開工循環(huán)線腐蝕原因及防護(hù)措施

葉世貴　李思　余婷　付翎楓　龐紹林

摘 要：元壩氣田為國內(nèi)第二大高含硫氣田，原料氣中H2S（5.03%-6.34%）與CO2（4.58%-6.57%）濃度較高，其天然氣凈化裝置中設(shè)備和管線腐蝕情況較其他油氣田更為復(fù)雜。開工循環(huán)線是天然氣凈化裝置尾氣處理單元的一段重要流程，承擔(dān)著尾氣加氫單元投用前加氫爐的升溫與加氫反應(yīng)器床層催化劑的預(yù)硫化作用。本文主要介紹開工循環(huán)線管線腐蝕的現(xiàn)狀、腐蝕原因分析，提出相應(yīng)的腐蝕防護(hù)措施，最后提出腐蝕穿孔后的應(yīng)急處理措施，減少由于腐蝕造成的傷害，確保脫硫裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：高含硫氣田;開工循環(huán)線;管線腐蝕;腐蝕防護(hù)措施

1 開工循環(huán)線腐蝕情況介紹

圖1為凈化有限公司尾氣處理單元流程圖，過程氣從硫磺回收單元進(jìn)入加氫爐，經(jīng)過加氫還原反應(yīng)后，過程氣中SO2、Sx被還原為H2S，COS、CS2水解生成H2S，最后H2S被尾氣吸收塔中的胺液所吸收。

裝置正常運(yùn)行時(shí)，開工循環(huán)線處于停用狀態(tài)，加氫爐進(jìn)入開工循環(huán)線的管線的閥門和急冷塔上方進(jìn)入開工循環(huán)線的閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。在聯(lián)合裝置開工時(shí)，由于加氫爐爐膛小，不能迅速將加氫反應(yīng)器的溫度提升到目標(biāo)溫度260-280℃，因此通過開工循環(huán)線提高床層升溫速率，當(dāng)床層溫度為180℃時(shí)，通入預(yù)硫化酸性氣對(duì)催化劑（鈷、鉬）進(jìn)行預(yù)硫化，催化劑達(dá)到預(yù)硫化狀態(tài)（反應(yīng)器進(jìn)出口硫化氫含量相等），床層溫度上升至投料溫度，則投過程氣，關(guān)預(yù)硫化酸性氣。停工時(shí)，利用開工循環(huán)線對(duì)加氫反應(yīng)器的310℃高溫實(shí)現(xiàn)快速降溫。

2018年11月，凈化公司第三聯(lián)合裝置開工循環(huán)線蝶閥北側(cè)直管段發(fā)生腐蝕穿孔。在檢修及開工過程中發(fā)現(xiàn)，開工循環(huán)線存在管線腐蝕情況，管線最薄處由11mm減薄至5mm。

2 腐蝕原因分析及腐蝕機(jī)理

由情況介紹可知，開停工后，開工循環(huán)線管線可能殘留的氣體組分有：H2S、SO2、H2S、CO2、CH4、O2、CO等。蝶閥內(nèi)漏，從硫磺單元出來的過程氣流入開工循環(huán)線，過程氣（溫度133℃）中含有大量的CO2（26%）、H2O（26%）、H2S（0.4%）、SO2（0.2%）。因此，凈化公司開工循環(huán)線可能存在濕H2S腐蝕、SO2露點(diǎn)腐蝕、CO2腐蝕，各腐蝕分析具體如下：

2.1 濕H2S腐蝕

濕硫化氫腐蝕受H2S濃度、pH值、水分和溫度等因素影響。對(duì)于同一類鋼材，硫化氫濃度越大，則越容易產(chǎn)生濕硫化氫腐蝕;通常pH越高，腐蝕越輕，當(dāng)pH>7時(shí)，基本無腐蝕，當(dāng)pH<4時(shí)，腐蝕最嚴(yán)重;濕硫化氫腐蝕只能在水或者水蒸氣結(jié)露存在時(shí)發(fā)生;濕硫化氫腐蝕易在室溫下進(jìn)行，當(dāng)溫度大于60℃發(fā)生腐蝕幾率下降。

