再生塔重沸器管束腐蝕穿孔原因分析及緩解措施

伍從廣

(中國(guó)石油西南油氣田川東北作業(yè)分公司，四川 成都 610021)

天然氣凈化是天然氣生產(chǎn)過程中的一個(gè)中間環(huán)節(jié)，目的是將從氣田開采出的含硫天然氣中H2S及H2O幾乎全部脫除，并部分脫除CO2，使凈化后的天然氣氣質(zhì)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。天然氣中H2S的脫除在天然氣凈化裝置脫硫單元的脫硫吸收塔進(jìn)行，脫硫溶液為貧砜胺液，貧砜胺液吸收H2S后成為富砜胺液，為循環(huán)利用，需將富砜胺液中的H2S解析出，富砜胺液轉(zhuǎn)化為貧砜胺液在再生塔中進(jìn)行，通過對(duì)富砜胺液加熱解析出H2S，再生熱量由塔底重沸器提供。

1 存在的問題

某高含硫天然氣凈化廠于2016年投產(chǎn)，再生塔底部設(shè)置2臺(tái)重沸器，安裝于重沸器兩側(cè)，同時(shí)使用，為立式管側(cè)熱虹吸再沸器，用高溫蒸汽加熱，重沸器于2016年1月投入使用，在2017年3月發(fā)現(xiàn)其中1臺(tái)出現(xiàn)11根管束腐蝕穿孔，隨后在短短兩年時(shí)間內(nèi)，2臺(tái)重沸器多次出現(xiàn)管束腐蝕穿孔，至2019年1月，2臺(tái)累計(jì)腐蝕穿孔管束分別為236根和301根，分別占總管束的14%和18%，只能通過堵管的方式維持重沸器繼續(xù)使用，嚴(yán)重影響了裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)。重沸器的技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 再生塔重沸器技術(shù)參數(shù)

2 管束腐蝕穿孔原因分析

2.1 材料分析

為弄清重沸器管束腐蝕穿孔原因，分別于2017年、2018年、2019年取下穿孔樣管，并送至中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司西南分公司材料評(píng)價(jià)與腐蝕控制中心進(jìn)行材料分析。通過材料性能測(cè)試、管子內(nèi)外表面檢測(cè)、壓力測(cè)試、渦流檢測(cè)和X射線檢測(cè)、腐蝕產(chǎn)物的掃描電鏡(SEM)和X射線衍射能譜(XRD)分析，得出分析結(jié)果。

(1)管束的屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、硬度、化學(xué)成分和金相組織均滿足ASTM SA213的要求[1]，化學(xué)成分測(cè)試結(jié)果和金相分析分別見表2和圖1。

表2 樣管化學(xué)成分分析 (%)

圖1 樣管金相組織分析

(2)管束頂部0～1m范圍(貧砜胺液蒸汽區(qū))內(nèi)表面有較多點(diǎn)蝕，具有氣蝕腐蝕特征(見圖2)。

(3)腐蝕產(chǎn)物成分是TiC和FeS2，腐蝕產(chǎn)物的X射線衍射能譜(XRD)分析結(jié)果見表3(分析結(jié)果中Al2O3和SiO2來自收集腐蝕產(chǎn)物的砂紙)。

2.2 腐蝕穿孔原因

根據(jù)上述材料的分析結(jié)果和運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問題，總結(jié)得出造成重沸器管束腐蝕穿孔的原因有以下幾點(diǎn)。

(1)氣蝕。重沸器運(yùn)行過程中，胺液在管束內(nèi)流動(dòng)時(shí)，因湍流或溫度變化引起局部壓力下降而部分汽化產(chǎn)生氣泡，氣泡存在時(shí)間極短，破裂時(shí)會(huì)形成沖擊波高速撞擊管束內(nèi)壁，沖擊波反復(fù)作用使管束內(nèi)表面出現(xiàn)局部塑形變形和點(diǎn)蝕坑。

