溶劑再生系統非金屬襯里管線的腐蝕分析

吳艷萍，劉 強，尚 偉

（1.中國石油蘭州石化公司，甘肅蘭州 730060；2.上海巴斯夫聚氨酯有限公司，上海 201400）

0 引言

某氣體精制裝置采用胺洗法脫硫、梅洛克斯法脫硫醇工藝，由干氣液態烴脫硫、液態烴脫硫醇及溶劑再生3 個部分組成，可處理液態烴30 萬噸/年、干氣10 萬噸/年。該裝置溶劑再生系統再生塔塔底重沸器殼程介質胺液自再生塔塔底抽出，經與低壓飽和蒸汽換熱后返回再生塔。

胺液自重沸器至再生塔管線原設計采用碳鋼管線，由于碳鋼耐胺腐蝕能力差，2016 年改為內襯聚四氟乙烯的非金屬襯里管線，2022 年檢修發現該管線襯里破損嚴重，胺液在襯里與碳鋼管壁間隙內聚集，導致管線腐蝕嚴重。

1 非金屬襯里管線腐蝕形貌分析

1.1 管線投入使用情況

該非金屬襯里管線自2016 年10 月投入使用，管徑DN350，非金屬襯里材料為聚四氟乙烯，其工藝介質為胺液，介質自重沸器流向再生器，操作壓力為0.23 MPa，操作溫度125 ℃。

1.2 管線腐蝕情況

2022 年9 月，對管線進行脈沖渦流掃查，發現該管線多處部位嚴重減薄（圖1）。其中，壁厚減薄小于20%，屬于輕微腐蝕減薄；壁厚減薄20%～40%的，屬于中度腐蝕減薄；壁厚減薄大于40%的，屬于嚴重腐蝕減薄。

圖1 管線腐蝕部位檢測示意

5#～9#檢測點的脈沖渦流掃查圖譜如圖2～圖6 所示。

圖2 5#測點脈沖渦流掃查圖譜

圖3 6#測點脈沖渦流掃查圖譜

圖4 7#測點脈沖渦流掃查圖譜

圖5 8#測點脈沖渦流掃查圖譜

圖6 9#測點脈沖渦流掃查圖譜

1.3 管線襯里破損情況

2022 年10 月裝置停工處理，發現該管線內部非金屬襯里鼓包、撕裂、破損嚴重，且襯里破損卷邊后表現出明顯的方向性，方向與管線內工藝介質流向一致（圖7）。

2 腐蝕機理

2.1 胺腐蝕

溶解在胺液內的酸性氣體（二氧化碳CO2和硫化氫H2S）、胺降解產物、熱穩定胺鹽（HSAS）和其他雜質，會引起碳鋼和低合金鋼材料均勻或局部腐蝕[1]。再生塔胺液中的H2S 和CO2不能完全被脫除，在有水存在的條件下胺液顯堿性、產生胺液腐蝕。遭受胺腐蝕時，碳鋼和低合金鋼可表現為均勻減薄或局部減薄及沉積物垢下腐蝕，這種腐蝕會隨著胺液中CO2含量的增加而加劇。

2.2 SO2-CO2-H2S 腐蝕

碳鋼或低合金鋼與水溶液中亞硫酸和碳酸接觸，在較低pH 值環境下會發生的均勻或局部腐蝕[2]。通常表現為均勻和局部腐蝕，在流速流態嚴重部位易遭受局部蝕坑或點蝕。

2.3 沖刷腐蝕

高速度的腐蝕流體，即腐蝕流體與高速度的結合對材料造成的損傷稱為沖刷腐蝕[3]。沖刷可以在很短的時間內造成材料局部嚴重損失，且具有一定的方向性[4]。

2.4 襯里鼓包失穩

非金屬襯里復合管受實際環境的復雜性及襯管內流體工況不穩定性的影響，導致管道介質溫度不斷波動變化，外加基—襯材料熱膨脹系數的差異性，就會導致材料變形不協調[5]。基—襯部分因制管工藝，難以避免使基—襯之間存在少量水或空氣[6]，同時襯里層都有一定的滲透性[7]，在操作溫度升高時會導致襯管出現鼓包問題。

3 腐蝕原因分析

在裝置開停工過程中，管道內操作溫度和壓力在短時間內發生明顯變化，由于非金屬襯里與基層金屬熱膨脹系數不同，導致材料變形不協調，非金屬襯里層較薄、剛度較小，因此在外界載荷作用下很容易產生鼓包失穩現象。非金屬襯里管道因制造工藝的影響，無法完全避免水汽和空氣存在于襯里與基層貼合面間隙，同時襯里層有一定的滲透性，在操作溫度升高時襯里與基層間隙內的水汽、空氣及滲透進來的工藝介質膨脹，也會導致非金屬襯管出現鼓包失穩現象。

在非金屬襯管長期投用過程中，襯里鼓包失穩及操作溫度、壓力的動態波動，將導致鼓包部位產生應力疲勞，從而大大降低襯里材料的疲勞壽命[8]。同時，襯里鼓包導致管道內工藝介質流通面積減小，介質流速增加，在工藝介質的長期沖刷與襯里疲勞載荷的雙重作用下，襯里材料發生撕裂現象，并表現出與工藝介質一致的方向性。

襯里材料破裂以后，襯里與基層金屬之間形成部分死區，導致胺液聚集，胺液內含有的酸性氣體（H2S、CO2）、胺降解產物、熱穩定胺鹽等與基層碳鋼管線直接接觸，產生胺腐蝕，同時胺液中含有的H2S、SO2、CO2形成胺-SO2-CO2-H2S 腐蝕環境，使碳鋼管線發生胺-SO2-CO2-H2S 腐蝕。

由上述分析可知，非金屬襯里鼓包失穩與工藝介質沖刷的雙重作用是襯里撕裂、破損的主要原因，襯里破裂后，工藝介質形成的胺-SO2-CO2-H2S 腐蝕環境導致基層碳鋼管線嚴重腐蝕減薄。

4 總結

本裝置使用的非金屬襯里管道在過去6 年中表現出了良好的耐腐蝕性能，使管線更換周期從2 年延長至6 年，但襯里失穩問題成為制約非金屬襯里管道長周期運行的主要因素。因此優化非金屬襯里管道制造工藝，提高襯里與基層貼合度，減少貼合空隙內水汽與空氣，同時穩定裝置操作，減少非計劃停工次數，避免管線操作溫度與壓力波動，也是提高非金屬襯里管道使用壽命的有效手段。