粗苯乙烯塔液環(huán)真空系統(tǒng)腐蝕原因分析及應(yīng)對措施

寧 瑋，彭 晨

（中國石化青島煉油化工有限責(zé)任公司，山東青島266500）

某公司850 kt／a乙苯／苯乙烯裝置于2011年8月開工，運行了約9 a，裝置最高操作負(fù)荷達(dá)到120%。2017年1月23日，苯乙烯裝置粗苯乙烯塔C401液環(huán)真空系統(tǒng)PA41出現(xiàn)泄漏，解剖檢查發(fā)現(xiàn)，機(jī)泵筒體及葉片出現(xiàn)了嚴(yán)重腐蝕，腐蝕機(jī)理為碳酸腐蝕。通過升級真空泵整體材質(zhì)達(dá)到了防腐蝕的效果，保證了裝置的長周期穩(wěn)定運行。

1 裝置特點和工藝流程

粗苯乙烯塔是精餾系統(tǒng)中第一個分餾塔，也是最為關(guān)鍵的一個塔。由于苯乙烯為熱敏性物質(zhì)，高溫下易聚合，所以粗苯乙烯塔在負(fù)壓工況下操作，以有效降低塔釜溫度，減少苯乙烯被加熱次數(shù)，一定程度上降低了苯乙烯聚合的風(fēng)險，同時也降低了裝置的能耗。粗苯乙烯塔液環(huán)真空系統(tǒng)PA41為粗苯乙烯塔提供負(fù)壓，是精餾系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，如果該系統(tǒng)出現(xiàn)異常，整個精餾系統(tǒng)將被迫停工。

粗苯乙烯塔C401采用金屬高效填料，塔頂操作壓力（絕壓）為24 kPa，操作溫度為89℃；塔底操作壓力（絕壓）為33 kPa，操作溫度為108℃。塔頂氣相從C401塔頂餾出，依次進(jìn)入粗塔冷凝器E402殼程、粗塔后冷器E419殼程、粗塔尾氣冷卻器E403殼程，最終不凝氣排向液環(huán)真空系統(tǒng)PA41。液環(huán)真空系統(tǒng)的工作液為純乙苯。操作參數(shù)和塔頂物流設(shè)計值分別見表1和表2，粗苯乙烯塔工藝流程如圖1所示。

表1 粗苯乙烯塔操作參數(shù)

表2 粗苯乙烯塔塔頂物流（設(shè)計值） kg／h

2 腐蝕情況

2017年1月23 日，粗苯乙烯塔液環(huán)真空系統(tǒng)PA41B泵發(fā)生泄漏，對泄漏機(jī)泵進(jìn)行解剖檢查后發(fā)現(xiàn)：泵體腐蝕穿孔、葉輪遍布腐蝕坑，此現(xiàn)象為典型弱酸性腐蝕。筒體表面腐蝕穿孔和葉輪腐蝕情況如圖2和圖3所示。

3 腐蝕原因分析

3.1 操作分析

將粗苯乙烯塔C401的絕對壓力由24 kPa降至16 kPa，這樣既可以減少苯乙烯聚合損失，又可以節(jié)約塔底蒸汽熱能，是節(jié)能降耗通常采取的辦法。但在同等溫度下，隨著真空度的提高，水的沸點相應(yīng)下降而其蒸發(fā)量上升，最終導(dǎo)致粗苯乙烯塔塔頂冷凝系統(tǒng)的負(fù)荷增加，粗苯乙烯塔液環(huán)真空系統(tǒng)PA41入口氣相水含量隨之上升。

尾氣中氣相水到達(dá)粗苯乙烯塔液環(huán)真空系統(tǒng)后，由于該系統(tǒng)出口壓力遠(yuǎn)高于其入口壓力，導(dǎo)致尾氣中的氣相水必然發(fā)生相變，由氣相變?yōu)橐合嗪筮M(jìn)入液環(huán)真空系統(tǒng)的工作液中，水含量較高的工作液不斷在粗苯乙烯塔液環(huán)真空系統(tǒng)中循環(huán)使用，將吸收尾氣中的部分CO2。

圖1 粗苯乙烯塔工作流程

圖2 筒體表面腐蝕穿孔

圖3 葉輪腐蝕

3.2 設(shè)計氣相組分與采樣分析結(jié)果對比

尾氣中含有CO2，工作液中含有微量水并且工作液呈酸性。所以，酸性腐蝕應(yīng)該是造成粗苯乙烯塔液環(huán)真空系統(tǒng)腐蝕的主要原因。

3.3 CO2腐蝕機(jī)理

CO2腐蝕是較為常見的工業(yè)腐蝕，水對鋼鐵表面的浸濕作用對該腐蝕起決定作用。在一定壓力下，CO2在水中的溶解度隨溫度的升高而降低。CO2溶于水生成 H2CO3，而H2CO3是一種弱酸，不能夠完全分解。當(dāng)溫度低于60℃時，鋼鐵表面生成不具備保護(hù)性的松軟且不致密的FeCO3，且鋼的腐蝕速率在此區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)極大值，此時腐蝕為均勻腐蝕［1］。CO2的腐蝕機(jī)理如下［2］：

PA41工作溫度14.9℃，工作壓力12.1 kPa，根據(jù)分析數(shù)據(jù)，塔頂不凝氣中CO2體積分?jǐn)?shù)超過6.43%。由于該處有微量水存在，CO2較易溶于水，形成H2CO3并與管道中的Fe發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，造成設(shè)備腐蝕。

3.4 機(jī)泵材質(zhì)

機(jī)泵葉輪材質(zhì)為普通鑄鋼，筒體材質(zhì)為Q245A，抗弱酸腐蝕能力較差。

4 應(yīng)對措施

4.1 更換材質(zhì)

根據(jù)現(xiàn)場腐蝕情況，設(shè)備生產(chǎn)廠家升級后的材質(zhì)為：泵體316L、分配盤 CF-3M、側(cè)蓋 CF-3M、葉輪CF-3M。材質(zhì)升級后，液環(huán)真空系統(tǒng)PA41的腐蝕被抑制。

4.2 注緩蝕劑

對系統(tǒng)組分無影響的情況下，可以加入緩蝕劑（如胺類、硫脲或咪唑啉類等）。在實際生產(chǎn)中，加入少量特定的緩蝕劑可以有效降低介質(zhì)對管道的腐蝕，進(jìn)而延長管道的使用壽命。

5 結(jié) 語

針對粗苯乙烯塔液環(huán)真空系統(tǒng)出現(xiàn)的腐蝕情況，對照工藝設(shè)計物流表，結(jié)合試驗數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析了裝置被腐蝕的部位和原因，并提出了有針對性的應(yīng)對措施。檢修期間應(yīng)對存在腐蝕風(fēng)險的區(qū)域逐一檢查，對裝置的優(yōu)化操作應(yīng)當(dāng)整體考慮，避免對系統(tǒng)造成其他不良影響。