煉化裝置堿性介質(zhì)環(huán)境設(shè)備失效機(jī)理及解決方案

李書涵

(中國石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

堿性介質(zhì)存在于諸多煉化裝置中，可以導(dǎo)致設(shè)備和管道發(fā)生腐蝕開裂。常見的堿性介質(zhì)有苛性堿、碳酸鹽、磷酸鹽、胺液、氨水及NH4HS等，不同介質(zhì)形成不同的腐蝕機(jī)理，例如堿應(yīng)力腐蝕開裂(堿脆)、碳酸鹽應(yīng)力腐蝕開裂、磷酸鹽應(yīng)力腐蝕開裂、胺應(yīng)力腐蝕開裂、氨應(yīng)力腐蝕開裂、堿式酸性水(NH4HS)腐蝕等。對于碳鋼和低合金鋼，大部分堿性環(huán)境中的腐蝕都與殘余應(yīng)力及沒有進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚碛嘘P(guān)，部分堿性介質(zhì)還與溶解的其他腐蝕性介質(zhì)或分解產(chǎn)物聯(lián)合作用對設(shè)備和管道產(chǎn)生腐蝕損傷。堿性介質(zhì)腐蝕常見于常減壓、焦化、催化裂化、重整、加氫及尾氣處理等裝置中，也見于制氫等裝置的再沸器和蒸汽發(fā)生器、帶伴熱的堿液儲(chǔ)罐和管線、鍋爐給水的設(shè)備和管線上。

1 常見的堿性環(huán)境腐蝕形式

1.1 堿應(yīng)力腐蝕開裂

堿應(yīng)力腐蝕開裂常被稱為堿脆，是一種最常見的由NaOH，KOH和LiOH等強(qiáng)堿性介質(zhì)引起的設(shè)備和管道腐蝕形式，常發(fā)生在碳鋼和低合金鋼沒有經(jīng)過消應(yīng)力處理的高應(yīng)力焊縫處，尤其以熱影響區(qū)和相鄰母材最為嚴(yán)重，由于它以無宏觀塑性變形的脆性斷裂為主，因此危害較大。堿脆在碳鋼中典型的破壞形式是沿晶開裂,見圖1(a)，極少數(shù)發(fā)生穿晶開裂。奧氏體不銹鋼和鐵鎳基、鎳基合金等材料也會(huì)發(fā)生堿脆，主要破壞形式為穿晶開裂,見圖1(b)，在高溫下也可能出現(xiàn)沿晶開裂[1]。這些裂紋一般起源于局部應(yīng)力集中的組織缺陷處。

圖1 碳鋼和合金堿脆開裂金相組織

堿脆主要是金屬環(huán)境氫脆和電化學(xué)腐蝕應(yīng)力開裂共同作用的結(jié)果。在熱濃堿液中(以NaOH為例)發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)，NaOH在反應(yīng)中主要起催化作用[2]。設(shè)備表面生成的Fe3O4保護(hù)膜在局部拉應(yīng)力的作用下遭到破壞，并被NaOH溶解，在局部高應(yīng)力區(qū)形成了初始裂紋溝槽;裂紋尖端為陽極，周圍Fe3O4膜層為陰極，形成大陰極小陽極的電偶腐蝕，再加上局部拉應(yīng)力的作用，加速了裂紋的擴(kuò)展。

堿脆發(fā)生的3個(gè)必要條件是：較高濃度的堿液、較高的溫度和拉伸應(yīng)力。圖2是材料在NaOH溶液中的使用溫度與堿液濃度的關(guān)系。從圖2可以看出，在高濃度堿液中，碳鋼材料的使用溫度超過46 ℃就可能發(fā)生堿脆，因此堿液是否會(huì)發(fā)生濃縮應(yīng)作為堿脆重點(diǎn)考慮的要素[3]250。水相中質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于5%的NaOH即可在碳鋼中產(chǎn)生堿脆。一些裝置堿液濃度較低(質(zhì)量分?jǐn)?shù)50～100 μg/g)，但由于結(jié)構(gòu)原因局部形成堿液滯留區(qū)(熱交換器、停滯管線、低流速區(qū)、頻繁受潮和蒸發(fā)的管道等)進(jìn)而產(chǎn)生開裂。設(shè)備和管道中的應(yīng)力主要分為殘余拉應(yīng)力(加工、裝配、焊接)和服役中的拉應(yīng)力(相對運(yùn)動(dòng)的熱應(yīng)力、內(nèi)壓引起的工作應(yīng)力、腐蝕產(chǎn)物膨脹的附加應(yīng)力)[4]95，在圖2中A，B和C區(qū)除了選材區(qū)別外，還應(yīng)考慮焊后熱處理對于殘余應(yīng)力消除的影響。