2.2 SO2露點(diǎn)腐蝕

當(dāng)氣體組分含一定量H2O、SO2和SO3，管道溫度低于露點(diǎn)溫度時(shí)，在管道內(nèi)壁形成硫酸霧露珠，對(duì)管道造成腐蝕，該腐蝕稱作SO2露點(diǎn)腐蝕。SO2、SO3易溶于水生成腐蝕性較強(qiáng)的H2SO3和H2SO4，H2SO3與H2SO4對(duì)管道的腐蝕原理為對(duì)氫的置換，即析氫腐蝕。對(duì)于碳鋼和不銹鋼，在溶液中的腐蝕屬于陽極極化及陰極極化混合控制過程，因?yàn)殍F的溶劑反應(yīng)活化極化極大，同時(shí)氫在鐵表面析出點(diǎn)位極大，故二者同時(shí)促進(jìn)腐蝕過程，致使腐蝕速度增大。[1]

3 腐蝕防護(hù)措施

根據(jù)腐蝕機(jī)理可以看出，開工循環(huán)線腐蝕主要是由于管線中酸性氣的存在，腐蝕主要與酸性氣濃度、溫度、管道材質(zhì)等因素有關(guān)，通過降低酸性氣濃度、提高操作（管道）溫度、升級(jí)管道材質(zhì)等方式進(jìn)行腐蝕防護(hù)，是減輕管道腐蝕、保障安全生產(chǎn)的有力保障。

3.1 降低酸性氣濃度

在液態(tài)水存在時(shí)，開工循環(huán)線中酸性氣：H2S、CO2、SO2濃度達(dá)到一定值時(shí)，會(huì)對(duì)管道造成一定程度的腐蝕，因此，開停工后，先向開工循環(huán)線中通入氮?dú)膺M(jìn)行吹掃，將管道中殘余雜質(zhì)氣體吹掃出。采用加氮?dú)獗Ｗo(hù)的方式，一方面，降低酸性氣的濃度，從而減緩或者消除酸性氣對(duì)管道的腐蝕;另一方面，向開工循環(huán)線中通入有一定壓力的氮?dú)?，可以一定程度防止過程氣通過蝶閥進(jìn)入開工循環(huán)線，從源頭上減少或者消除酸性氣的危害。

3.2 提高操作（管道）溫度

從腐蝕原因分析可知，干燥的H2S、CO2和SO2對(duì)管道不會(huì)造成腐蝕，液態(tài)水與H2S產(chǎn)生濕H2S腐蝕，溶解CO2后生成H2CO3，與SO2（SO3）生成H2SO3（H2SO4），因此，液態(tài)水的存在是濕H2S腐蝕、SO2露點(diǎn)腐蝕和CO2腐蝕進(jìn)行的前提之一，因此，提高管道溫度，避免水蒸氣凝結(jié)成液態(tài)水，與酸性氣結(jié)合造成管道腐蝕。為提高管道溫度，凈化公司采用在開工循環(huán)線管道外增加伴熱蒸汽線，減輕或避免各類腐蝕的發(fā)生。

3.3 管道鋼材的選擇

開工循環(huán)線蝶閥后管段為普通碳鋼，從（下轉(zhuǎn)第179頁）

（上接第177頁）腐蝕機(jī)理可以看出，針對(duì)SO2露點(diǎn)腐蝕，應(yīng)選擇耐SO2露點(diǎn)腐蝕的金屬材料：09CrCuSb（ND鋼），碳素鋼、低合金鋼和奧氏體不銹鋼也可運(yùn)用于SO2露點(diǎn)腐蝕，要求在露點(diǎn)溫度以上使用;針對(duì)CO2腐蝕，可選用碳素鋼和低合金鋼，要求操作溫度高于88℃;針對(duì)H2S腐蝕，應(yīng)將普通碳鋼進(jìn)行升級(jí)，針對(duì)開工循環(huán)線管段，凈化公司將20#碳鋼管線升級(jí)為抗硫化氫ANTI-H2S鋼材，并增加管道壁厚等級(jí)6mm。

