第三凈化廠重沸器及貧液高溫管線腐蝕探討

徐威(長慶油田分公司第五采氣廠 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017300)

一、概述

自第三凈化廠投產(chǎn)運(yùn)行到現(xiàn)在，重沸器和貧液高溫管線腐蝕嚴(yán)重，換熱效果不佳，導(dǎo)致部分設(shè)備偏離設(shè)計(jì)值運(yùn)行，腐蝕泄露，溶液損耗巨大。本文對(duì)上述生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題，從溶液特性、設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)等方面進(jìn)行分析，并由此提出了幾點(diǎn)改進(jìn)建議。

二、裝置運(yùn)行及檢修中出現(xiàn)的問題

1.重沸器及高溫貧液管線腐蝕嚴(yán)重

在2008年凈化裝置檢修過程中發(fā)現(xiàn)重沸器腐蝕十分嚴(yán)重。重沸器殼體的汽液接觸面處出現(xiàn)大量的環(huán)狀坑蝕和臺(tái)面侵蝕，深度最深處達(dá)2 mm左右。重沸器管束的管板、碳鋼拉桿腐蝕十分嚴(yán)重，已起不到固定管束的作用；胺液貧液出口至換熱器前管線有部分蝕坑。貧液高溫管線由于腐蝕發(fā)生泄露，溶液損耗巨大。

2.重沸器及高溫貧液管線結(jié)垢嚴(yán)重

在2008年檢修中，發(fā)現(xiàn)胺液重沸器管束、殼體結(jié)垢嚴(yán)重，垢物均十分致密，用常規(guī)機(jī)械清洗方法難以清除。

三、腐蝕原因分析

1.RNH2-CO2-H2S-H2O體系腐蝕

工業(yè)經(jīng)驗(yàn)表明：通常凈化裝置的腐蝕嚴(yán)重程度總是隨著所處理原料氣中酸性氣體（H2S和CO2）濃度的增加而增加。因此，可以認(rèn)為最主要的腐蝕劑就是酸性氣體本身。

一般來說,干燥的CO2對(duì)鋼鐵沒有什么侵蝕性。而它在潮濕的環(huán)境下或溶于水后對(duì)鋼鐵有極強(qiáng)的腐蝕性。與強(qiáng)酸(如鹽酸)相比,由于CO2溶于水后,在相同的濃度條件下,其總酸度較高,因此,它對(duì)鋼鐵的腐蝕比強(qiáng)酸還要嚴(yán)重。CO2腐蝕可能使油氣井的壽命下降到6個(gè)月,甚至18個(gè)月。低碳鋼的腐蝕速度為3～6 mm/年,甚至可達(dá)7 mm/年。

在含CO2油氣田觀察到的腐蝕破壞，主要由腐蝕產(chǎn)物膜局部破損處的點(diǎn)蝕，引發(fā)環(huán)狀腐蝕或臺(tái)面腐蝕導(dǎo)致的蝕坑和蝕孔。這種局部腐蝕由于陽極面積小，往往穿孔的速度很高。CO2的以上腐蝕特征與發(fā)生在我廠的腐蝕現(xiàn)象十分相象。

2.汽液兩相對(duì)流沖刷腐蝕

設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生氣化現(xiàn)象時(shí)，容積流量增加，蒸汽流速增加，形成加速流動(dòng)的汽水混和物對(duì)其盤管外側(cè)管束進(jìn)行沖刷，引起管束沖蝕性破壞，與液體接觸的部位較比與蒸氣接觸的部位更容易遭受腐蝕；管道的彎曲部位、拐彎部位、流線形管段中有液體流入而流向又有變化的部位，都容易產(chǎn)生腐蝕。這些腐蝕產(chǎn)生的主要原因都是汽液兩相對(duì)流，不停的對(duì)設(shè)備進(jìn)行沖刷，所以汽液接觸面和彎曲部位更容易被腐蝕。我廠重沸器管束及拉桿部位的腐蝕情況均于此腐蝕特點(diǎn)相類似。

3.酸氣負(fù)荷的影響

脫硫溶液的酸氣負(fù)荷是影響選吸效率的重要參數(shù)，MD E A性質(zhì)穩(wěn)定，故MD E A水溶液的酸氣負(fù)荷通?？扇?.5 mol/mol，在處理高含酸氣的原料氣時(shí)還可以適當(dāng)提高溶液的酸氣負(fù)荷；因?yàn)殡S著酸氣負(fù)荷的增加溶液的腐蝕性也相應(yīng)的增加。

總之,CO2與胺醇反應(yīng)的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在R N HCO O-(氨基甲酸鹽)的變化上。當(dāng)a c<0.5,CO2在醇胺水溶液中主要生成R N HCO O-,1 mol CO2消耗2 mol胺;當(dāng)a c>0.5時(shí),R N HCO O-在產(chǎn)物中的分額減少,并主要生成HCO3-。

