硫化氫汽提塔腐蝕檢查與腐蝕分析*

(合肥通用機械研究院有限公司 國家壓力容器與管道工程技術(shù)研究中心，安徽 合肥 230031)

蠟油加氫裝置是煉油廠常見的加氫裝置之一。某煉油廠蠟油加氫裝置以常減壓蒸餾裝置減壓深拔蠟油和焦化裝置的蠟油為原料，生產(chǎn)石腦油、柴油和加氫蠟油。該裝置設(shè)計產(chǎn)能1.0 Mt/a，裝置年開工時數(shù)8 400 h。該裝置于2011年投用，2018年停工檢修期間發(fā)現(xiàn)H2S汽提塔(塔-0201)進料段附近筒體和塔盤存在嚴(yán)重腐蝕。

1 設(shè)備概況

自熱低壓分離器(容-0104)來的熱低分油和冷低壓分離器(容-0106)來的冷低分油匯合后進入H2S汽提塔(塔-0201)，在塔-0201內(nèi)通過蒸汽汽提，以除去大部分H2S。塔頂油氣經(jīng)冷卻后進入塔頂回流罐，塔底油氣經(jīng)換熱升溫進入分餾塔，流程示意見圖1。

圖1 硫化氫汽提塔工藝流程示意

塔-0201頂部封頭和筒體材質(zhì)為16MnR+0Cr13復(fù)合板，厚度為(12+3)mm；上部變徑段和中間筒體材質(zhì)為20R+0Cr13，厚度為(20+3)mm；下部變徑段、下部筒體和底部封頭材質(zhì)為20R，厚度為32 mm；塔盤材質(zhì)為0Cr13，厚度為4 mm。

2 腐蝕檢查

2018年停工檢修期間，對H2S汽提塔(塔-0201)進行腐蝕檢查，結(jié)果如下：(1)從上往下數(shù)，第二人孔內(nèi)壁有密集腐蝕坑，深約3mm，見圖2；(2)第二人孔處，進料分布管有腐蝕溝槽，深約2 mm，見圖3；(3)第二人孔處，塔-0201筒體內(nèi)壁有3處腐蝕坑，深約1.5 mm，見圖4；(4)第二人孔向下4～7層塔盤及溢流堰腐蝕穿孔，見圖5和圖6；(5)第三人孔筒體內(nèi)壁有腐蝕坑，深約3 mm，見圖7；(6)第三人孔處，塔-0201筒體內(nèi)壁有腐蝕坑，深約5 mm，見圖8；(7)頂部封頭、底部封頭等其他位置未見明顯腐蝕。

圖2 第二人孔內(nèi)壁腐蝕坑

圖3 進料分布管腐蝕溝槽

圖4 第二人孔處筒體內(nèi)壁腐蝕坑

圖5 第二人孔向下第4層塔盤溢流堰

圖6 第二人孔向下第4層塔盤

圖7 第三人孔內(nèi)壁腐蝕坑

圖8 第三人孔筒體內(nèi)壁腐蝕坑

3 腐蝕分析

3.1 高溫H2S/H2腐蝕

碳鋼或低合金鋼等在高溫臨氫條件下與硫化物反應(yīng)發(fā)生的腐蝕，稱為高溫H2S/H2腐蝕[1]。

加氫原料中的硫及硫化物在加氫反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)化為H2S，與溶解在低分油中的少量H2一同進入H2S汽提塔，形成了H2S/H2腐蝕環(huán)境。塔-0201的進料溫度為260 ℃，也就是說塔-0201進料段(第二和第三人孔附近)處于一種高溫H2S/H2腐蝕環(huán)境。H2S與金屬表面發(fā)生腐蝕，生成一層硫化物膜，但H2的存在，會不斷侵入硫化物膜，造成膜的疏松多孔，因而H2S腐蝕就不斷進行，形成多層銹皮結(jié)構(gòu)，這與塔-0201筒體內(nèi)壁腐蝕形貌基本一致。

根據(jù)GB/T 26610.4—2014《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險的檢驗實施導(dǎo)則 第4部分：失效可能性定量分析方法》中腐蝕速率的確定方法[2-3]，在218～524 ℃溫度區(qū)間，溫度越高，高溫H2S/H2的腐蝕速率越大。該裝置塔-0201的進料溫度為260 ℃，已高于高溫H2S/H2的閾值(218 ℃)，處于發(fā)生高溫H2S/H2腐蝕的溫度區(qū)間，而H2S汽提塔進料段附近是塔內(nèi)溫度最高的位置，因此也是高溫H2S/H2腐蝕速率最高的位置。

