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摘要：裝置停工期間的腐蝕檢查是企業(yè)掌握設備腐蝕狀況、加強腐蝕管理的一項重要工作，為企業(yè)制定下一運行周期的監(jiān)控措施提供重要依據(jù)。通過對某煉化企業(yè)20 kt/a硫黃回收聯(lián)合裝置停工期間的腐蝕檢查，掌握裝置的整體腐蝕狀況，并針對濕H₂S腐蝕、酸性水沖刷腐蝕、保溫層下腐蝕、涂層失效及耐火襯里破損等典型問題進行腐蝕成因分析，進而提出了相應的腐蝕減緩措施及改進建議。

關鍵詞：硫黃回收裝置；腐蝕檢查；腐蝕分析；停工檢查；防腐蝕措施

某煉化企業(yè)20 kt/a硫黃回收裝置由干氣/液化石油氣脫硫、胺再生、酸性水汽提和硫黃回收等單元組成，大檢修期間對裝置中塔器、容器、換熱器、反應器、焚燒爐及重點管道進行了腐蝕檢查，各類設備和管道共計133個，發(fā)現(xiàn)問題43個。采用目視檢查、超聲波測厚、硬度測定及腐蝕垢物分析等方法進行現(xiàn)場檢查和腐蝕分析，及時全面地掌握裝置中設備和管道的腐蝕狀況，找出重點腐蝕部位，分析腐蝕原因并提出防護措施，為企業(yè)加強設備管理和腐蝕研究提供借鑒^[1-2]。進而保障裝置的長周期安全穩(wěn)定運行^[3-4]。

1 干氣/液化石油氣脫硫單元

干氣/液化石油氣脫硫單元腐蝕類型主要包括酸性氣腐蝕、胺液腐蝕和脫硫醇設備管道的堿腐蝕。該單元共檢查各類設備和管道38個，其中干氣脫硫塔內(nèi)壁局部出現(xiàn)氫鼓包，液化石油氣脫硫吸附塔下部塔壁保溫層下腐蝕較為嚴重，少數(shù)管道的彎頭部位存在局部減薄，其他設備及管道腐蝕輕微。

1.1 主要腐蝕問題

腐蝕檢查過程中發(fā)現(xiàn)，干氣脫硫塔T5202塔體材質(zhì)為20R，運行溫度為40℃，T5202自底部人孔上方5m處向上的塔壁表面附著一層堅硬的褐色垢物，多處出現(xiàn)鼓包，直徑為1～5mm，清除垢物后塔壁呈現(xiàn)較淺的蝕坑，其直徑尺寸及面積與鼓包相當。對塔壁嚴重鼓包區(qū)域進行打磨后，未發(fā)現(xiàn)有裂紋。塔壁底部表面除去黑色垢物后，未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕。干氣脫硫塔T5202內(nèi)壁宏觀形貌如圖1所示。

液化石油氣脫硫吸附塔T5304頂部外壁去除保溫層后，表面涂層光滑、完整，未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕。塔中部外壁去除保溫層后，表面有紅褐色垢物，腐蝕輕微。塔底部外壁去除保溫層后，表面附著較厚的多層疏松紅褐色垢物，打磨后表面有蝕坑，腐蝕嚴重，如圖2所示。

1.2 腐蝕原因分析

干氣中含有一定濃度的硫化氫，干氣入口處的硫化氫濃度較高，碳鋼在濕硫化氫環(huán)境下發(fā)生電化學腐蝕，表面產(chǎn)生的氫原子擴散到內(nèi)部，在不連續(xù)處(夾雜物或分層處)聚集，氫原子合并成氫分子，而氫分子太大又無法從碳鋼中擴散出去，氫分子聚集到一定的壓力后產(chǎn)生局部形變，進而形成鼓包或開裂^[5-6]。氫鼓包的產(chǎn)生受硫化氫濃度、溫度、pH值及材料本身特性等多種因素的影響。在鋼材內(nèi)部氫分壓的作用下，相鄰開裂之間相互連接形成階梯狀的氫致裂紋^[7]。此外，碳鋼在濕硫化氫環(huán)境中的損傷類型還包括硫化物應力腐蝕開裂和應力導向氫致開裂。

圖1 干氣脫硫塔T5202內(nèi)壁宏觀形貌

圖2 液化石油氣脫硫塔去除保溫層外壁形貌

T5304底部外壁發(fā)生的保溫層下腐蝕是由于含鹽的水分滯留于保溫層結構中，并導致保溫層下金屬發(fā)生電化學腐蝕的過程。由于保溫層下腐蝕未引起足夠重視，T5304保溫層結構破損后未及時修復,在日常的消防演練過程中，未采取有效的防護措施，導致噴淋的水進入保溫層下，而塔內(nèi)溫度僅為40 ℃，滯留的水分難以蒸發(fā)，從而導致保溫層下形成電化學腐蝕環(huán)境，加劇腐蝕。通常情況下，碳鋼保溫層下腐蝕的影響因素主要包括溫度、水分、鹽類及保溫材料類型等^[8]。