圖2 材料的使用溫度與NaOH濃度的關(guān)系

1.2 胺應(yīng)力腐蝕開裂

胺應(yīng)力腐蝕開裂是鋼材在拉應(yīng)力和醇胺水溶液共同作用下的失效形式，失效機(jī)理主要有硫化物應(yīng)力腐蝕開裂、氫鼓泡、氫致開裂、應(yīng)力誘導(dǎo)氫致開裂及堿的應(yīng)力腐蝕開裂。其中前3種機(jī)理主要存在于含H2S富胺環(huán)境的碳鋼部件中，第4種機(jī)理主要存在于貧胺環(huán)境的碳鋼部件中[5]。

影響胺應(yīng)力腐蝕開裂的關(guān)鍵因素有拉應(yīng)力水平、胺液類型、溫度和流速。裂紋通常與焊接或冷加工產(chǎn)生的未經(jīng)熱處理的高殘余應(yīng)力有關(guān)，且應(yīng)力水平越高，越易產(chǎn)生裂紋。純醇胺不會(huì)導(dǎo)致腐蝕，腐蝕主要與其中溶解的酸性氣(H2S和CO2等)、熱穩(wěn)定銨鹽和胺降解產(chǎn)物有關(guān)。在脫除H2S單元的富胺系統(tǒng)中，H2S有助于在鋼表面形成FeS保護(hù)膜阻止胺應(yīng)力腐蝕開裂。如果H2S不足以維持保護(hù)膜，介質(zhì)中的胺液往往會(huì)引起腐蝕。一般來說，開裂更可能發(fā)生在單乙醇胺(MEA)和二乙醇胺(DEA)中，但也存在于包括甲基二乙醇胺(MDEA)和二異丙醇胺(DIPA/ADIP)在內(nèi)的大多數(shù)胺中[6]。溫度升高會(huì)增加開裂的可能性，甚至一些胺(MEA等)在環(huán)境溫度下就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備開裂。流速影響胺腐蝕速率和腐蝕形貌，高流速和湍流將導(dǎo)致非均勻腐蝕的局部減薄。對于碳鋼，富胺液流速通常限制在1～2 m/s，貧胺液流速通常<3 m/s。

胺液環(huán)境下所有沒有經(jīng)過焊后熱處理的碳鋼設(shè)備和管道都可能發(fā)生開裂。除了特殊情況，通常建議在任意操作溫度下對所有貧胺系統(tǒng)(不包括新鮮胺)進(jìn)行焊后熱處理。富胺液環(huán)境下的設(shè)備雖然比貧胺液中設(shè)備更不易發(fā)生胺應(yīng)力腐蝕，但并不能完全避免腐蝕開裂。

1.3 堿式酸性水(NH4HS)腐蝕

堿式酸性水腐蝕廣義上被定義為由含H2S和NH3水溶液造成的腐蝕，由NH4HS導(dǎo)致，在碳鋼中易發(fā)生。當(dāng)溫度降低至一定值時(shí)，NH4HS從氣相中析出，如果沒有足夠的注水來溶解沉積的NH4HS鹽，就會(huì)產(chǎn)生腐蝕。

NH4HS濃度、流速、H2S分壓是影響堿式酸性水腐蝕的3個(gè)關(guān)鍵因素。腐蝕隨著NH4HS濃度的增加而增大。在低NH4HS濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤2%)下，碳鋼通常具有較低的腐蝕速率，在高NH4HS濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥8%)下，碳鋼顯現(xiàn)出中等甚至更高的腐蝕速率[7]47。隨著NH4HS流速加快，腐蝕速率增大，碳鋼一般表現(xiàn)為均勻腐蝕，低流速區(qū)易發(fā)生NH4HS結(jié)垢，并出現(xiàn)垢下腐蝕；在高流速區(qū)(尤其是紊流)或改變方向處(如彎頭、三通等)，可能出現(xiàn)沖蝕等局部減薄現(xiàn)象。如果裝置的操作壓力較高，還會(huì)產(chǎn)生斷裂破壞。在給定的NH4HS濃度條件下，酸性水的腐蝕速率隨H2S分壓的升高而增大，NH4HS濃度越高H2S分壓對腐蝕的影響越明顯。碳鋼和銅合金對堿式酸性水耐受力較差，300系列不銹鋼、雙相鋼、鎳合金和鈦合金等都具有較強(qiáng)的耐蝕性。

