MDEA脫碳系統(tǒng)碳鋼貧液泵腐蝕原因分析及防范措施

周海鵬

摘要：烏石化化肥廠一化裝置2010年進(jìn)行原料油改氣及擴(kuò)能改造，新增高壓MDEA脫碳系統(tǒng)在試車(chē)后常常出現(xiàn)動(dòng)靜設(shè)備腐蝕泄漏現(xiàn)象。根據(jù)MDEA脫碳系統(tǒng)中貧液泵（4125-P1）的實(shí)際腐蝕研究，淺談MDEA系統(tǒng)對(duì)貧液泵的腐蝕原因及防范措施

關(guān)鍵詞：葉輪；軸；泄漏；汽蝕余量；再生度；氣蝕；沖刷

1 問(wèn)題的發(fā)生

中石油烏魯木齊石化公司化肥廠一合成車(chē)間于2010年進(jìn)行了全面的原料油改氣及擴(kuò)能改造。由于前系統(tǒng)采用高壓德士古造氣工藝，故在新增脫碳工段選型時(shí)，選用了高壓MDEA貧液?jiǎn)嗡展に?。自開(kāi)車(chē)以來(lái)MDEA脫碳系統(tǒng)（4125工段）多次出現(xiàn)動(dòng)靜設(shè)備腐蝕并泄漏現(xiàn)象，頻率最高的腐蝕設(shè)備為系統(tǒng)貧液泵（4125-P1）。自2010年7月4125系統(tǒng)試車(chē)以來(lái)，4125-P1泵在連續(xù)運(yùn)行2月之后開(kāi)始出現(xiàn)中封面泄漏，出口壓力下降，機(jī)泵振動(dòng)數(shù)值過(guò)高等現(xiàn)象，嚴(yán)重的影響了4125工段的連續(xù)運(yùn)行，以及全裝置的整體負(fù)荷。

4125系統(tǒng)的核心動(dòng)設(shè)備4125-P1泵由于因腐蝕而造成的故障率已使系統(tǒng)無(wú)法穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行及在線處理，根據(jù)對(duì)4125工段腐蝕泄漏的次數(shù)進(jìn)行總結(jié)歸納，發(fā)現(xiàn)貧液泵單臺(tái)設(shè)備的腐蝕占全部設(shè)備腐蝕次數(shù)的37.6%。從表1可以看出，首先出現(xiàn)的故障為機(jī)泵中封面的泄漏，同時(shí)泄漏頻率逐漸增高；其次經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的積累，機(jī)泵運(yùn)行參數(shù)開(kāi)始惡化，振值逐步升高，流量逐漸下降等問(wèn)題開(kāi)始頻繁出現(xiàn)。

2011年6月4125系統(tǒng)停車(chē)全面大修，對(duì)4125-P1泵進(jìn)行了解體檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)泵中封面以及葉輪定距槽均有腐蝕痕跡，且部分位置腐蝕相當(dāng)嚴(yán)重，尤其是中封面與載絲螺栓相接觸的部位。

2 原因分析

2.1工藝角度分析

MDEA脫碳的為化學(xué)反應(yīng)，其反應(yīng)機(jī)理如公式1所示。

公式1 MDEA脫碳化學(xué)反應(yīng)方程式

而MDEA溶液高溫且湍流區(qū)與CO2易發(fā)生反應(yīng)，其反應(yīng)方程式如 公式2所示

公式2：MDEA溶液與CO2反應(yīng)方程式

4125-P1泵在設(shè)計(jì)選型時(shí)采用了WCB（鑄鋼）材質(zhì)，而在公式2所示的反應(yīng)發(fā)生時(shí)，金屬中的Fe單質(zhì)將會(huì)與H2CO3發(fā)生進(jìn)一步化學(xué)反應(yīng)，如公式3所示

公式3：Fe與H2CO3反應(yīng)方程式

根據(jù)工藝氣全分析得到數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)中并未存在O2，由此可以排除氧氣破壞鈍化膜而產(chǎn)生的腐蝕。此外4125-P1泵在改造（2011年對(duì)裝置進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化改造）前入口溫度平均為106℃，在壓力為0.15Mpa，溫度低于150℃，時(shí)，MDEA與活化添加劑，消泡劑不會(huì)發(fā)生降解反應(yīng)，故此種原因造成的腐蝕基本可以排除。

但由于工藝氣中的組分含量所致，MDEA隨著運(yùn)行時(shí)間的累積，會(huì)逐漸在系統(tǒng)中積存如草酸鹽、乙酸鹽及甲酸鹽等堿性鹽類(lèi)物質(zhì)，當(dāng)此種溶液濃度升高至0.5%以上，對(duì)Fe的腐蝕開(kāi)始明顯。而根據(jù)公式2.3所示，系統(tǒng)MDEA濃度不高（H2O含量大）時(shí)，腐蝕就更加明顯。

2.2設(shè)備角度分析

4125-P1泵設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表明，其泵的汽蝕余量為12.5m，而系統(tǒng)的整體汽蝕余量為9m.從該數(shù)據(jù)中可判斷機(jī)泵自身的抗氣蝕能力不足以滿足裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行，此為原因之一。

DN300，入口壓力（絕壓）0.23Mpa，根據(jù)流體流速公式計(jì)算，流體流速已達(dá)到XXm/h，而對(duì)于金屬特質(zhì)來(lái)判斷，含有CO2的MDEA溶液在碳鋼環(huán)境下流速應(yīng)當(dāng)?shù)陀?m/s，或在不銹鋼環(huán)境下流速低于2.5m/s時(shí)，才能減少流體對(duì)泵體的氣蝕。所以當(dāng)微量氣液混合物產(chǎn)生后，流速增大會(huì)更加加劇腐蝕的速度。所以根據(jù)解體4125-P1泵的照片可以看出，在機(jī)泵出現(xiàn)異常狀況的前期，腐蝕區(qū)并不是整體的，而是高壓區(qū)的局部腐蝕。

