苯乙烯裝置脫氫尾氣凝液系統(tǒng)腐蝕原因分析

黃新泉

（中國(guó)石油獨(dú)山子石化分公司研究院，新疆 獨(dú)山子 833699）

0 引言

某石化公司苯乙烯裝置脫氫尾氣系統(tǒng)的尾氣后冷器E-2420尾氣進(jìn)口管線及凝液調(diào)節(jié)閥出口管線相繼發(fā)生腐蝕泄漏，由于系統(tǒng)溫度不高（約60℃左右），同時(shí)壓力為負(fù)壓，未發(fā)生嚴(yán)重安全生產(chǎn)事故，但裝置局部被迫停工檢修對(duì)裝置平穩(wěn)生產(chǎn)帶來(lái)一定影響，為預(yù)防此類(lèi)事故再次發(fā)生，本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)腐蝕調(diào)查及工藝了解，對(duì)苯乙烯裝置尾氣凝液系統(tǒng)腐蝕機(jī)理進(jìn)行探討，并提出防護(hù)建議。

1 腐蝕形貌

E-2420進(jìn)口管線腐蝕泄漏部位及管程（尾氣）出口封頭局部腐蝕形貌如圖1所示。

從圖1可以看出，泄漏部位在進(jìn)口管線側(cè)彎處，管線彎頭規(guī)格φ500×15mm，開(kāi)工運(yùn)行10年即腐蝕穿孔，年腐蝕速率約1.5mm/a；出口封頭排液線附近密布小蝕坑，測(cè)厚最小厚度約4mm，局部腐蝕減薄嚴(yán)重。

脫氫尾氣凝液調(diào)節(jié)閥出口管線局部腐蝕形貌如圖2、圖3所示。

從圖2可以看出，腐蝕穿孔部位在異徑管（φ40變?chǔ)?0）的φ40管與法蘭焊縫上部，φ40管內(nèi)部有明顯腐蝕坑，焊縫處明顯腐蝕減薄，呈凹槽狀。

從圖3可以看出，φ80內(nèi)壁上部光潔，無(wú)明顯腐蝕，下部有輕微腐蝕坑。泄漏點(diǎn)位于φ40管線與法蘭連接焊縫上部，呈圓孔狀。

2 腐蝕機(jī)理

2.1 工藝流程簡(jiǎn)述

從粗苯乙烯冷凝器中排出的尾氣中含有的不凝氣（主要是氫，二氧化碳和甲烷），連同一部分芳烴和水蒸汽進(jìn)入尾氣壓縮機(jī)K-2471 的吸入口。尾氣壓縮機(jī)的排出氣經(jīng)三個(gè)串聯(lián)換熱器，分別是尾氣粗苯乙烯換熱器E-2439、脫氫尾氣后冷器E-2420、粗苯乙烯尾氣冷凝器E-2406，冷凝出水和芳烴。冷凝液送回至粗苯乙烯分離罐V-2202進(jìn)行油水分離。從尾氣后冷器中排出的不凝尾氣進(jìn)入尾氣吸收/解析系統(tǒng)C-2560中進(jìn)一步回收芳烴。具體工藝原則流程圖如圖4所示。

從圖4可以看出，E-2420是尾氣吸收系統(tǒng)的第二級(jí)換熱器，設(shè)計(jì)尾氣進(jìn)口溫度不大于65℃，測(cè)厚數(shù)據(jù)表明，第一級(jí)E-2439出口部位原設(shè)計(jì)為12mm的管線，實(shí)測(cè)厚度為11.9mm，管線無(wú)明顯減薄，不足以引發(fā)泄漏。腐蝕主要集中在E-2420尾氣進(jìn)口管線和出口凝液所經(jīng)過(guò)的碳鋼材質(zhì)管線（尾氣凝液調(diào)節(jié)閥進(jìn)出口管線）或設(shè)備（E-2406封頭）處，直至凝液進(jìn)入粗苯乙烯分離罐V-2202，凝液隨水切除，腐蝕減緩。

2.2 腐蝕機(jī)理說(shuō)明

2.2.1 腐蝕介質(zhì)

脫氫尾氣凝液腐蝕介質(zhì)主要是尾氣中的二氧化碳，二氧化碳遇水后，會(huì)形成碳酸腐蝕。尾氣中含有的少量水分在正常條件下，應(yīng)在二級(jí)冷凝器E-2420管束中由汽相冷凝為液相，并隨尾氣凝液直接排放至凝液分離罐出口，隨切水操作排出，以避免腐蝕的發(fā)生。同時(shí)，二級(jí)冷凝器管束及凝液出口至V-2202管線設(shè)計(jì)為0Cr18Ni9不銹鋼作為防腐措施。