2 預(yù)防措施

2.1 材料選擇

2.1.1 堿 脆

堿脆應(yīng)根據(jù)圖2材料在NaOH溶液中的使用溫度與堿液濃度的關(guān)系曲線進(jìn)行材料選擇。當(dāng)NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)<5%，理論上不會(huì)發(fā)生堿脆，選用碳鋼即可;但考慮裝置運(yùn)行安全性，實(shí)際選材會(huì)考慮高溫工況適當(dāng)采取焊后熱處理或升級材質(zhì)。當(dāng)在A區(qū)域時(shí)，發(fā)生堿脆的概率較低，可以選用碳鋼且不需要對設(shè)備和焊縫進(jìn)行焊后熱處理。當(dāng)在B區(qū)域時(shí)，比如質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%的堿液在近 48 ℃ 時(shí)就有發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的風(fēng)險(xiǎn)。此時(shí)碳鋼設(shè)備和焊縫應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理，尤其是冷成型管道彎頭、換熱管U形彎頭等易引發(fā)應(yīng)力集中的部位，成型后更應(yīng)重點(diǎn)消除應(yīng)力。當(dāng)在C區(qū)域時(shí)，發(fā)生堿脆的概率很高，碳鋼已不適用，應(yīng)選用鎳合金。

300系列不銹鋼能較好抵御堿脆。一般認(rèn)為其服役溫度最大限度是100 ℃，但在70～100 ℃區(qū)間鈍化膜破壞后，在濃度較高的堿液中也會(huì)發(fā)生堿脆(見圖3)[3]250。雙相不銹鋼比300系列不銹鋼抗堿脆性能優(yōu)異，但也是敏感材料。其他含有更高鎳含量的不銹鋼，比如904L、合金800和Al-6XN等對較高溫度的堿液有更好的耐蝕性能。鎳合金是目前耐堿脆最好的材料之一，其中，合金200和合金201耐堿脆性能優(yōu)異，合金400、合金600、合金C-276等也有很好的抗堿脆能力，但是在高濃度的高溫堿液中，也有開裂敏感性。

圖3 NaOH溶液中300系列不銹鋼的腐蝕

材料等級越高耐堿脆性能越好，這主要?dú)w功于材料鎳含量的增加，而銀在堿液中的耐蝕性比鎳更好。材料耐堿脆性能排序?yàn)殂y>純鎳>鎳合金>超級奧氏體不銹鋼>雙相鋼>300系列不銹鋼>碳鋼，在選用的時(shí)候要充分評估實(shí)際的合金成分、堿液濃度、堿液溫度以及應(yīng)力水平[8]。

2.1.2 胺應(yīng)力腐蝕開裂

腐蝕程度輕微可對碳鋼設(shè)備或管道進(jìn)行焊后熱處理，降低應(yīng)力水平。當(dāng)碳鋼腐蝕時(shí)應(yīng)進(jìn)行材質(zhì)升級，設(shè)備和管線可整體采用300系列不銹鋼，或采用不銹鋼復(fù)合板。當(dāng)腐蝕嚴(yán)重時(shí)，可選用合金825或合金625等更高等級的鎳合金。

2.1.3 堿式酸性水(NH4HS)腐蝕

選材以碳鋼為主，輔以焊后熱處理，同時(shí)建議控制NH4HS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<4%,流速<1.5 m/s。管道采用抗?jié)窳蚧瘹鋵Ｓ霉芫€ANTI-H2S，腐蝕裕量增大至6 mm。根據(jù)工程公司多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，加氫反應(yīng)流出物系統(tǒng)的選材推薦采用表1的方案。

表1 加氫反應(yīng)流出物系統(tǒng)設(shè)備選材方案

2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 換熱器管板與換熱管連接部位

換熱器管板與換熱管連接的部位需要經(jīng)歷焊接、脹接等操作，存在安裝和焊接殘余應(yīng)力，再加上換熱管與管板間存在一定的縫隙，易引起堿液的儲(chǔ)存和濃縮，形成高濃度、高應(yīng)力的液堿腐蝕環(huán)境。為了避免局部發(fā)生堿液應(yīng)力腐蝕，應(yīng)對管接頭的結(jié)構(gòu)、應(yīng)力消除做出合理的設(shè)計(jì)及規(guī)定。

