催化裂化穩(wěn)定液化氣罐鼓包分層原因及解決措施

吳 軍，呂士平，朱文勝

（1.中亞能源有限責(zé)任公司，陜西 西安 710000；2.中海油常州涂料化工研究有限公司，江蘇 常州 213000）

中亞能源有限責(zé)任公司催化裂化裝置包括反應(yīng)—再生、分餾、吸收穩(wěn)定、能量回收機(jī)組、余熱鍋爐、產(chǎn)品精制、余熱回收、酸性水汽提及火炬系統(tǒng)等八部分。裝置設(shè)計原料硫w≤0.5%。反應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的油氣進(jìn)入分餾系統(tǒng)，分餾塔中部出柴油，底部出油漿，塔頂出汽油和富氣，富氣進(jìn)入氣壓機(jī)壓縮進(jìn)入吸收穩(wěn)定系統(tǒng)分離為穩(wěn)定汽油、液化氣和干氣。高溫?zé)煔馔ㄟ^煙機(jī)做工后進(jìn)入低溫余熱鍋爐，尾氣排放大氣。

吸收穩(wěn)定系統(tǒng)工藝流程如下氣壓機(jī)出口富氣冷卻至40 ℃，進(jìn)入氣壓機(jī)出口油氣分離器進(jìn)行氣液分離。分離后的氣體進(jìn)入吸收塔，用粗汽油和穩(wěn)定汽油來吸收，經(jīng)吸收后的貧氣至再吸收塔，用輕柴油作吸收劑進(jìn)一步吸收后，干氣輸送至產(chǎn)品精制裝置脫硫。凝縮油抽出后送至解吸塔，脫乙烷汽油由塔底抽出，送至穩(wěn)定塔進(jìn)行分離，液化石油氣從塔頂餾出，經(jīng)冷卻器冷卻后一部分作穩(wěn)定塔回流，其余送至產(chǎn)品精制裝置。穩(wěn)定汽油自穩(wěn)定塔底抽出，經(jīng)一系列換熱、冷卻至40 ℃后一部分用作補充吸收劑，另一部分作為產(chǎn)品外送至產(chǎn)品精制裝置。

1 問題描述

在2019 年壓力容器年檢過程中，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定塔頂液化氣罐存在多處鼓包、分層、器壁腐蝕等問題，給安全生產(chǎn)帶來極大隱患，必須采取有效措施解決上述問題。具體見表1、圖1、圖2、圖3 所示。

表1 穩(wěn)定塔液化氣罐基本情況及操作參數(shù)

穩(wěn)定塔液化氣罐（V2303） 內(nèi)鼓包共計6 處，均位于東部第一塊板底部，5 處鼓包位于罐底中心線以南45cm，1 處位于罐底中心線以北。鼓包直徑在8～15mm，鼓包高度最高8mm，鼓包處壁厚在6.5～8.5mm。穩(wěn)定塔液化氣罐底部接管存在內(nèi)壁腐蝕及外部保溫層下腐蝕，設(shè)計壁厚5.5mm，實測最小壁厚3.3mm；法蘭下接管存在保溫層下腐蝕，選用管材6.3mm，彎頭處實測最小壁厚4.77mm；穩(wěn)定塔液化氣罐底部封頭初始壁厚10mm，實測最小壁厚8.02mm，穩(wěn)定塔液化氣罐（V2303） 內(nèi)壁宏觀腐蝕較嚴(yán)重。

