單塔汽提裝置汽提塔腐蝕原因分析

黃新泉

（中國石油獨(dú)山子石化公司研究院，新疆 獨(dú)山子 833699）

0 引言

某石化公司單塔汽提裝置汽提塔T-102B（塔體為不銹鋼材質(zhì)），1995年投入使用，使用期間一直未發(fā)生腐蝕泄漏，2007年停用后，單塔汽提裝置裝置汽提塔T-102（塔體為碳鋼材質(zhì)）替代T-102B投入使用，至2015年檢修時(shí)，未發(fā)生明顯腐蝕。

2015年檢修后，T-102正常投用，至2017年12月，塔體內(nèi)部發(fā)生局部濕硫化氫腐蝕和沖刷腐蝕，并導(dǎo)致泄漏，且泄漏部位周邊伴有明顯的鼓泡、開裂等腐蝕現(xiàn)象。T-102發(fā)生泄漏后，重新啟用T-102B，至2019年4月，T-102B塔相同位置也發(fā)生腐蝕泄漏。即2015年大修后，這兩個(gè)塔均在使用兩年左右后，在塔相同部位發(fā)生腐蝕并引發(fā)泄漏。

1 腐蝕形貌

T-102和T-102B塔內(nèi)部局部腐蝕形貌如圖1所示。

圖1 T-102和T-102B內(nèi)部腐蝕形貌

從圖1可以看出，汽提塔內(nèi)部光潔，無大面積腐蝕減薄，局部可見鼓泡、裂紋和蝕坑。查閱設(shè)備材質(zhì)，T-102整體為16Mn碳鋼材質(zhì)，T-102B筒體為1Cr18Ni9Ti不銹鋼，由于存在變徑，變徑筒體和筒體之間用碳鋼法蘭連接，碳鋼法蘭內(nèi)表面有小蝕坑，法蘭處測(cè)厚，最薄處僅為2.07mm，局部腐蝕嚴(yán)重。T-102B外部腐蝕泄漏部位及形貌如圖2所示。

圖2 汽提塔泄漏部位和外部腐蝕形貌

從圖2可以看出，泄漏部位在φ600筒體中部法蘭和塔體焊縫連接處，未明顯穿孔，表現(xiàn)為細(xì)小裂紋。法蘭為碳鋼16Mn材質(zhì)，塔（筒）體為不銹鋼321（1Cr18Ni9Ti）材質(zhì)，存在異種鋼焊接風(fēng)險(xiǎn)，但不是發(fā)生腐蝕泄漏的主要原因，T-102B自1995年～2007年，平穩(wěn)運(yùn)行12年，未發(fā)生腐蝕泄漏。外部測(cè)厚結(jié)果表明，泄漏點(diǎn)附近厚度最小2.07mm，最大5.97mm，不銹鋼筒體無明顯減薄，厚度約9.5mm。

2 腐蝕機(jī)理

2.1 工藝流程簡述

單塔汽提裝置于1995年建成投產(chǎn)，用于處理老區(qū)煉油廠催化、焦化、加氫等裝置排放的含硫污水。含硫污水主要腐蝕成份是硫化物和氨，裝置通過蒸汽汽提將污水中的硫化物和氨分離出來。單塔汽提采用的是單塔加壓側(cè)線抽出工藝流程，再加上分凝和氨精制系統(tǒng)，從而得到經(jīng)過處理的凈化水和純度較高的液氨。

T-102B汽提塔是利用汽提原理將硫化氫和氨從原料水中汽提出來，酸性水進(jìn)料分兩股:冷進(jìn)料和熱進(jìn)料，熱進(jìn)料以147℃左右從40層塔盤進(jìn)入汽提塔，冷進(jìn)料以40℃左右從塔頂進(jìn)入汽提塔中，冷熱進(jìn)料比值依據(jù)能耗情況控制在1:5-8內(nèi)，汽提塔中部23層塔盤位置抽出富氨氣，受塔底蒸汽氣體的作用，硫化氫在塔頂溫度較低部位富集，氨從側(cè)線進(jìn)行了抽出，塔頂位置酸性濃度增大，塔頂連續(xù)的有少量的酸性冷進(jìn)料進(jìn)入，硫化氫會(huì)以水溶液形式存在，從而產(chǎn)生酸性水腐蝕和濕硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂等腐蝕環(huán)境。

2.2 設(shè)備參數(shù)及工藝參數(shù)

從表1可以看出，原塔T-1 0 2 B塔體設(shè)計(jì)為321不銹鋼（1Cr18Ni9Ti），塔頂壓力要求為0.45～0.51MPa,平穩(wěn)運(yùn)行12年（1995～2007），更換為碳鋼塔T-1 0 2后，仍能平穩(wěn)運(yùn)行8年（2007～2015），表明在嚴(yán)格遵守工藝操作的條件下，塔內(nèi)腐蝕環(huán)境不明顯。兩塔的腐蝕泄漏均發(fā)生在2015年后，且兩塔均只運(yùn)行兩年左右，即發(fā)生相同部位的腐蝕泄漏，表明該部位腐蝕和工藝參數(shù)的改變有密切聯(lián)系。

