苯乙烯裝置乙苯單元設(shè)備防腐蝕實(shí)踐

荊軍航，張 艷，李偉英，常 林

（中國石油天然氣股份有限公司錦西石化分公司，遼寧葫蘆島125001）

苯乙烯裝置乙苯單元設(shè)備防腐蝕實(shí)踐

荊軍航，張 艷，李偉英，常 林

（中國石油天然氣股份有限公司錦西石化分公司，遼寧葫蘆島125001）

苯乙烯裝置乙苯單元設(shè)備發(fā)生腐蝕后，結(jié)合裝置實(shí)際情況開展了一系列防腐蝕實(shí)踐活動(dòng)。對(duì)冷卻器管束進(jìn)行了失效分析，查找腐蝕原因；采取了升級(jí)冷卻器材質(zhì)、加注緩蝕劑及增設(shè)旁路冷卻器等改進(jìn)措施；采用在線腐蝕探針監(jiān)測并結(jié)合塔頂凝液罐切水分析監(jiān)測，判定設(shè)備腐蝕情況，確保該裝置安全、穩(wěn)定和長周期運(yùn)行。

苯乙烯 失效分析 腐蝕探針 緩蝕劑

苯乙烯裝置乙苯單元是某石化分公司生產(chǎn)苯乙烯的重要裝置。近年來，隨著原料中氯和硫含量不斷增加，乙苯單元設(shè)備管道的氯化物腐蝕和硫化物腐蝕日趨嚴(yán)重，特別是不凝氣分液罐V1108、苯塔頂回流罐頂冷卻器E1119和附屬管線腐蝕加重，已經(jīng)嚴(yán)重影響裝置的安全生產(chǎn)和長周期穩(wěn)定運(yùn)行。為了解決設(shè)備腐蝕問題，采取了加注緩蝕劑、升級(jí)回流罐頂冷卻器材質(zhì)、安裝在線腐蝕探針、增設(shè)旁路冷卻器等措施，收到了較好效果。

1 回流罐頂冷卻器失效分析

1.1 腐蝕情況

2013年2月，乙苯單元苯塔頂回流罐頂冷卻器（E1119）發(fā)生了腐蝕泄漏，使用時(shí)間僅8個(gè)月。E1119工藝條件如下：管程介質(zhì)為循環(huán)冷卻水，溫度為40℃，壓力為0.4 MPa；殼程介質(zhì)為苯，溫度為60～160℃，壓力為0.58～0.88 MPa；管束材質(zhì)為20號(hào)鋼，其腐蝕形貌見圖1和圖2。從圖1和圖2可以看出，殼程垢層較厚，大多數(shù)為黑色固體，夾雜少量紅棕色固體；管壁明顯腐蝕減薄，甚至腐蝕穿孔。

圖1 管束外壁腐蝕結(jié)垢形貌

圖2 管束局部穿孔情況

1.2 失效分析

對(duì)E1119冷凝后苯、原料苯及重整苯中的相關(guān)雜質(zhì)含量進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。從表1可以看出，E1119冷凝后苯、原料苯中無機(jī)氯含量偏高；用pH試紙測試E1119冷凝后苯的 pH值為5左右，呈酸性。

表1 E1119中介質(zhì)分析結(jié)果

能譜分析表明，管束外壁的腐蝕產(chǎn)物主要由C，O，S，Cl和 Fe等元素構(gòu)成。Cl元素在管壁表面富集，對(duì)管壁的腐蝕起主要作用。對(duì)管束外壁棕紅色腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行X射線衍射分析（XRD），主要成分為 Fe3O4，F(xiàn)e2O3，F(xiàn)eCl2·H2O和 FeOOH。

苯在常溫下為一種無色、有甜味的透明液體，并具有芳香氣味。它難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑，本身也可作為有機(jī)溶劑。苯本身不會(huì)對(duì)碳鋼材料產(chǎn)生腐蝕。E1119的腐蝕發(fā)生在其殼程中的管束外壁，管束外壁接觸的介質(zhì)是殼程中的苯。分析表明，E1119冷凝后苯、原料苯中無機(jī)氯含量偏高，冷凝后苯的pH值為5左右，呈酸性。雖然殼程中的苯本身不會(huì)腐蝕E1119，但在苯中會(huì)含有一定量的水，在E1119的熱交換過程中，這些水就會(huì)凝析在管束的外表面上，當(dāng)苯中含有的硫和氯等溶解到這些凝析水中后，就會(huì)構(gòu)成酸性水溶液，對(duì)碳鋼管束產(chǎn)生腐蝕。當(dāng)管束外壁結(jié)有很厚且疏松的垢層時(shí)，會(huì)更有利于這些酸性凝析水在管束外壁上滯留和濃縮，加速腐蝕過程。這是因?yàn)檫@些厚而疏松的垢層，阻礙了介質(zhì)在殼程中管束外表面的流動(dòng)及熱交換，使得酸性凝析水可以在管束外表面長期滯留，并使得酸性凝析水逐步濃縮，pH值更低，對(duì)碳鋼管束腐蝕作用更強(qiáng)。

失效分析結(jié)果表明：E1119管束腐蝕穿孔是由于在冷卻器換熱過程中，管束外壁凝析了富含Cl－的酸性液體水造成的，這種酸性水對(duì)管束產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕破壞。Cl－在管壁表面富集，對(duì)管壁的腐蝕起主要作用。E1119內(nèi)部大量結(jié)垢也促進(jìn)了結(jié)垢部位管束的腐蝕破壞。

