乙烯裂解爐進料線腐蝕原因分析

曹雪峰,田 剛

(中國石化齊魯分公司，山東淄博 255400)

2018年3月下旬，乙烯裂解爐BA-117進料線發(fā)生腐蝕泄漏，為查明腐蝕原因，對泄漏部位進行了初步的調(diào)研分析。

2006年8月31日BA117爐投用，以石腦油及循環(huán)乙烷為設(shè)計原料。進料管線已使用10余年，泄漏部位為原料進爐子前的水平管段，碳鋼材質(zhì)，規(guī)格為φ60 mm×3.91 mm，溫度為40 ℃左右。表1為2014年以來117爐原料線泄漏及更換情況。

表1 BA-117爐歷年來泄漏情況

1 原料來源及性質(zhì)

所用石腦油分為系統(tǒng)內(nèi)互供石腦油、公司內(nèi)互供石腦油以及油品儲罐石腦油。檢測數(shù)據(jù)表明，原料中含有一定的硫和氯，多次出現(xiàn)硫、氯含量超標的情況。

2 爐BA-117進料管腐蝕形貌

管線腐蝕泄漏部位環(huán)管線一半以上，最大孔洞約10 mm×10 mm，泄漏處內(nèi)表面有明顯蝕坑，存在黑褐色垢物，且有大片物質(zhì)(垢物)脫落的痕跡，從換下來的進料線的其它管段內(nèi)表面，亦可觀察到明顯的鐵紅色垢物，垢物下管壁有明顯的蝕坑，內(nèi)部的蝕坑深淺不一。從宏觀的腐蝕形貌，判斷為內(nèi)部的垢下腐蝕。

3 測厚檢查情況

3.1 對泄漏位置的部分水平管段測厚

對腐蝕泄漏管段進行測厚(測厚數(shù)據(jù)見表2)，測厚數(shù)據(jù)在1.88～3.55 mm之間，平均數(shù)值為2.75 mm。對另一段水平L型進料管段進行對比測厚，數(shù)據(jù)見表3。由表3可以看出，水平管段下側(cè)測厚數(shù)據(jù)均比上側(cè)略小。

3.2 對第二路進料線地面處水平管段與豎直管段的連接彎頭進行測厚

在對第二路進料線地面水平管線及其上豎直管線進行超聲導波檢測的過程中，經(jīng)測厚發(fā)現(xiàn)其連接彎頭外彎減薄較重，見表4。除第一路進料線外，其余五路進料線的同部位彎頭均有不同程度的減薄，尤其是第二路和第四路，測厚最小數(shù)值分別為1.98，1.48 mm。

表2 泄漏管段測厚數(shù)據(jù) mm

表3 水平L型進料線測厚數(shù)據(jù) mm

表4 地面水平管線與其上豎直管線連接彎頭測厚數(shù)據(jù) mm

4 超聲導波檢測情況

對第二路進料線靠近地面的水平管線及其上的豎直管線進行了超聲導波檢測，檢測結(jié)果輕微腐蝕(見圖1、圖2)。第一測點在進料閥后第一彎頭后水平直管處，第二測點在進料閥后第二彎頭后豎直管處，導波檢測結(jié)果均輕微腐蝕。從直管段管壁測厚結(jié)果來看，第一測點直管壁厚為3.58，3.57，3.24，3.06 3.12 mm。第二測點直管壁厚為3.34，3.46，3.52，3.33 mm。根據(jù)測厚數(shù)據(jù)分析，第一測點兩處3.06，3.12 mm明顯壁厚減薄，均在管線的正下方。腐蝕介質(zhì)應該是集中在水平直管段底部。

從導波的檢測長度看，每個布點的檢測長度只有6米左右，導波衰減嚴重，因管線外壁光滑，故判斷管線內(nèi)壁蝕坑較重。

圖1 測點1導波波形

5 垢樣分析情況

對泄漏直管部位的內(nèi)部垢物進行了采樣分析，乙烯17#爐進料線管束內(nèi)表面垢樣組成分析結(jié)果見表5。垢樣的主要成分為鐵的氧化物、硫代硫酸鹽、硫化物、單質(zhì)硫及少部分酸不溶物、氯鹽、銨鹽等物質(zhì)。