表1 設(shè)備參數(shù)

從表2可以看出，T-102汽提塔頂壓設(shè)計(jì)在0.45～0.51MPa之間，但2015年檢修后，由于硫磺裝置改造，單塔汽提T-102頂壓一直保持在約0.54MPa左右，盡管只是壓力超出了原規(guī)程規(guī)定的上限約0.03MPa，但由于濕硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂的條件之一是汽相中硫化氫分壓大于0.0003MPa（1），T-102頂壓的增加，一方面增加了硫化氫在水溶液的溶解度（常溫常壓下，1升水大約溶解2.6升硫化氫），加大了硫化氫酸性水腐蝕的可能性；另一方面，間接提高了塔內(nèi)汽相中硫化氫的分壓，加重了濕硫化氫應(yīng)力腐蝕或氫鼓泡的腐蝕趨勢(shì)。因此，嚴(yán)格按原操作規(guī)程操作，控制塔頂壓力是控制發(fā)生汽提塔發(fā)生濕硫化氫腐蝕的關(guān)鍵。

表2 工藝參數(shù)

2.3 腐蝕過程

從腐蝕形貌和工藝參數(shù)變化情況看，T-102的腐蝕僅發(fā)生在很小的局部范圍，和液體分布關(guān)系密切，因此，沖刷和濕硫化氫腐蝕環(huán)境導(dǎo)致T-102B局部減薄嚴(yán)重；塔頂壓力提高并且超出原設(shè)計(jì)指標(biāo)上限，加劇了濕硫化氫腐蝕發(fā)生的速度。在這兩種因素的共同作用下，碳鋼材質(zhì)的法蘭在焊縫熱影響區(qū)域發(fā)生局部腐蝕減薄穿孔，并最終引發(fā)T-102B局部腐蝕泄漏。

硫化氫在水中電離，形成的濕硫化氫腐蝕機(jī)理本質(zhì)上仍是氫離子的去極化腐蝕，腐蝕反應(yīng)方程式如下：

濕硫化氫腐蝕，也稱濕硫化氫損傷，有四種腐蝕形態(tài)，即陰極反生成的活性氫原子擴(kuò)散至碳鋼中產(chǎn)生氫鼓泡（HB）、氫誘發(fā)裂紋（HIC）、硫化物應(yīng)力腐蝕破裂（SSCC）、應(yīng)力導(dǎo)向氫誘發(fā)裂紋（SOHIC），從腐蝕形貌上看，T-102的腐蝕既有氫鼓泡（HB），又有硫化物應(yīng)力腐蝕破裂（SSCC），是一起典型的濕硫化氫腐蝕案例，值得同類型裝置學(xué)習(xí)借鑒。

尤其值得注意的是，這種腐蝕泄漏僅僅是因?yàn)檠b置未能嚴(yán)格按設(shè)計(jì)壓力控制工藝參數(shù)，就導(dǎo)致裝置不得不停工，甚至整個(gè)煉油局部停工，后果嚴(yán)重；類似的腐蝕案例在某石化公司時(shí)有發(fā)生，如乙烯裝置稀釋蒸汽換熱器泄漏，主要原因是未嚴(yán)格按操作規(guī)程要求，將汽液比控制在1：7的范圍內(nèi)，便于工藝水及時(shí)將換熱器內(nèi)的結(jié)焦物清洗沖走，避免換熱器腐蝕泄漏；苯乙烯裝置脫氫尾氣凝液系統(tǒng)泄漏，主要原因是由于尾氣壓縮機(jī)進(jìn)口溫度長期在低限運(yùn)行，露點(diǎn)腐蝕前移，本應(yīng)發(fā)生在不銹鋼管束內(nèi)的凝液露點(diǎn)腐蝕，前移至凝液換熱器進(jìn)口碳鋼管線內(nèi)，導(dǎo)致碳鋼管線彎頭腐蝕泄漏；這些腐蝕案例表明，嚴(yán)格按操作規(guī)程操作是裝置預(yù)防腐蝕泄漏的重要手段。

3 結(jié)論及建議

（1）T-102的腐蝕泄漏是濕硫化氫和沖刷腐蝕共同作用的結(jié)果；

（2）塔頂操作壓力的提高，加重了T-102塔頂濕硫化氫腐蝕環(huán)境，加劇了濕硫化氫腐蝕開裂的發(fā)生，是T-102產(chǎn)生腐蝕泄漏的直接和主要原因；

（3）該部位的腐蝕具有普遍性，焊縫熱影響區(qū)由于應(yīng)力和濕硫化氫腐蝕環(huán)境的存在，均可能發(fā)生不同程度的濕硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂，泄漏隨時(shí)會(huì)再次發(fā)生，不建議在工藝條件未改善、設(shè)備缺陷未消除的情況下繼續(xù)使用該設(shè)備；

（4）建議更換法蘭材質(zhì)與塔器筒體同類型材后才能繼續(xù)使用，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)此部位的測(cè)厚檢測(cè)工作。