而當(dāng)泵體內(nèi)的酸性腐蝕造成一定的尺寸間隙，即介質(zhì)可在此間隙內(nèi)進(jìn)行回流時(shí)，流體對(duì)碳鋼材質(zhì)的沖刷便比較明顯。由于運(yùn)行時(shí)機(jī)泵出口調(diào)節(jié)閥失效，造成運(yùn)行時(shí)只能通過(guò)關(guān)小泵體出口手動(dòng)閥來(lái)限制流量時(shí)，本體內(nèi)部流體的流速便會(huì)增大，兩種原因綜合使得后期泵內(nèi)損傷速度加快，損傷程度加劇。

3.防范措施

3.1 設(shè)備方面改造措施

若要防范4125-P1泵體內(nèi)部腐蝕，必須先將泵體參數(shù)進(jìn)行核實(shí)。因?yàn)镹PSHr值為機(jī)泵特性數(shù)值，與裝置參數(shù)無(wú)關(guān)。所以泵的選型極為重要。泵體材質(zhì)應(yīng)選為奧氏不銹鋼，可報(bào)證工藝參數(shù)不改變的情況下抗沖刷能力。而泵的NPSHr值必須小于NPSHa值，方可在減少氣蝕和抗擊沖刷兩方面入手解決問(wèn)題。

在泵的選型工作中，首先需要注意認(rèn)真核算裝置的汽蝕余量并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況改造機(jī)泵入口管線的彎頭使用量。在上述數(shù)據(jù)都已明確之后，必須選擇汽蝕余量比裝置汽蝕余量小的的機(jī)泵。例如本裝置的氣蝕余量NPSHa數(shù)值為9.8m，在選擇新造機(jī)泵時(shí)，要求廠家將泵的汽蝕余量NPSHr設(shè)計(jì)指數(shù)定為6.4M.比較之前該泵的汽蝕余量12.5m來(lái)說(shuō)，該泵可設(shè)計(jì)之初減少了機(jī)泵汽蝕的幾率。

除了選型過(guò)程中的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，機(jī)泵的材料選型也相當(dāng)重要。在4125-P1泵在內(nèi)部腐蝕嚴(yán)重之后，采取了許多治理措施。其中將轉(zhuǎn)子材質(zhì)升級(jí)以及將機(jī)泵內(nèi)部中封面損傷處用不銹鋼修補(bǔ)。2011年10月16日，該泵運(yùn)行了兩個(gè)月之后，對(duì)機(jī)泵進(jìn)行拆檢后發(fā)現(xiàn)，腐蝕依然嚴(yán)重，但是不銹鋼補(bǔ)焊層以及不銹鋼轉(zhuǎn)子卻沒(méi)有損傷的現(xiàn)象。足以證明，雖然機(jī)泵由于汽蝕余量選擇不佳造成泵內(nèi)氣蝕，但是抗沖涮腐蝕的因素也必須考慮進(jìn)去。所以機(jī)泵的材質(zhì)應(yīng)當(dāng)選擇奧氏不銹鋼316材質(zhì)，以此來(lái)抗擊沖刷；同時(shí)配以正確的汽蝕余量來(lái)減少機(jī)泵內(nèi)的氣蝕效應(yīng)。

3.2 工藝方面改造措施

保證系統(tǒng)在設(shè)計(jì)值內(nèi)運(yùn)行，就必須保證各換熱器的換熱面積充分，同時(shí)再生溫度盡量維持高限，再生壓力可適當(dāng)降低。值得借鑒的防范措施。

針對(duì)工藝操作方面，貧液再生度為3.5CO2ml/MDEA ml，半貧液再生度22.0CO2ml/MDEA ml.在此基礎(chǔ)上可以看出較穩(wěn)定的低壓MDEA脫碳系統(tǒng)的MDEA再生度數(shù)值相比，其再生度遠(yuǎn)不及此。在0.2MPa的絕壓條件下，120℃的再生溫度比較理想。同時(shí)在整個(gè)控制過(guò)程中，一定要保證MDEA的濃度是關(guān)鍵，其推薦濃度為38～42%，哌嗪濃度應(yīng)當(dāng)為2%比較合適。

除去以上參數(shù)，MDEA脫碳系統(tǒng)中的雜志過(guò)濾尤其重要，建議根據(jù)系統(tǒng)試機(jī)安裝的需要增加過(guò)濾器，以此提高溶液的清潔度。

4 結(jié)束語(yǔ)

MDEA脫碳的運(yùn)用對(duì)酸性氣體脫出有著低能耗，高再生的優(yōu)點(diǎn)。但其對(duì)碳鋼材質(zhì)的設(shè)備的腐蝕已經(jīng)成為各生產(chǎn)廠研究的科題。如何節(jié)約裝置建設(shè)成本以及降低腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失，須將工藝過(guò)程控制與設(shè)備選型維護(hù)相結(jié)合。研究出更加穩(wěn)定廉價(jià)的MDEA緩蝕添加劑將是新一代科技研究者奮斗的目標(biāo)

參考文獻(xiàn)：

[1]劉華兵.化肥設(shè)計(jì) 1998。36（6）：47～51

[2]化工部化機(jī)研究院 腐蝕與防護(hù)手冊(cè) 化學(xué)工業(yè)出版社 1989年第一版