并提出相應改進措施后，于2017年3月完成了腐蝕管線更換和注水噴嘴更換，并重新開工，目前管線運行良好。

1 腐蝕原因分析

1.1 腐蝕介質分析

泄漏點處工藝流程詳如圖1所示，物流數據詳如表1所示，管道布置詳如圖2所示。

表1 泄漏點附近物流數據

圖1 泄漏點處工藝流程

圖2 泄漏點附近的管道布置

由物流數據可知，二反加氫產物為氣液兩相，主要組成為油氣、氫氣、H2S和NH3，由于氯離子的存在是不可避免的[1]，認為反應產物中還有少量HCl。因此，空冷器入口管線所處的腐蝕環境為H2S-NH3-HCl-H2O。NH3與H2S、HCl可形成NH4Cl和NH4HS兩種銨鹽，固態干燥的銨鹽對碳鋼沒有腐蝕，如果這兩種銨鹽結垢析出，吸濕后可形成嚴重的銨鹽腐蝕。NH4Cl大概在177～232℃時析出，NH4HS大概在27～66℃時析出[2]。此處操作溫度為112.6℃，注水的目的主要是溶解和稀釋氯化銨鹽，同時稀釋H2S濃度，避免形成高濃度的H2S水溶液。注水點安裝在豎直管上，且物流為氣液兩相，流速較大，銨鹽難以沉積，所以此處的腐蝕主要表現為酸性環境下的濕H2S腐蝕和Cl-腐蝕以及流體沖刷腐蝕。

1.2 腐蝕位置分析

對泄漏點附近的管道壁厚進行超聲波檢測，測厚示意圖如圖3所示。注水口附近主管道測厚為8.8～10.3mm，注水口上游主管道測厚為9.6～10.4mm，注水口下游主管道測厚為9.1～10.1mm，對比發現，注水口附近及下游主管道壁厚相比注水口上游管道壁厚明顯減薄，腐蝕最嚴重處在一年內減薄1.6mm（10.4-8.8=1.6mm）。

圖3 測厚示意圖

泄漏點為反應產物空冷器入口管線注水點對面下游約300mm處，注水點與主管的連接方式為通過加強管接頭直連，未采用專用注水設施和霧化噴頭。此時，注水進入管道后，形成水柱噴向注水點對面的主管管壁。由于主管物流為氣液兩相，流速較高，油氣攜帶水柱向上流動，流態如圖4所示。水柱不斷沖刷注水點下游約300mm處的位置，加上濕H2S和Cl-的腐蝕，金屬層不斷從母材溶解剝離，壁厚持續減薄，直至薄弱處不能承受管道內壓，發生穿孔泄漏。

圖4 注水流態示意圖

2 解決措施

根據腐蝕原因和腐蝕位置，采取了更換泄漏點附近管線和優化注水結構兩種解決措施。

2.1 更換泄漏點附近管線

空冷器入口管線原設計為DN300，20#GB 9948材質，壁厚為SCH40（即10.31mm），腐蝕余量為1.6mm。

對泄漏點附近的管線進行更換，為延長鋼管在濕H2S和氯離子腐蝕環境下的使用壽命，將泄漏點附近管線壁厚提高到SCH60（即14.27mm）。更換管段為注水點位置上游500mm 處開始至下游1500mm處，焊接接頭均應進行焊后熱處理，以消除殘余應力，避免應力腐蝕開裂。

2.2 優化注水結構

原注水管僅通過加強管接頭與主管連接，未插入被注入管中心，發生偏流，也未采用專用注水設施，水與油品混合不均，直接沖刷管道，加快局部腐蝕，因此原設計注入結構不合理。

更換原注水結構，從廠家成套購買專用注水設施，如圖5所示。新的注水結構出水方向與油氣方向一致，且采用霧化噴頭，油水混合更均勻，減少了因局部腐蝕介質濃度過高帶來的腐蝕。且不形成直接沖刷管道的噴射水柱，減少了局部沖刷腐蝕，避免穿孔泄漏現象的發生。

圖5 改進后注水結構圖

3 改進效果

2017年3月，更換管線和注水結構后重新開工，2018年3月重新測量壁厚，測量結果如圖6所示。更換管道原始壁厚為14.27mm，管道測厚最薄處為14.13mm，一年內腐蝕速率為0.14mm，腐蝕速率較小。目前，改進后主管已良好運行5年。

圖6 測厚示意圖

4 結語

催化汽油加氫裝置二反產物空冷器入口管線腐蝕穿孔泄漏是酸性環境下的濕H2S腐蝕、氯離子腐蝕及原設計注水結構不合理產生的局部沖刷腐蝕共同造成的。通過更換泄漏點附近管線及優化注水結構的措施，解決了局部腐蝕的問題，確保了該系統的長周期平穩運行。工程設計中對該類管線應加大腐蝕裕量考慮，合理選材，并合理設置注水結構，如采用霧化噴頭，使水流噴出方向與主管介質流向一致等。生產過程中，對容易發生腐蝕的管線應按周期測量壁厚，加強巡檢，以便及早發現管線壁厚快速減薄處，避免泄漏事故發生。