從換熱管與管板的連接方式看，推薦把傳統(tǒng)的焊接+貼脹或焊接+強(qiáng)度脹的結(jié)構(gòu)改為強(qiáng)度焊+開槽脹(圖4)。這種結(jié)構(gòu)保證了管接頭的牢固性，同時(shí)由于管板開槽程度淺、數(shù)量少，應(yīng)力集中較小。換熱管和管板貼合性較好，減少了縫隙空間，避免堿液的存儲(chǔ)與濃縮。同時(shí)，換熱管在穿過管板時(shí)表面易發(fā)生拉毛的現(xiàn)象，引起表面質(zhì)量下降，成為堿液應(yīng)力腐蝕的薄弱點(diǎn)。為了避免這個(gè)問題，管板兩端需進(jìn)行1 mm×45°倒角處理，預(yù)留更大的裝配空間。該結(jié)構(gòu)已在部分裝置中使用，效果良好。

圖4 管板強(qiáng)度焊+開槽脹示意

從熱處理方式來看，傳統(tǒng)管接頭的局部熱處理主要是在管板表面貼片對焊縫進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。一方面，管板表面焊肉凸起，表面平整度不夠，貼片效果欠佳，熱電偶所示溫度準(zhǔn)確性降低，實(shí)際的熱處理溫度往往比設(shè)計(jì)要求值低幾十?dāng)z氏度，無法保證熱處理效果，導(dǎo)致在實(shí)際使用時(shí)硬度不達(dá)標(biāo)而出現(xiàn)開裂;另一方面，局部熱處理只能消除部分管板表面焊接接頭的應(yīng)力，無法消除脹接部分產(chǎn)生的安裝應(yīng)力。應(yīng)采取能把整個(gè)管板和一定換熱管長度包覆的整體熱處理裝置(見圖5)，通過一次性熱處理把焊接和脹接的殘余應(yīng)力消除，保證熱處理的溫度和消應(yīng)力效果。

圖5 管接頭熱處理裝置示意

2.2.2 其 他

對存在堿液應(yīng)力腐蝕環(huán)境的設(shè)備，設(shè)計(jì)上應(yīng)提出有針對性的技術(shù)要求:所有受壓元件焊接接頭必須采用全截面焊透形式，且為連續(xù)焊，焊縫與母材圓滑過渡，焊縫表面不得有咬邊；管口應(yīng)避開設(shè)備焊縫，接管與筒體的焊縫應(yīng)凹形圓滑過渡，接管端面內(nèi)緣打磨圓角半徑不小于4 mm；服役于應(yīng)力腐蝕開裂環(huán)境的碳鋼和低合金鋼設(shè)備需要焊后熱處理時(shí)，避免使用螺紋連接；U形管在U彎后產(chǎn)生殘余應(yīng)力，不銹鋼管必須進(jìn)行固溶處理或穩(wěn)定化熱處理(含Ti和Nb的不銹鋼)，碳鋼和低合金鋼管必須進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理；焊后熱處理后若進(jìn)行焊接返修，應(yīng)對返修部位重新進(jìn)行熱處理；對于碳鋼和低合金鋼，熱處理后焊接接頭(包括焊縫、熱影響區(qū)及母材)的硬度應(yīng)≤200 HBW等。

2.3 熱處理

熱處理主要分為焊前預(yù)熱和焊后熱處理。碳鋼設(shè)備和管線焊前預(yù)熱，可以消除本身存在的內(nèi)應(yīng)力。焊后熱處理是消除碳鋼設(shè)備焊接、組裝等工序引起的殘余應(yīng)力的有效手段，可以降低焊縫中的高應(yīng)力水平。服役于堿液環(huán)境的所有碳鋼設(shè)備和焊接接頭(包括補(bǔ)焊、內(nèi)外部附件焊接接頭)，推薦的最低焊后熱處理溫度為(610±10)℃。