2 解決措施

2.1 E1119材質(zhì)升級(jí)

2013年9月大修期間，為了提高換熱器防腐蝕性能，對(duì)苯塔頂回流罐頂冷卻器E1119進(jìn)行了材質(zhì)升級(jí)，選用耐Cl－腐蝕性能更好的雙相不銹鋼（2205）管束。升級(jí)后的換熱器管束一直使用到2017年6月，使用過程中先后兩次發(fā)現(xiàn)4根管束泄漏，堵管處理后繼續(xù)使用。

2.2 加注緩蝕劑及加裝在線腐蝕探針

對(duì)國內(nèi)同類裝置腐蝕情況進(jìn)行了調(diào)研，選擇加注某公司生產(chǎn)的緩蝕劑BL-925C以緩解腐蝕問題，并加裝了在線腐蝕探針來監(jiān)控腐蝕情況。緩蝕劑為無色或淺黃色帶氨味的液體。緩蝕劑注入系統(tǒng)主要包括緩蝕劑儲(chǔ)槽、氮?dú)獗Ｗo(hù)設(shè)施、注入泵、流量控制閥和輸送管線［1］。加注位置是乙苯單元苯塔后系統(tǒng)E1119入口，腐蝕探針加裝在E1119出口管線上，見圖3。

圖3 緩蝕劑加注位置及探針安裝位置

3 防腐蝕效果分析

3.1 在線腐蝕探針監(jiān)測分析

2016年9月大修后，在線腐蝕探針恢復(fù)投用，其監(jiān)測情況表明：苯乙烯裝置E1119殼程出口的腐蝕監(jiān)測點(diǎn)腐蝕速率較高，2017年2月腐蝕速率為0.17 mm／a；2017年7月初檢查發(fā)現(xiàn)該探針已因腐蝕而穿孔失效。

3.2 塔頂凝液罐V1108切水分析

依據(jù)工藝流程，監(jiān)測分析乙苯單元苯塔回流罐頂凝液罐V1108切水，結(jié)果見表2。切水分析數(shù)據(jù)不僅可以考察緩蝕劑的緩蝕效果，而且可以驗(yàn)證在線腐蝕探針監(jiān)測的準(zhǔn)確性。

表2 塔頂凝液罐V1108切水分析數(shù)據(jù)

由表2可見，未加注緩蝕劑時(shí)，塔頂凝液罐V1108切水總鐵質(zhì)量濃度達(dá)到 3 488.00 mg／L，說明介質(zhì)對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重；緩蝕劑加入量為1.5 kg／h時(shí)，緩蝕效果明顯，總鐵質(zhì)量濃度降低至10 mg／L及以下；緩蝕劑加入量為 0.5 kg／h，防腐蝕效果不佳；而現(xiàn)用的緩蝕劑價(jià)格較高、用量大，對(duì)裝置經(jīng)濟(jì)效益有一定影響。

因此，經(jīng)綜合考慮確定增設(shè)一路苯塔回流罐頂冷卻器及附屬管線作為E1119旁路副線，增設(shè)的冷卻器管束及附屬管線仍選用20號(hào)鋼，其附屬管線壁厚增至7 mm，一旦冷卻器E1119管束發(fā)生泄漏，可立即切換到副線，避免裝置發(fā)生臨時(shí)停車事故。同時(shí)，繼續(xù)調(diào)整緩蝕劑配方，降低緩蝕劑成本，確保裝置安全生產(chǎn)和長周期穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié) 論

（1）苯塔頂回流罐頂器冷卻器E1119冷凝后苯呈酸性，形成H2S-HCl-H2O低溫電化學(xué)腐蝕環(huán)境，導(dǎo)致管束及其附屬管線內(nèi)壁腐蝕和結(jié)垢，垢下有大面積腐蝕坑且局部腐蝕穿孔。

（2）控制原料苯中的Cl含量和催化干氣中的硫化氫含量，可以減少介質(zhì)苯中的腐蝕性介質(zhì)含量；盡可能降低苯中的含水量，控制苯的pH值，也能起到控制腐蝕的作用。

（3）升級(jí)換熱器材質(zhì)等級(jí)。選用耐蝕性良好的2205管束可有效延長換熱器使用周期。

（4）采用在線腐蝕探針監(jiān)測并結(jié)合切水分析方法，可以比較準(zhǔn)確地判定換熱器管束腐蝕情況，提前做好預(yù)警，避免發(fā)生計(jì)劃外停車甚至火災(zāi)等重大事故。

［1］ 伏建華，李志剛.緩蝕劑在苯乙烯精餾裝置中的應(yīng)用［J］.石油化工腐蝕與防護(hù)，2011，28（4）：50-52.

Practice of Corrosion Prevention in Ethyl-Benzene／Styrene Unit

Jing Junhang，Zhang Yan，Li Weiying，Chang Lin
（CNPC Jinxi Petrochemical Company，Huludao 125001，China）

After the occurrence of corrosion in the ethyl-benzene／styrene unit，a series of anti-corrosion practices were carried out in combination of actual conditions of the unit，such as analyzing the failure of cooler tubes，finding out the corrosion cause，upgrading the cooler material，adding corrosion inhibitors and bypass coolers，etc.The corrosion of equipment was determined through the monitoring of on-line corrosion probe and analysis of the water in the overhead condensate tank，in order to ensure a safe，stable and long-period operation.

styrene，failure analysis，corrosion probe，corrosion inhibitor

2017-07-17；修改稿收到日期：2017-10-19。

荊軍航（1967—），博士，院長，教授級(jí)高級(jí)工程師，1995年7月畢業(yè)于大連理工大學(xué)，現(xiàn)在該石化分公司研究院工作。E-mail：zyzyzy163＠163.com

（編輯 王維宗）