硫磺裝置一級冷凝器腐蝕原因及對策

王磊

中國石化海南煉油化工有限公司 海南 洋浦 578000

硫磺回收聯合裝置是煉油廠環保裝置中的核心，在確保尾氣排放中SO2達標同時生產高品質液態硫磺。腐蝕性介質貫穿整個聯合裝置，做好設備管線的腐蝕防護是聯合裝置長周期運行的關鍵。隨著新環境保護法的實施，保證其安全環保運行更有必要的[1-2]。2017 年12月試運行以來，出現了一級冷凝器個別管束腐蝕穿孔現象；根據內窺鏡檢查結果，因管束結垢嚴重，冷凝器（1203-E-102）管束內壁無明顯腐蝕痕跡；1203-E-102殼程側為蒸汽發生器，主要介質為冷凝水+水蒸氣，殼程溫度在155℃左右，類似鍋爐的運行條件；管程介質為工藝過程氣；1203-E-102管束腐蝕穿孔部位靠近管程入口側的管束與管板脹接處，腐蝕減薄區域有明顯的穿孔現象，如圖1所示。文中針對這一腐蝕現象進行了系統分析，討論問題產生的原因，并提出詳細的解決辦法。

圖1 冷凝器（E102）泄漏管束部位及形貌圖

2 檢測分析

為分析腐蝕原因，對這三級換熱管進行渦流檢測，對一級冷凝器E102進行412根管束全面檢測，檢測結果顯示只有一根管束出現腐蝕現象，而且這一根管束正是腐蝕穿孔這根，其余腐蝕輕微，從大修的腐蝕調查報告顯示，該冷凝器腐蝕輕微，與檢測結果吻合，如圖2所示。

圖2 管束渦流檢測結果（紅色表示為腐蝕管束）

2.1 材質分析

在管束上取塊狀樣品，依據GB/T 222-2006相關標準，使用光譜儀等，對管束的材質進行化學分析。結果表明，管束的Mn元素含量略高于標準，但符合GB/T 222-2006鋼的成品化學成分允許偏差，其余元素成分都符合10鋼的標準要求，見表1。

表1 管束材質的化學成分（wt%）

2.2 管束的金相檢驗

在管束上切取金相樣品，經預磨、拋光、腐刻后，在顯微鏡下觀察分析。管束的外、內管壁上均有一些小的腐蝕坑產生，蝕坑內有腐蝕產物存在；壁厚為3.17mm，沒存在明顯減薄現象；管束的金相組織為：鐵素體+少量的珠光體，見圖3所示。

圖3 冷凝器管束的金相組織

2.3 掃描電鏡和能譜分析

分別選擇基體腐蝕坑處、邊緣部位、腐蝕坑底部等不同位置分析其主要元素分布，具體位置和譜圖如圖4所示。蝕坑產生，也向管壁中擴展，蝕坑內有腐蝕產物；能譜分析表明，蝕坑中的腐蝕產物主要由O、Fe元素構成，在緊靠管壁基體區域的腐蝕產物中除O、Fe外，還含有少量的S等腐蝕性元素。

圖4 冷凝器管束腐蝕坑的能譜結果

圖5 腐蝕產物的XRD結果

能譜分析結果表明：蝕坑內有腐蝕產物，腐蝕產物在蝕坑中堆積并有部分剝落；能譜分析表明，蝕坑中的腐蝕產物主要由O、Fe元素構成，在緊靠管壁基體區域的腐蝕產物中除O、Fe外，還含有少量的S等腐蝕性元素，見圖4所示。這可能是腐蝕產物在此處累積造成的。 對腐蝕坑的區域進行了能譜分析，能譜結果顯示，裂紋處除了基體元素分布之外，發現一定量的硫元素，其原子百分數為1.9%。

經腐蝕產物的XRD結果譜圖分析可知，樣品的主要成分包括FeS。由于管束內主要介質為過程氣體，里面含有水分和H2S，FeS的產生機理為：H2S + Fe → FeS +2H+。

2.4 工藝過程分析

燃燒反應后的高溫過程氣進入制硫燃燒爐余熱鍋爐（E-101/E-201），在制硫燃燒爐余熱鍋爐中，采用發生蒸汽（4.6MPa）達到回收反應余熱并降低過程氣溫度的目的。過程氣溫度降至339℃后進入一級硫冷凝器（E-102/E-202），在一級硫冷凝器中，采用發生低低壓蒸汽（0.5MPa）達到回收反應余熱并降低過程氣溫度的目的，降溫是為了分出反應生成的單質硫。所以管程中的介質有沒反應完的 H2S、SO2、H2O。

3 綜合分析

根據前期對冷凝器（1203-E-102/104/105）腐蝕情況的檢查（參見上周期硫磺裝置1203-E-102/104/105腐蝕檢查報告），確認該硫磺裝置三級冷凝器的穿孔泄漏僅發生在裝置的一級冷凝器（1203-E-102）的個別管束上，穿孔位置靠近管程入口側的管束與管板脹接處，穿孔處管壁腐蝕減薄明顯，而且腐蝕穿孔是從管束內部向外壁發生，屬于典型的局部腐蝕破壞。

由于管程介質為過程氣（過程氣中殘留有SO2、H2S、CO2和水蒸氣等），在一定的條件下，會對管束內壁產生腐蝕破壞作用，如過程氣中的H2S具有很強的活性，當管束內含有夾雜，夾雜處就會產生電化學腐蝕，其腐蝕特性是非均勻的電化學腐蝕，形成層狀剝落（管內的層狀鐵銹）和局部蝕坑（導致管束的穿孔）[4]。由對管束內壁腐蝕產物的電鏡能譜分析，確認了管束內壁中存在層狀腐蝕產物FeS。

4 結論及建議

4.1 結論

（1）對一級冷凝器E102進行412根管束全面檢測，檢測結果顯示腐蝕穿孔只是個例，不存在大面積局部腐蝕現象，從大修的腐蝕調查報告顯示，該冷凝器腐蝕輕微，與檢測結果吻合。

（2）綜合現場腐蝕情況及分析結果，一級冷凝器E102腐蝕失效的主要原因是：由于該管束夾雜，在 SO2、H2S、CO2腐蝕環境下出現局部電化學腐蝕區域，最終導致一級冷凝器換熱管穿孔和泄漏。

4.2 建議

（1）管束生產企業需要加強對管束來料的質量管理。完善設備進場的質量控制。