由于HCO3-在水溶液中還會(huì)產(chǎn)生電離，生成H+和CO32-，釋放出來的H+是強(qiáng)去極化劑，極易在陰極奪取電子，促進(jìn)陽極鐵溶解反應(yīng)而導(dǎo)致鋼鐵的腐蝕。從以上分析可以看出，當(dāng)MD E A溶液的酸氣負(fù)荷超過0.5 mol/mol時(shí)其腐蝕性是顯著增高的。

4.高溫腐蝕問題

我廠再生塔塔盤、胺液重沸器管束、換熱器換熱片、脫硫塔塔盤、胺液富液流程管線均因結(jié)垢腐蝕嚴(yán)重。特別是在工作溫度較高的重沸器內(nèi)，結(jié)垢腐蝕更為嚴(yán)重。

四、防腐措施的選定

1.更換高溫貧液管線

根據(jù)金屬材料的腐蝕數(shù)據(jù)，選擇對(duì)特定環(huán)境腐蝕率低、價(jià)格便宜、性能好的材料，是常用的、簡便的控制腐蝕的方法，可以使設(shè)備獲得經(jīng)濟(jì)、合理的使用壽命。所以更換貧液高溫管線的材質(zhì)是解決貧液高溫管線腐蝕最簡單、有效的方法。

現(xiàn)在常用的幾種抗高溫抗腐蝕材料為0Cr18Ni9Ti和304。以下為這兩種材料和20#鋼的對(duì)比：

（1）0Cr18Ni9Ti：為通用耐氧化鋼，可承受870℃以下反復(fù)熱。力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度σ b(Mpa):≥520,條件屈服強(qiáng)度σ 0.2(Mpa):≥205，伸長率δ5（%）：≥40，斷面收縮率ψ（%）：≥60，硬度：≤187 HB。

（2）304：具有優(yōu)良的不銹耐腐蝕性能和較好的抗晶間腐蝕性能。對(duì)氧化性酸，具有很強(qiáng)的抗腐蝕性。對(duì)堿溶液及大部分有機(jī)酸和無機(jī)酸亦具有良好的耐腐蝕能力，304在氫氧化鈉濃度50%，溫度90度環(huán)境下，腐蝕速度小于0.1 mm。而且具有良好的焊接性能，可采用通常的焊接方法焊接，焊前焊后均不需熱處理。

（3）20#鋼：屬于優(yōu)質(zhì)碳素鋼，表示平均含碳量為0.20%的鋼，315℃的導(dǎo)熱系數(shù)為48W(m·℃)-1，一般不做淬火處理，一般處理方法為滲碳或正火。

經(jīng)過各機(jī)械及抗腐蝕性能對(duì)比后可以發(fā)現(xiàn)304在現(xiàn)裝置運(yùn)行環(huán)境下更適合高溫貧液的輸送，可以使裝置運(yùn)行的更加平穩(wěn)、安全、可靠。

2.對(duì)裝置存在的問題進(jìn)行技術(shù)改造

第三凈化廠脫硫重沸器目前已經(jīng)腐蝕的較為嚴(yán)重，部分部位腐蝕余量已經(jīng)不足，故為保證重沸器的正常工作運(yùn)行須對(duì)其進(jìn)行改造。

對(duì)設(shè)備加裝襯里是解決設(shè)備腐蝕的方法之一。為保證重沸器對(duì)MD E A的再生質(zhì)量，根據(jù)重沸器的腐蝕特點(diǎn)，可選在重沸器殼程內(nèi)加裝防腐搪瓷襯里來解決重沸器腐蝕速率過快的問題。選擇加裝搪瓷襯里的主要原因是其可以很好的減少重沸器殼程的兩相對(duì)流沖刷腐蝕，而且搪瓷襯里的抗高溫腐蝕能力也要高于現(xiàn)有材料。

其中邯鄲亞華化工搪瓷設(shè)備廠生產(chǎn)的搪瓷各方面的性能均滿足我廠的生產(chǎn)工藝要求。

五、認(rèn)識(shí)及建議

1.認(rèn)識(shí)

（1）在高溫環(huán)境下，汽液兩相沖刷是加速重沸器腐蝕的原因之一。

（2）對(duì)于脫硫裝置來說給在系統(tǒng)溶液中添加緩蝕劑來解決其腐蝕問題操作成本和風(fēng)險(xiǎn)比較高，比較可行的方法是控制酸氣負(fù)荷和提高設(shè)備的抗腐蝕性能，加裝襯里和更換材料都是較為簡便的方法。

2.建議

（1）分析出腐蝕的主要原因，并針對(duì)原因采取相應(yīng)的防腐措施，以免腐蝕進(jìn)一步擴(kuò)大而造成更大的損失。

（2）天然氣凈化裝置中的高溫再生系統(tǒng)是腐蝕的易發(fā)部位，應(yīng)加強(qiáng)日常的監(jiān)測。

（3）硫化氫腐蝕中的SSC腐蝕和HIC腐蝕產(chǎn)生的后果十分嚴(yán)重，凈化裝置應(yīng)加強(qiáng)SSC腐蝕和HIC腐蝕的監(jiān)測和控制。