3.4 防腐蝕涂層

使用防腐蝕涂層的方法具有工藝簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，該方法的作用原理為利用涂層材料將管道內(nèi)壁與腐蝕介質(zhì)隔離，從而有效實(shí)現(xiàn)防腐。目前環(huán)氧類防腐涂層使用較為廣泛，可以達(dá)到機(jī)械與化學(xué)惰性的防護(hù)，避免和減緩酸性氣的腐蝕。[2]

4 應(yīng)急處理措施

當(dāng)腐蝕穿孔發(fā)生時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響裝置平穩(wěn)運(yùn)行，重則涉及員工人身安全，因此，對(duì)腐蝕穿孔發(fā)生后采取適當(dāng)?shù)膽?yīng)急措施，是管線穿孔發(fā)生后人員安全的重要保障，凈化公司針對(duì)腐蝕穿孔，有以下三種主要的應(yīng)急措施。

4.1 捆扎法

針對(duì)開工循環(huán)線腐蝕穿孔處，采用鋼帶捆扎法進(jìn)行帶壓堵漏，確保有毒氣體短時(shí)間內(nèi)不會(huì)繼續(xù)泄漏。

4.2 碳纖維復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)

碳纖維復(fù)合材料管線補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)是一種常見的管線減薄的應(yīng)用技術(shù)，普遍應(yīng)用于長(zhǎng)輸管線、煉化企業(yè)，具有降低缺陷處應(yīng)力、恢復(fù)/提高管道的承壓能力的作用，作業(yè)規(guī)范遵循《ASME PCC-2-2011Repair of Pressure Equipment and Piping》以及Q/12DG4013-2010《碳纖維補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)施工/驗(yàn)收作業(yè)規(guī)范》相關(guān)要求。

4.3 帶壓密注劑式夾具預(yù)保進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)施工

注劑式夾具有兩個(gè)作用，一方面保障腐蝕減薄的管線不受外力的傷害，另一方面在管線內(nèi)腐蝕加劇在造成管線出現(xiàn)泄漏的情況下，夾具也是對(duì)漏點(diǎn)的保護(hù)，在作業(yè)期間，夾具內(nèi)已進(jìn)行密封劑注入，可以很好的應(yīng)對(duì)管線泄漏造成的安全隱患。

5 結(jié)語

①本文介紹凈化公司開工循環(huán)線腐蝕現(xiàn)狀，分析腐蝕原因可能為濕H2S、CO2和SO2露點(diǎn)腐蝕，并對(duì)腐蝕的機(jī)理進(jìn)行簡(jiǎn)單探討;

②本文針對(duì)腐蝕情況，提出降低酸氣濃度、提高操作（管道）溫度等4種防護(hù)措施，凈化公司采用向開工循環(huán)線加氮?dú)獗Ｗo(hù)、蒸汽伴熱等方式后，所有測(cè)點(diǎn)位腐蝕率均低于0.2mm/a;

③針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)漏點(diǎn)，凈化公司采用捆扎法、碳纖維復(fù)合材料修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)和帶壓密注劑式夾具預(yù)保進(jìn)行強(qiáng)補(bǔ)施工，處置之后，H2S檢測(cè)數(shù)值為0，無氣體通過漏點(diǎn)泄漏。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳繼明.硫磺回收裝置的SO2腐蝕及其應(yīng)對(duì)措施[J].化工安全與環(huán)境，2009（11）：8-9.

[2]文宇，劉安崢等.淺談二氧化碳的腐蝕機(jī)理與防護(hù)[J].科技信息，2012（01）：161