工藝調(diào)整需防范露點(diǎn)腐蝕對(duì)裝置的危害

陳向平

（中國石油青海油田格爾木煉油廠，青海 格爾木 816099）

化工裝置的生產(chǎn)往往只注重加熱爐或硫含量高易造成露點(diǎn)腐蝕部位的監(jiān)控及管理。在合成氨及甲醇等化工生產(chǎn)裝置，由于氣體成分大多為H2、CO、CO2、CH4、N2、H2O 等組分。 在裝置進(jìn)行工藝調(diào)整時(shí)，容易忽略露點(diǎn)腐蝕的危害，從而發(fā)生管道腐蝕減薄突然撕裂等安全事故，對(duì)人員及設(shè)備造成極大危害。2014年鹽湖集團(tuán)一套化工裝置突然出現(xiàn)了彎管爆裂引發(fā)的傷人事故，為查明事故原因，市安監(jiān)局抽調(diào)了省化工設(shè)計(jì)院，省鍋監(jiān)所、化工裝置專家成立了調(diào)查小組對(duì)此次事故展開了原因調(diào)查，筆者作為調(diào)查組成員參與了此次事件的調(diào)查工作，對(duì)事故原因提出了分析觀點(diǎn)。本文展開技術(shù)分析，舉一反三，闡明了由于工藝調(diào)整不當(dāng)形成露點(diǎn)腐蝕的認(rèn)識(shí)及對(duì)化工裝置的危害。

1 事故及工藝流程簡介

1.1 事故描述

某合成氨化工裝置在正常運(yùn)行期間，中壓變換反應(yīng)氣管路的彎管（ψ508mm×12.7mm）突然發(fā)生爆裂，由于大量可燃?xì)怏w的噴出，引發(fā)著火事故。該事故造成15m外的一名取樣女職工受傷，旁邊一泵房外墻全部燒毀，部分儀表設(shè)施設(shè)備燒壞，裝置緊急停工，事故直接經(jīng)濟(jì)損失約300萬元。圖1為閃爆后現(xiàn)場圖片。

圖1 彎管閃爆后的現(xiàn)場圖片

1.2 事故管線處工藝流程簡介及事故前的工藝調(diào)整

中壓變換反應(yīng)氣流程示意簡圖如圖2所示。

中變氣來自加熱爐，設(shè)計(jì)壓力3.68MPa，加熱到290℃后進(jìn)入鍋爐水加熱器換熱，中變氣溫度控制在210℃以上進(jìn)入中變反應(yīng)器進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。在實(shí)際操作中由于該裝置在較長時(shí)間沒有實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行，因此中變氣經(jīng)過鍋爐水加熱器后溫度無法達(dá)到設(shè)計(jì)溫度進(jìn)入中變反應(yīng)器，因此裝置在操作中實(shí)際采用開啟鍋爐水加熱器的旁路控制閥進(jìn)行溫度控制，從而實(shí)現(xiàn)裝置的工藝生產(chǎn)要求。而設(shè)計(jì)的正常流程（2#線）流通氣量非常小，實(shí)際操作中只是采用防凍保溫等措施作為輔助流程控制達(dá)8個(gè)月之久。

圖2 中壓變換反應(yīng)氣流程示意簡圖

2 事故原因分析

通過對(duì)該裝置現(xiàn)場的查驗(yàn)及事發(fā)當(dāng)日前兩個(gè)月的操作數(shù)據(jù)的查看分析，查看工藝管道內(nèi)的氣體組成成分及含量分析，筆者初步提出了以下分析觀點(diǎn)：

（1）該管道設(shè)計(jì)操作壓力3.68MPa，操作溫度290℃。在實(shí)際操作中，為了提高中變氣進(jìn)入反應(yīng)器的溫度，該裝置在較長時(shí)間內(nèi)（約8個(gè)月）一直采用中變氣不經(jīng)過鍋爐水預(yù)熱器，而是走旁路進(jìn)入反應(yīng)器進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，主管道在實(shí)際操作中僅采用微開方式防凍，實(shí)際壓力遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)壓力，工藝調(diào)整未考慮到露點(diǎn)腐蝕環(huán)境的產(chǎn)生[1]。

（2）1#管道實(shí)際操作壓力3.1MPa，操作溫度240℃。造成爆裂處的2#管道實(shí)際操作壓力為1.9～2.1MPa，現(xiàn)場也無監(jiān)控儀表，操作環(huán)境形成了露點(diǎn)腐蝕的條件。