2 原因分析

圖1 穩(wěn)定塔頂液化氣罐分層等問題

圖2 穩(wěn)定塔頂液化氣罐內(nèi)壁鼓包問題

圖3 穩(wěn)定塔頂液化氣罐內(nèi)壁腐蝕情況

為查明原因，從根本上解決問題，首先對鼓包的產(chǎn)生機(jī)理和形成過程進(jìn)行了分析，普遍認(rèn)為是鼓包部位空腔內(nèi)的氣體膨脹，壓力增大引起的。至于空腔內(nèi)的氣體類型說法不一，一般認(rèn)為是氫氣，但也有認(rèn)為是甲烷氣體的。為此，必須測定空腔內(nèi)的氣體類型，最后確認(rèn)是氫鼓包還是甲烷鼓包。將氣袋中的氣體分析后確認(rèn)鋼板空腔內(nèi)的氣體為氫氣而不是甲烷。因此，可以認(rèn)為目前液化石油氣鍺罐出現(xiàn)的鼓包屬于氫鼓包而不是甲烷鼓包。由于是氫氣引起的鼓包，在氫鼓包部位必有氫損傷現(xiàn)象。工藝操作參數(shù)如表2。

通過工藝參數(shù)分析可知：濕H2S 環(huán)境下的幾種開裂機(jī)理包括硫化物應(yīng)力腐蝕開裂、氫鼓泡、氫致開裂和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂，它們都與鋼中氫的吸收和滲透有關(guān)。影響鋼中氫滲透的關(guān)鍵變量是pH 值和使用環(huán)境的化學(xué)組成。典型的情況下，在中性溶液中（pH7） 氫在鋼中滲透量最小，pH值較低或較高時，其滲透通量均增加。低pH 值時腐蝕是由H2S 引起的；高pH 值時腐蝕是由二硫化銨濃度增大引起的（硫化氫腐蝕環(huán)境下氨含量較高）。另外隨著H2S 分壓的升高和堿性環(huán)境中氰化物的存在，氫滲透量增加。隨著H2S 分壓的升高，SSC 的敏感性增大。根據(jù)對石油和天然氣生產(chǎn)環(huán)境的調(diào)查，當(dāng)氣體H2S 分壓大于或等于0.0003MPa 絕壓時，只要有游離水存在，就可引起敏感鋼材發(fā)生SSC。氫鼓泡（HB）：由于金屬內(nèi)部氫壓力過高而導(dǎo)致的表面層下的平面空洞結(jié)構(gòu)稱為氫鼓泡。 低強(qiáng)度金屬中，臨近表面的鼓泡生長通常導(dǎo)致表面鼓凸。鋼的氫鼓泡包括硫化物腐蝕過程中 在金屬表面生成氫原子的吸收和擴(kuò)散。鋼中氫鼓泡的發(fā)展是由于不斷聚集的原子氫在金屬內(nèi) 部某些部位結(jié)合生成分子氫并不斷集聚的結(jié)果。氫分子因為太大而不能在鋼中擴(kuò)散。形成氫 鼓泡的典型部位是鋼中大的非金屬夾雜物、分（夾） 層及其他不連續(xù)結(jié)構(gòu)處，不同于高溫氫腐蝕引起的白點、鼓泡和開裂[4]。

表2 穩(wěn)定塔液化氣罐工藝參數(shù)

由此可知，該罐的分層、鼓包、腐蝕是罐內(nèi)濕H2S 環(huán)境導(dǎo)致，低溫硫腐蝕由于H2S 以及其他硫化物引起的腐蝕，溫度在120℃以下。H2S 在沒有液態(tài)水時（汽相狀態(tài)） 對設(shè)備腐蝕很輕，或基本無腐蝕，但在汽相液相的相變部位出現(xiàn)露水之后則形成H2S－H2O 型腐蝕，主要發(fā)生在分餾塔頂冷凝、回流低溫管道以及吸收穩(wěn)定塔頂管道。如催化瓦斯分液罐底部放空線、吸收解析塔底聯(lián)通線焊縫等。另外，含硫污水中的氨鹽NH4HS和NH4Cl 會引起金屬材料垢下腐蝕。

3 解決措施

一方面，從長遠(yuǎn)來看要遏制或減緩腐蝕，另一方面對該罐進(jìn)行修復(fù)處理。在修復(fù)前進(jìn)行必要檢測，檢查是否具有修復(fù)價值，具體檢測方法有對該罐所有焊縫100%探傷檢測,對所有鼓包位置進(jìn)行磁粉探傷，根據(jù)結(jié)果制定修復(fù)方案。