2.4 操作優(yōu)化

為了保證裝置維持在一定的操作溫度，往往需要加伴熱裝置。一些煉廠冬季較寒冷，為了防止碳鋼堿液儲(chǔ)罐中堿液凍結(jié)，需要在儲(chǔ)罐內(nèi)部增加伴熱管。內(nèi)伴熱盤管必須全部浸沒在堿液中，工藝操作要時(shí)刻注意液位控制，且盡量不要選擇蒸汽伴熱。一旦出現(xiàn)干燒，就會(huì)導(dǎo)致堿液濃縮、局部溫度升高，伴熱管發(fā)生堿脆而開裂。為了預(yù)防這一情況可以將伴熱管材質(zhì)升級為不銹鋼或更高等級的材料，以抵御可能出現(xiàn)的干燒風(fēng)險(xiǎn)。

對在堿液服役環(huán)境中需要停工蒸汽吹掃的設(shè)備和管線，如果沒有經(jīng)過焊接熱處理，蒸汽吹掃前需進(jìn)行水洗，保證NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1%；或者只經(jīng)過短時(shí)間低壓蒸汽吹掃，避免蒸汽對碳鋼的氧腐蝕[4]96。在經(jīng)受一些較高溫度操作(焊接、熱處理)前，也要注意對沒有經(jīng)過焊后熱處理的碳鋼設(shè)備和管道進(jìn)行全面水洗。

3 典型腐蝕案例

3.1 廢堿氧化裝置

圖6是濕式空氣氧化法(WAO)廢堿處理工藝材料選擇流程示意。WAO工藝流程涵蓋洗油預(yù)處理、濕式空氣氧化、酸中和等步驟，廢堿全程參與，任意環(huán)節(jié)都可能存在堿腐蝕，尤其是溫度高的部位。該裝置主要依據(jù)API 571和NACE SP0403進(jìn)行選材，其中對堿液腐蝕較為敏感的區(qū)域?yàn)橐?液萃取塔塔底至WAO廢堿液閃蒸罐的設(shè)備和管線。此段管線操作溫度較高(100～250 ℃)，易發(fā)生堿應(yīng)力腐蝕開裂，推薦選用不銹鋼或者鎳合金材料。脫油廢堿進(jìn)料加熱器為套管式換熱器，殼程介質(zhì)為蒸汽，管程介質(zhì)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%的堿溶液。管程溫度較高且為彎管結(jié)構(gòu)，拆卸復(fù)雜，為避免因各種原因造成壁溫升高引起堿脆，推薦采用合金400或合金600[3]251。

3.2 制氫裝置中變氣蒸汽發(fā)生器

制氫裝置中變氣蒸汽發(fā)生器多采用U形管換熱器，殼程材質(zhì)為碳鋼，在一些現(xiàn)場出現(xiàn)換熱器殼體破裂的情況。設(shè)備操作溫度220 ℃(殼程)/410 ℃(管程)，介質(zhì)為除氧水、蒸汽(殼程)/含CO和CO2及H2的中變氣(管程)。設(shè)備裂紋主要出現(xiàn)在換熱器殼體與殼體法蘭連接的上部環(huán)焊縫上，裂紋附近設(shè)備硬度超標(biāo)，同時(shí)靠近殼程側(cè)管板和管束部位有大量垢物。經(jīng)分析，為了防止雜質(zhì)對鍋爐產(chǎn)生腐蝕和結(jié)垢，鍋爐除氧水中會(huì)增加一定量的Na3PO4·12H2O，在水處理時(shí)沉淀析出Na2.85H0.15PO4，同時(shí)產(chǎn)生游離的NaOH。裂紋上部管板附近蒸汽溫度可達(dá)200 ℃以上，介質(zhì)流動(dòng)性差，局部區(qū)域NaOH濃縮(質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%)，加上殼體與殼體法蘭連接的焊縫存在較大的焊接應(yīng)力，硬度超標(biāo)，如果未經(jīng)焊后熱處理，碳鋼設(shè)備易產(chǎn)生堿應(yīng)力腐蝕開裂[9]。

3.3 延遲焦化裝置堿液罐

某北方公司延遲焦化裝置堿液儲(chǔ)罐在運(yùn)行2個(gè)月后便發(fā)現(xiàn)伴熱管線穿罐壁處角焊縫開裂泄漏、設(shè)備殼體多處縱焊縫和環(huán)焊縫開裂(見圖7)。堿液儲(chǔ)罐材質(zhì)Q235B，儲(chǔ)存10%～30%的堿液，操作溫度40 ℃。北方冬季環(huán)境溫度低，儲(chǔ)罐內(nèi)部加設(shè)了碳鋼伴熱盤管，200 ℃高溫蒸汽作為熱源，以維持堿液溫度不低于凝點(diǎn)。經(jīng)分析，儲(chǔ)罐焊接、制造、組裝時(shí)存在各種類型的混合內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)蒸汽伴熱管線導(dǎo)致內(nèi)部堿液局部超溫。碳鋼在高濃度、高溫、殘余應(yīng)力的組合條件下發(fā)生了堿應(yīng)力腐蝕開裂。如果將伴熱熱源由高溫蒸汽改為熱水，可以大大降低超溫的風(fēng)險(xiǎn)[10]。