（3）中變反應(yīng)管道內(nèi)氣質(zhì)設(shè)計(jì)成分及體積分?jǐn)?shù)為：H244.8%，CO214.849%，H2O 36.29%，CO 2.449%，CH41.373%，C2H60.121%，Ar 0.054%。查蒸汽壓在3.1MPa下水的飽和溫度為237℃，1.9MPa下水的飽和溫度為209℃。由于爆管處的管線在約8個(gè)月的時(shí)間里處于低于設(shè)計(jì)壓力的條件下工作，因此在2#管道具備了CO2溶于水形成了酸腐蝕的條件，而且H2體積分?jǐn)?shù)為44.8%，同時(shí)也具備了氫腐蝕條件。

（4）在同壓力等級(jí)，操作參數(shù)及條件相同的同一條工藝管道上，在存在腐蝕介質(zhì)及腐蝕條件的前提下，查圖紙卻存在1#管道設(shè)計(jì)為600LB（1LB=0.45359kg），壁厚15mm，而2#管道設(shè)計(jì)為 300LB，壁厚12.7mm不同壓力等級(jí)的設(shè)計(jì)管道，因此在設(shè)計(jì)方面存在材質(zhì)使用等級(jí)考慮不周的隱患 （見圖1的 1#、2# 管道）。

（5）出現(xiàn)爆管的彎頭設(shè)計(jì)壁厚為12.7mm，爆裂啟裂于管外彎壁厚最薄處的壁厚小于1.0mm。爆裂彎頭顯示內(nèi)壁存在腐蝕及沖刷痕跡，因此判定管道內(nèi)存在腐蝕沖刷現(xiàn)象。

綜上形成如下初步結(jié)論：該裝置發(fā)生的彎管爆管是由于腐蝕沖刷造成彎管壁厚減薄，當(dāng)彎管無法承受3.1MPa的工作壓力時(shí)，彎管從腐蝕沖刷的最薄處突然撕裂。由于管道內(nèi)含有濃度較高的氫氣、一氧化碳等可燃?xì)怏w，在高壓力氣體大量噴出的過程中產(chǎn)生靜電，進(jìn)而導(dǎo)致著火事件。

3 鑒定結(jié)果

為了獲得科學(xué)權(quán)威的原因分析，該化工廠將爆裂管件送到了專業(yè)石油化工設(shè)備檢測所進(jìn)行了檢測鑒定。鑒定結(jié)果及報(bào)告于1個(gè)月后發(fā)到市安監(jiān)局及該公司，鑒定結(jié)果如下：

沖刷腐蝕是導(dǎo)致管件發(fā)生爆裂的主要原因，根據(jù)出口管運(yùn)行操作壓力3.1MPa，操作溫度200℃；介 質(zhì) ： 中 變 氣 （H2，44.8% ；CO2，14.849% ；H2O，36.29% ；CO，2.449% ；CH4，1.373% ；C2H6，0.121% ；Ar，0.054%），可知：水的冷凝點(diǎn)約為190℃。壓力恒定在3.1MPa，當(dāng)溫度低于190℃時(shí)將會(huì)出現(xiàn)冷凝水析出，另外介質(zhì)中含有14.849%的CO2，分壓為0.48MPa，將會(huì)發(fā)生二氧化碳腐蝕。

建議：

（1）當(dāng)壓力不變時(shí)，控制溫度高于190℃；

（2）對(duì)管線的其它部位進(jìn)行檢測，尤其是管盲端，測溫測壓管，不流動(dòng)區(qū)域等死區(qū)、容易低溫冷凝部位；

（3）控制氣體流速在3～10m/s范圍內(nèi)，避免流速過高引起沖刷。

4 結(jié)語

露點(diǎn)腐蝕在煉油和化工裝置具有廣泛存在性和危害性[1]。在生產(chǎn)管理及調(diào)整中不僅要關(guān)注煙氣腐蝕、硫腐蝕等容易引起關(guān)注的腐蝕現(xiàn)象及部位，同時(shí)還要注意在工藝調(diào)整，指標(biāo)下達(dá)，指標(biāo)控制等多方面考慮露點(diǎn)腐蝕、腐蝕性氣體存在的腐蝕環(huán)境，消除腐蝕環(huán)境的存在，確保生產(chǎn)調(diào)整，設(shè)備及工藝管道長周期安全運(yùn)行。