采用基于風(fēng)險的檢驗(RBI)評估軟件，對塔-0201進料段筒體進行RBI評估，評估結(jié)果見圖9。由圖9可以看出，塔-0201進料段附近筒體會發(fā)生高溫H2S/H2腐蝕(理論腐蝕速率為0.177 8 mm/a)，這與之前的腐蝕分析結(jié)果一致。

3.2 沖刷腐蝕

高溫硫腐蝕生成的腐蝕產(chǎn)物FeS附著在金屬表面，可以阻止腐蝕性介質(zhì)與金屬進一步接觸，從而抑制腐蝕。但是，塔-0201內(nèi)蒸汽自下而上流動，會沖刷附著在金屬表面的FeS，促使高溫H2S/H2腐蝕進一步發(fā)生。除此之外，蒸汽的自下而上流動，還會直接對塔-0201內(nèi)壁、塔盤及進料分布管等產(chǎn)生沖刷。

圖9 塔-0201進料段筒體RBI評估結(jié)果

3.3 濕硫化氫腐蝕

塔-0201進料段附近內(nèi)構(gòu)件較多，溫度分布不均勻，蒸汽自下而上流動，遇冷會形成凝結(jié)水，形成濕硫化氫腐蝕環(huán)境，對塔-0201內(nèi)壁、塔盤及分布管等造成濕硫化氫腐蝕。采用X射線衍射儀(XRD)對塔盤腐蝕產(chǎn)物進行分析，結(jié)果見圖10。由圖10可能看出腐蝕產(chǎn)物主要是Fe2O3和FeS，這也在一定程度上證明塔-0201進料段發(fā)生了濕硫化氫腐蝕[4]。

圖10 塔-0201腐蝕產(chǎn)物XRD分析

4 建議措施

4.1 材質(zhì)升級

SH/T 3096—2012《高硫原油加工裝置設(shè)備和管道設(shè)計選材導(dǎo)則》針對加氫裝置H2S汽提塔的選材建議[5]：進料口以上及以下1 m范圍內(nèi)筒體推薦使用碳鋼+06Cr13，其余筒體推薦使用碳鋼，塔盤推薦使用06Cr13。該裝置H2S汽提塔(塔-0201)的選材是符合此要求的，但是仍然發(fā)生了比較嚴(yán)重的腐蝕，可以考慮進行材質(zhì)升級[6]。

4.2 降低負(fù)荷及增加蒸汽量

加工負(fù)荷過大而汽提蒸汽量不足時，汽提效果差，汽提塔中下段介質(zhì)中殘留H2S含量過高，從而導(dǎo)致高溫H2S/H2腐蝕速率較高。某廠加工負(fù)荷長期超過設(shè)計值，在2011年檢修時發(fā)現(xiàn)H2S汽提塔進料段附近存在嚴(yán)重腐蝕；后調(diào)整加工負(fù)荷和增加汽提蒸汽量，在2014年檢修時，觀察到腐蝕有所減緩[7]。此案例對該裝置具有參考意義，通過降低加工負(fù)荷或者增加汽提蒸汽量，保證汽提效果，可以有效降低腐蝕速率。

5 結(jié) 語

(1)檢查發(fā)現(xiàn)H2S汽提塔進料段附近筒體和內(nèi)構(gòu)件發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。腐蝕分析表明，該部位存在高溫H2S/H2腐蝕、沖刷腐蝕和濕硫化氫腐蝕。RBI評估結(jié)果顯示，H2S汽提塔進料段附近筒體發(fā)生高溫H2S/H2腐蝕，理論腐蝕速率為0.177 8 mm/a。塔盤腐蝕產(chǎn)物XRD(X射線衍射)分析結(jié)果顯示，腐蝕產(chǎn)物主要為Fe2O3和FeS，RBI評估結(jié)果、腐蝕產(chǎn)物分析結(jié)果與腐蝕分析結(jié)果基本一致。

(2)H2S汽提塔進料段附近發(fā)生腐蝕的案例很多。盡管該案例中塔-0201材質(zhì)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，但仍然發(fā)生了嚴(yán)重腐蝕。對H2S汽提塔進行材質(zhì)升級，降低加工負(fù)荷或者增加汽提蒸汽量來減緩腐蝕。