圖7 儲(chǔ)罐環(huán)焊縫腐蝕開裂

3.4 脫硫單元富胺液/貧胺液設(shè)備和管線

某天然氣凈化廠脫硫單元的脫硫塔底部富胺液管線、貧富胺液換熱器、溶劑再生塔入口管線和塔底貧胺液管線、脫硫塔頂部入口管線發(fā)生了胺應(yīng)力腐蝕開裂。此部分主要用貧胺液在脫硫塔吸收介質(zhì)中的H2S變成富胺液，再在溶劑再生塔中將富胺液轉(zhuǎn)換成貧胺液，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用,因此，脫硫單元低溫部分的碳鋼設(shè)備極易出現(xiàn)減薄和胺應(yīng)力腐蝕開裂。應(yīng)控制胺液濃度和再生溫度，控制胺液在管道內(nèi)的流速≤1.5 m/s，在換熱器管束中的流速≤0.9 m/s，富胺液進(jìn)再生塔流速≤1.2 m/s[11]。

某煉化企業(yè)加氫裂化裝置循環(huán)氫脫硫單元貧胺液空冷器的入口總管至兩路支路的彎頭出現(xiàn)砂眼泄漏，另一路支管焊縫滲漏(圖8)。胺液空冷器入口操作壓力0.7 MPa，操作溫度70～80 ℃，管道材質(zhì)20號鋼，管道內(nèi)介質(zhì)為貧胺液，腐蝕泄漏原因是碳鋼管線焊縫及熱影響區(qū)發(fā)生胺應(yīng)力腐蝕開裂[3]61。

圖8 貧胺液空冷器入口管道泄漏部位

3.5 加氫反應(yīng)流出物系統(tǒng)堿式酸性水腐蝕

某煉化企業(yè)重油加氫裝置反應(yīng)流出物系統(tǒng)高壓空冷器入口管線的三通[3]31、高流速彎頭[7]44處發(fā)生腐蝕，見圖9。經(jīng)分析，加氫反應(yīng)流出物中少量NH3和H2S結(jié)合生成NH4HS，在低于 121 ℃ 結(jié)晶。運(yùn)行時(shí)在高壓空冷前用注水去除銨鹽，但NH4HS溶解在水中形成高濃度水溶液，對設(shè)備和管道(尤其是三通、彎頭)產(chǎn)生嚴(yán)重的沖刷腐蝕。在焊縫未熔合和未焊透等不連續(xù)區(qū)域、介質(zhì)富集微區(qū)等腐蝕傾向也會(huì)大大增加。應(yīng)嚴(yán)格控制原料中的N和S含量,加強(qiáng)高壓空冷的注水量管理,控制溶液中NH4HS質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤4%,控制反應(yīng)流出物流速≤6 m/s。在腐蝕速率過大時(shí)，建議更換為合金825等高等級材質(zhì)。

圖9 反應(yīng)流出物系統(tǒng)三通和彎頭腐蝕

4 結(jié) 語

煉化裝置堿性介質(zhì)環(huán)境設(shè)備失效案例很常見，基本都發(fā)生在碳鋼材質(zhì)上，同時(shí)介質(zhì)溫度、含量、流速以及局部應(yīng)力等均達(dá)到了應(yīng)力腐蝕開裂的臨界點(diǎn)。因此，煉化裝置在初始設(shè)計(jì)時(shí)就要充分考慮到該問題，從設(shè)備選型、材料選擇上就要高度重視，從源頭上盡可能避免堿性環(huán)境下的失效;同時(shí)，設(shè)備制造和現(xiàn)場操作也要同步跟進(jìn)，避免未按要求焊后熱處理、局部超溫、過度濃縮、流速不符合設(shè)計(jì)要求等問題發(fā)生。只有多管齊下，才能最大程度地防止堿性介質(zhì)環(huán)境下設(shè)備的失效。