溶劑再生系統(tǒng)非金屬襯里管線的腐蝕分析

吳艷萍，劉 強，尚 偉

（1.中國石油蘭州石化公司，甘肅蘭州 730060；2.上海巴斯夫聚氨酯有限公司，上海 201400）

0 引言

某氣體精制裝置采用胺洗法脫硫、梅洛克斯法脫硫醇工藝，由干氣液態(tài)烴脫硫、液態(tài)烴脫硫醇及溶劑再生3 個部分組成，可處理液態(tài)烴30 萬噸/年、干氣10 萬噸/年。該裝置溶劑再生系統(tǒng)再生塔塔底重沸器殼程介質胺液自再生塔塔底抽出，經(jīng)與低壓飽和蒸汽換熱后返回再生塔。

胺液自重沸器至再生塔管線原設計采用碳鋼管線，由于碳鋼耐胺腐蝕能力差，2016 年改為內襯聚四氟乙烯的非金屬襯里管線，2022 年檢修發(fā)現(xiàn)該管線襯里破損嚴重，胺液在襯里與碳鋼管壁間隙內聚集，導致管線腐蝕嚴重。

1 非金屬襯里管線腐蝕形貌分析

1.1 管線投入使用情況

該非金屬襯里管線自2016 年10 月投入使用，管徑DN350，非金屬襯里材料為聚四氟乙烯，其工藝介質為胺液，介質自重沸器流向再生器，操作壓力為0.23 MPa，操作溫度125 ℃。

1.2 管線腐蝕情況

2022 年9 月，對管線進行脈沖渦流掃查，發(fā)現(xiàn)該管線多處部位嚴重減?。▓D1）。其中，壁厚減薄小于20%，屬于輕微腐蝕減??；壁厚減薄20%～40%的，屬于中度腐蝕減?。槐诤駵p薄大于40%的，屬于嚴重腐蝕減薄。

圖1 管線腐蝕部位檢測示意

5#～9#檢測點的脈沖渦流掃查圖譜如圖2～圖6 所示。

圖2 5#測點脈沖渦流掃查圖譜

圖3 6#測點脈沖渦流掃查圖譜

圖4 7#測點脈沖渦流掃查圖譜

圖5 8#測點脈沖渦流掃查圖譜

圖6 9#測點脈沖渦流掃查圖譜

1.3 管線襯里破損情況

2022 年10 月裝置停工處理，發(fā)現(xiàn)該管線內部非金屬襯里鼓包、撕裂、破損嚴重，且襯里破損卷邊后表現(xiàn)出明顯的方向性，方向與管線內工藝介質流向一致（圖7）。

2 腐蝕機理

2.1 胺腐蝕

溶解在胺液內的酸性氣體（二氧化碳CO2和硫化氫H2S）、胺降解產(chǎn)物、熱穩(wěn)定胺鹽（HSAS）和其他雜質，會引起碳鋼和低合金鋼材料均勻或局部腐蝕[1]。再生塔胺液中的H2S 和CO2不能完全被脫除，在有水存在的條件下胺液顯堿性、產(chǎn)生胺液腐蝕。遭受胺腐蝕時，碳鋼和低合金鋼可表現(xiàn)為均勻減薄或局部減薄及沉積物垢下腐蝕，這種腐蝕會隨著胺液中CO2含量的增加而加劇。

2.2 SO2-CO2-H2S 腐蝕

碳鋼或低合金鋼與水溶液中亞硫酸和碳酸接觸，在較低pH 值環(huán)境下會發(fā)生的均勻或局部腐蝕[2]。通常表現(xiàn)為均勻和局部腐蝕，在流速流態(tài)嚴重部位易遭受局部蝕坑或點蝕。

2.3 沖刷腐蝕

高速度的腐蝕流體，即腐蝕流體與高速度的結合對材料造成的損傷稱為沖刷腐蝕[3]。沖刷可以在很短的時間內造成材料局部嚴重損失，且具有一定的方向性[4]。

2.4 襯里鼓包失穩(wěn)

非金屬襯里復合管受實際環(huán)境的復雜性及襯管內流體工況不穩(wěn)定性的影響，導致管道介質溫度不斷波動變化，外加基—襯材料熱膨脹系數(shù)的差異性，就會導致材料變形不協(xié)調[5]?；r部分因制管工藝，難以避免使基—襯之間存在少量水或空氣[6]，同時襯里層都有一定的滲透性[7]，在操作溫度升高時會導致襯管出現(xiàn)鼓包問題。

3 腐蝕原因分析

在裝置開停工過程中，管道內操作溫度和壓力在短時間內發(fā)生明顯變化，由于非金屬襯里與基層金屬熱膨脹系數(shù)不同，導致材料變形不協(xié)調，非金屬襯里層較薄、剛度較小，因此在外界載荷作用下很容易產(chǎn)生鼓包失穩(wěn)現(xiàn)象。非金屬襯里管道因制造工藝的影響，無法完全避免水汽和空氣存在于襯里與基層貼合面間隙，同時襯里層有一定的滲透性，在操作溫度升高時襯里與基層間隙內的水汽、空氣及滲透進來的工藝介質膨脹，也會導致非金屬襯管出現(xiàn)鼓包失穩(wěn)現(xiàn)象。

在非金屬襯管長期投用過程中，襯里鼓包失穩(wěn)及操作溫度、壓力的動態(tài)波動，將導致鼓包部位產(chǎn)生應力疲勞，從而大大降低襯里材料的疲勞壽命[8]。同時，襯里鼓包導致管道內工藝介質流通面積減小，介質流速增加，在工藝介質的長期沖刷與襯里疲勞載荷的雙重作用下，襯里材料發(fā)生撕裂現(xiàn)象，并表現(xiàn)出與工藝介質一致的方向性。

襯里材料破裂以后，襯里與基層金屬之間形成部分死區(qū)，導致胺液聚集，胺液內含有的酸性氣體（H2S、CO2）、胺降解產(chǎn)物、熱穩(wěn)定胺鹽等與基層碳鋼管線直接接觸，產(chǎn)生胺腐蝕，同時胺液中含有的H2S、SO2、CO2形成胺-SO2-CO2-H2S 腐蝕環(huán)境，使碳鋼管線發(fā)生胺-SO2-CO2-H2S 腐蝕。

由上述分析可知，非金屬襯里鼓包失穩(wěn)與工藝介質沖刷的雙重作用是襯里撕裂、破損的主要原因，襯里破裂后，工藝介質形成的胺-SO2-CO2-H2S 腐蝕環(huán)境導致基層碳鋼管線嚴重腐蝕減薄。

4 總結

本裝置使用的非金屬襯里管道在過去6 年中表現(xiàn)出了良好的耐腐蝕性能，使管線更換周期從2 年延長至6 年，但襯里失穩(wěn)問題成為制約非金屬襯里管道長周期運行的主要因素。因此優(yōu)化非金屬襯里管道制造工藝，提高襯里與基層貼合度，減少貼合空隙內水汽與空氣，同時穩(wěn)定裝置操作，減少非計劃停工次數(shù)，避免管線操作溫度與壓力波動，也是提高非金屬襯里管道使用壽命的有效手段。