(2)電偶腐蝕。管束內(nèi)壁受到氣泡沖擊后，表面晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，出現(xiàn)化學(xué)不穩(wěn)定性，使鄰近晶粒具有不同的電勢(shì)，加上管束內(nèi)半貧液(電解質(zhì))的存在，形成電偶腐蝕條件，從而造成被沖擊部位的腐蝕，產(chǎn)生腐蝕產(chǎn)物TiC和FeS2。

(3)熱穩(wěn)定鹽影響。胺液在使用過程中會(huì)形成熱穩(wěn)定鹽，熱穩(wěn)定鹽的存在會(huì)導(dǎo)致一系列問題。溶液中離子強(qiáng)度增加、鹽的沉淀和腐蝕產(chǎn)物增加都會(huì)加速金屬的腐蝕和侵蝕，即使是TP321的不銹鋼鋼管，其腐蝕程度也會(huì)受熱穩(wěn)定鹽的影響。

(4)富砜胺液進(jìn)入再生塔溫度偏低。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)和DCS系統(tǒng)查看，富砜胺液進(jìn)入再生塔的溫度低于設(shè)計(jì)值(92℃)，保持較高的富液入塔溫度能使更多的H2S和CO2在塔體中上部被解析出來，從而減少塔底重沸器管束內(nèi)H2S和CO2的含量，降低重沸器的蒸汽加熱負(fù)荷，減少管束腐蝕穿孔和失效的機(jī)率。

(5)重沸器為利舊設(shè)備。該重沸器于2005年制造，購(gòu)置后一直閑置在裝置現(xiàn)場(chǎng)，直到2016年1月才投入使用，此期間未采取充氮保護(hù)等防腐措施，管束難免受到大氣腐蝕，產(chǎn)生劣化。

3 腐蝕緩解措施

針對(duì)重沸器管束存在的腐蝕穿孔問題，采取了緩解腐蝕的工藝調(diào)整措施。

(1)修改再生塔重沸器控制邏輯，加大加熱蒸汽流量以提高管束內(nèi)半貧液溫度，從而增強(qiáng)半貧液蒸汽的上升強(qiáng)度和頻率，減少管束內(nèi)H2S和CO2的含量和停留時(shí)間。

(2)調(diào)整貧砜胺液的更換頻率，逐步摸索調(diào)整胺液循環(huán)量，進(jìn)行最佳循環(huán)量摸索。

(3)調(diào)整砜胺液阻泡劑添加方式，將每小時(shí)添加8mL的連續(xù)添加方式調(diào)整為發(fā)泡時(shí)一次性投加200mL。

(4)改變?cè)偕壮鰜淼呢氻堪芬旱倪^濾方式，將設(shè)計(jì)的依次通過機(jī)械過濾器、活性碳過濾器、后過濾器的方式改為只通過機(jī)械過濾器進(jìn)行過濾，因?yàn)橥ㄟ^操作總結(jié)發(fā)現(xiàn)，活性炭過濾器會(huì)加劇砜胺液的發(fā)泡。

以上緩解管束腐蝕的措施自2019年1月開始實(shí)施，從重沸器使用情況來看，取得了明顯效果，自從采取這些措施后，未再發(fā)生管束腐蝕穿孔故障，2020年9月裝置停產(chǎn)大修時(shí)對(duì)管束進(jìn)行試壓，也未發(fā)現(xiàn)新的泄漏管束，至今保持良好的使用狀態(tài)。

4 結(jié)語

雖然通過采取工藝調(diào)整等措施緩解了重沸器管束的腐蝕，但隨著使用時(shí)間增長(zhǎng)，難免會(huì)再發(fā)生腐蝕穿孔，為確保裝置長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行，公司已經(jīng)購(gòu)置新重沸器作為備用。通過對(duì)其他同類凈化廠進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，管層介質(zhì)為蒸汽、殼層介質(zhì)為砜胺液的釜式重沸器使用情況較好，同時(shí)考慮到重沸器在高溫、高含硫的惡劣工況下運(yùn)行，建議將重沸器由目前的立式管側(cè)熱虹吸式改為臥式安裝的釜式，并對(duì)管束材質(zhì)進(jìn)行升級(jí)。