由以上的分析結(jié)果可以看出，垢樣以鐵的氧化物為主，兼有少量的硫化亞鐵，說明腐蝕產(chǎn)物多是由氧化腐蝕產(chǎn)生的。

圖2 測點2導波波形

表5 乙烯17#號爐進料線內(nèi)表面垢樣組成分析

6 腐蝕原因分析

通過對比原料數(shù)據(jù)與垢樣分析數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場工況及外觀腐蝕形貌推斷出以下結(jié)論。

a)原料中有S、Cl等腐蝕元素的存在，為腐蝕提供了腐蝕因子。

b)常溫管道的腐蝕離不開水的存在，水的來源有兩個：①可能原料中本身帶有極少量水份；②由于燒焦頻繁，為管道內(nèi)部提供了腐蝕所需要的氧氣與水蒸氣，燒焦時蒸汽與工業(yè)風在一次注汽的位置注入，進料控制閥至一次注汽間的管段形成死區(qū)，對流段內(nèi)受加熱的的工業(yè)風與水蒸氣在外部管段的內(nèi)壁冷凝吸附產(chǎn)生腐蝕；進料線蒸汽吹掃后長期備用時也存在水汽冷凝的可能。一般來講，水蒸氣和氧氣的存在會加劇腐蝕的進行。

c)管道內(nèi)部有結(jié)垢傾向，且有少量氯離子、硫、銨鹽吸附沉積，可以推斷工藝介質(zhì)由于某種原因可能分解出活性硫或H2S，還存在少量HCl、NH4Cl的存在。在有微量水的條件下，形成了低溫HCl+H2S+H2O酸性腐蝕環(huán)境。理論上進料線的水平管段更容易積水積垢，從而對管道底部產(chǎn)生了強烈腐蝕，管線的局部低點腐蝕會加重。側(cè)部與頂部管壁同樣吸附水汽和氧氣積垢腐蝕，垢下腐蝕應該相對較輕。通過依次對舊管切割作內(nèi)部宏觀檢查來看，蝕坑腐蝕深淺不一，無規(guī)律可循，判斷與進料管的水平度、保溫效果和散熱損失有關(guān)，伴熱線的投用也有一定的影響。

d)管道內(nèi)部介質(zhì)間歇性的變化與投用，對內(nèi)壁有沖刷，造成沖蝕與垢下腐蝕交替進行，長時間使用導致進料管逐步腐蝕減薄破裂。

7 措施及建議

a)建議盡可能控制、減少原料中的易腐蝕因素，如S、Cl等。

b)經(jīng)對進料線地面水平管線及其上豎直管線連接彎頭測厚，其外彎已經(jīng)嚴重減薄，建議立即更換。

c)鑒于進料線已經(jīng)出現(xiàn)的腐蝕泄漏情況，以及進料線的使用年限已久，建議逐步更換進料線，優(yōu)先水平管段與彎頭的更換。建議工藝流程上考慮盡可能減少高空水平管，采用斜管與立管。

d)建議燒焦后加大對管線的吹掃，停爐期內(nèi)加強對設(shè)備的保護，減少水蒸氣和氧氣的積聚?？煽紤]燒焦期間對進料線采取隔離保護措施，例如在一次注汽口對流段處的進料線增加隔斷閥以減少燒焦期間水汽與氧氣的倒串與停留；或者考慮在流控閥處增設(shè)燒焦風點、氮氣吹掃點。

e)建議根據(jù)運行情況制定合理的管線使用壽命周期，可考慮每3個檢修周期(12年)更換進料線，每個檢修周期部分管線割管做內(nèi)部檢查，每年對進料線進行導波檢測與定點測厚。