2.2.2 腐蝕過(guò)程

從工藝流程和腐蝕介質(zhì)的描述可以看出，CO2腐蝕在該系統(tǒng)的腐蝕不可避免，但要將初凝點(diǎn)控制在E-2420管束內(nèi)部，并及時(shí)切水?，F(xiàn)在初凝點(diǎn)前移至E-2420進(jìn)口管線側(cè)彎處，表明E-2420尾氣進(jìn)口溫度偏低，本不該出現(xiàn)的液態(tài)水提前出現(xiàn)在進(jìn)口管線側(cè)面彎頭處。

造成該段溫度偏低的原因是新疆冬季寒冷，管線保溫不夠；也可能是壓縮機(jī)出口操作溫度偏低，查閱車(chē)間DCS操作圖得知，2018年1月，E-2420進(jìn)口溫度僅為43℃左右，2018年7月，E-2420進(jìn)口溫度上升為56℃左右，離操作規(guī)程要求的65℃差距較大，這導(dǎo)致本應(yīng)在E-2420管束內(nèi)發(fā)生的露點(diǎn)腐蝕前移至進(jìn)口管線處，減薄泄漏發(fā)生在側(cè)彎的主要原因是，發(fā)生泄漏的側(cè)彎正好和上一級(jí)彎頭的背彎相對(duì)應(yīng)，液態(tài)水更易在側(cè)彎處聚集。

尾氣出口封頭內(nèi)局部發(fā)生較嚴(yán)重的腐蝕減薄，主要原因是凝液排出不及時(shí)，含酸水溶液長(zhǎng)期集聚在凝液排出線附近，對(duì)碳鋼材質(zhì)封頭內(nèi)壁底部造成局部腐蝕。

二氧化碳溶于水形成的碳酸腐蝕機(jī)理本質(zhì)上仍是氫離子的去極化腐蝕[1]，腐蝕反應(yīng)方程式如下：

酸性凝液沿不銹鋼管線流至調(diào)節(jié)閥處時(shí)，由于調(diào)節(jié)閥進(jìn)出口管線均為碳鋼，且焊縫本身有夾雜，未焊透等缺陷，酸性凝液對(duì)所經(jīng)過(guò)的碳鋼管線均發(fā)生一定程度的腐蝕，尤其對(duì)焊縫等薄弱環(huán)節(jié)處發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，加上調(diào)節(jié)閥出口法蘭處底部平緩，上部突起的變徑管線，原本在底部的酸性凝液，隨管徑變徑，擾動(dòng)至焊縫上部，對(duì)整個(gè)環(huán)焊縫造成嚴(yán)重腐蝕，最終在焊縫缺陷最明顯的上部腐蝕穿孔。

無(wú)論是φ40管線內(nèi)部還是φ80管線內(nèi)部，腐蝕都較E-2420進(jìn)口處明顯減緩，表明脫氫尾氣凝液系統(tǒng)的酸性物質(zhì)流動(dòng)至調(diào)節(jié)閥處時(shí)，含量已大幅減小，如能?chē)?yán)格控制焊縫質(zhì)量，加大調(diào)節(jié)閥進(jìn)出口管線測(cè)厚頻次，都可以避免腐蝕泄漏的發(fā)生。當(dāng)然，更換調(diào)節(jié)閥進(jìn)出口管線為0Cr18Ni9不銹鋼材質(zhì)，是防止脫氫尾氣凝液系統(tǒng)腐蝕的最經(jīng)濟(jì)方式。

3 結(jié)論及建議

（1）脫氫尾氣凝液系統(tǒng)的腐蝕機(jī)理是CO2溶于水形成的碳酸腐蝕，同時(shí)存在氣液相變的初凝區(qū)露點(diǎn)腐蝕；

（2）發(fā)生于E-2420尾氣進(jìn)口管線側(cè)彎處腐蝕泄漏主要原因是初凝點(diǎn)前移至碳鋼管線；封頭局部發(fā)生局部嚴(yán)重減薄的原因?yàn)槟壕鄯e；調(diào)節(jié)閥后出口管線大小頭焊縫處腐蝕泄漏主要是碳酸在焊縫缺陷處的腐蝕；

（3）建議在該系統(tǒng)設(shè)置在線腐蝕探針及在線定點(diǎn)測(cè)厚監(jiān)測(cè)點(diǎn)；

（4）封頭內(nèi)加犧牲陽(yáng)極塊或?qū)Ψ忸^內(nèi)部進(jìn)行涂料防腐；

（5）建議對(duì)尾氣凝液整個(gè)后續(xù)系統(tǒng)的管線升級(jí)為0Cr18Ni9不銹鋼材質(zhì)，并對(duì)碳鋼設(shè)備（E-2420封頭）進(jìn)行全面厚度檢查，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)腐蝕隱患。