從長遠(yuǎn)來看減緩或遏制腐蝕的方法主要有兩點，第一加強(qiáng)催化原料調(diào)和管理，防止原料硫含量超指標(biāo)或大幅度波動；第二借鑒國內(nèi)防腐的成功經(jīng)驗對分餾塔頂、凝縮油罐、液化氣回流罐的強(qiáng)制水洗進(jìn)行改造采用水洗噴嘴進(jìn)料，加強(qiáng)水洗水霧化、混合效果，且水洗量提高至處理量的15%以上，以此來水洗液化氣中硫化物，同時也能稀釋酸性水pH，降低酸性水對設(shè)備的腐蝕，生產(chǎn)期間加強(qiáng)酸性水各項指標(biāo)的監(jiān)控，及時調(diào)整。

根據(jù)壓力容器年檢單位提供的探傷檢測和磁粉探傷結(jié)果顯示，該罐不存在鼓包裂紋或腐蝕開裂現(xiàn)象，根據(jù)《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[1]，確認(rèn)分層不影響壓力容器安全使用的，可以定為3 級，否則定為4 級或5 級。對于小面積分層處由于對筒體整體應(yīng)力情況影響不大，可以定為4 級，監(jiān)控使用，監(jiān)測分層擴(kuò)展情況、表面情況；對于大面積分層，考慮到分層面積過大并與鼓包同時存在，材料力學(xué)性能降低；同時分層測厚值在6～9mm，小于容器筒體計算壁厚11.12mm；故建議采取補救措施，具體修復(fù)方案如下。

消氫處理：在鼓包相應(yīng)的容器外壁部位鉆排氣孔，直徑6mm，深度為外側(cè)測量壁厚，排掉鼓包里的氣體，疏放壓力。在容器其它部位修復(fù)結(jié)束，壓力試驗前，用電焊將排氣孔堵焊。對容器整體加熱至300～350℃，時間為8～12h。對溫度必須嚴(yán)格控制，太高了雖有利于消氫，但影響容器的強(qiáng)度。溫度過低了，則不利于消氫。

筒體更換：對第一筒節(jié)的修復(fù)按容規(guī)等要求，對第一筒分層部位采取挖補方案。材料選用與原設(shè)計相同的Q245R 鋼板，厚度為16mm。焊接完成后，按原設(shè)計要求，對焊縫進(jìn)行無損檢測，射線100%，2-Ⅱ級合格，角焊縫進(jìn)行100%磁粉或滲透檢測[3]。 以上所有工作結(jié)束后，按要求進(jìn)行水壓試驗[2]。

4 結(jié)語

壓力容器的腐蝕問題是制約裝置長周期運行的關(guān)鍵因素也是裝置安全運行的前提條件，設(shè)備、管道年度檢驗按期開展年度檢驗工作，對上次檢驗時保留未處理的缺陷或壁厚減薄部位進(jìn)行復(fù)查，必要時進(jìn)行更換。對含有濕H2S 腐蝕的部位加強(qiáng)巡檢質(zhì)量，制定并實施定點測厚方案。檢驗檢測時應(yīng)對濕H2S 環(huán)境下的碳鋼設(shè)備、管道的焊縫進(jìn)行焊縫硬度、無損檢測抽查，若其硬度不符合要求，應(yīng)重新進(jìn)行熱處理。對于高空管道以及難以滿足檢驗條件的管道，建議采用超聲導(dǎo)波檢測進(jìn)行在線監(jiān)測和隱患排查。目前的腐蝕監(jiān)測方法主要偏重于均勻腐蝕的監(jiān)測，而造成腐蝕失效或者腐蝕泄漏的主要腐蝕形式往往是局部腐蝕，因此仍需引進(jìn)新型腐蝕監(jiān)測技術(shù)，提高局部腐蝕（點蝕、應(yīng)力腐蝕等） 的監(jiān)測水平。