1.3 防護措施

對T5202塔壁鼓包嚴重部位加強腐蝕監(jiān)測，防止產(chǎn)生氫致裂紋而導致泄漏。另外，應嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，避免因裝置波動導致硫化氫含量和溫度的變化。在設備選材和制造過程中應降低碳鋼中的Mn，S，P等雜質(zhì)的含量，提高材料抗?jié)窳蚧瘹涓g的性能，焊接過程中應合理實施焊后熱處理工藝，保證焊縫區(qū)域的硬度不高于200HB。為避免發(fā)生保溫層下腐蝕，建議加強對保溫層結構日常巡檢，發(fā)現(xiàn)破損及時修復，在消防演練前對可能受到噴淋的設備和管道進行有效地防護，防止水分的進入。另外，應謹慎選擇保溫材料，盡量選擇不易滯留水分且氯含量較低的保溫材料。針對發(fā)生保溫層下腐蝕部位進行打磨除銹等表面處理，涂刷高質(zhì)量的防腐涂層，進而實現(xiàn)對塔壁外表面的長期保護。

2 胺再生單元

胺再生單元的腐蝕類型主要包括再生塔頂冷凝系統(tǒng)的CO₂-H₂S-H₂O腐蝕，再生塔、富液管線、再生塔底重沸器等部位的高溫富胺液(乙醇胺-CO₂-H₂S-H₂O)腐蝕，其中胺液中的污染物(如胺降解有機酸、熱穩(wěn)定性鹽及氧氣等)起到加劇腐蝕的作用。該單元檢查各類設備和管道共計33個，其中再生塔T5601選材等級較高，未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕，容器和換熱器整體腐蝕較輕，少數(shù)換熱器和管道發(fā)生減薄。

2.1 主要腐蝕問題

腐蝕檢查過程中發(fā)現(xiàn)，酸性氣分液罐V5602內(nèi)壁整體腐蝕較輕，但是罐內(nèi)的90°彎頭進料管沖刷腐蝕嚴重，管道底部(外彎)80%面積缺失，內(nèi)彎腐蝕相對較輕，封頭處的擋沖貼板未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕減薄，如圖3所示。

    圖3 V5602入口進料管沖刷腐蝕形貌

2.2 腐蝕原因分析

V5602進料主要為含H₂S的酸性水，進料管外彎側主要為酸性水沖刷腐蝕。碳鋼受到電化學腐蝕和機械沖刷的共同作用形成酸性水沖刷腐蝕，其影響因素主要包括H₂S濃度、pH值、雜質(zhì)和流速等。通常情況下，隨著H₂S濃度的升高和酸性水pH值的降低，腐蝕速率增大，高流速的沖刷使硫化亞鐵保護膜被破壞。酸性水沖刷腐蝕存在一個臨界流速，當?shù)陀谠撝禃r，主要發(fā)生金屬的電化學腐蝕，腐蝕相對較輕;而當流速高于該值時，金屬受沖刷腐蝕和電化學腐蝕共同作用，腐蝕相對嚴重^[9-10]。

2.3 防護措施

及時對罐內(nèi)的進料管進行更換，防止腐蝕嚴重管道發(fā)生局部腐蝕脫落至罐底部，導致罐底部出口堵塞?？刂圃偕斔嵝运到y(tǒng)的碳鋼管線流速不超過5 m/s，如果更換為奧氏體不銹鋼管線，則流速不超過15m/s。

3 酸性水汽提單元

酸性水汽提單元主要腐蝕類型包括汽提塔頂酸性氣系統(tǒng)的濕硫化氫腐蝕、酸性水進料系統(tǒng)、汽提塔頂和回流系統(tǒng)的硫氫化銨腐蝕以及上述部位可能存在的沖刷腐蝕。該單元檢查各類設備和管道共計32個，其中汽提塔T5401材質(zhì)等級較高，未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕，少數(shù)容器和換熱器內(nèi)壁有微小點蝕坑，兩臺原料水罐V5402A/B內(nèi)壁涂層多處出現(xiàn)鼓包、開裂，其他設備和管道整體腐蝕較輕。

3.1 主要腐蝕問題

原料水罐V5402A罐底內(nèi)防腐涂層部分區(qū)域起泡、開裂嚴重，局部發(fā)生脫落；V5402B罐壁表面2m高以下附著黑色垢物，去除垢物后涂層表面大面積起泡，局部發(fā)生開裂、剝落。罐底涂層起泡嚴重，起泡直徑1～5mm，部分直徑超過30mm，罐底四周區(qū)域涂層開裂剝落嚴重，如圖4所示。

    圖4 V5402A/B內(nèi)壁涂層宏觀形貌

3.2 腐蝕原因分析

通常情況下，涂層表面起泡主要與鋼材表面的清潔度有關。受到腐蝕的鋼材表面，因為有鹽分和氧化物，極易導致點蝕和起泡。腐蝕氣體會穿過涂層并與底材表面發(fā)生反應，而后產(chǎn)生的壓力使涂層拱起。電焊時留下的焊煙也會造成這種情況^[11]。

3.3 防護措施

鑒于V5402B涂層表面起泡較為嚴重，且局部開裂脫落，建議及時對罐內(nèi)涂層進行修復，避免發(fā)生腐蝕。施工過程中應嚴格控制施工環(huán)境，并滿足P Sa2.5或P St3的表面處理等級要求，若表面處理不達標易引起涂層的起泡和開裂等問題。

4 硫黃回收單元

硫黃回收單元的腐蝕主要有高溫硫腐蝕和低溫電化學腐蝕，該單元檢查各類設備和管道共計27個，其中急冷塔材質(zhì)等級較高，未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕，尾氣吸收塔底部塔壁表面有密集蝕坑，坑深較淺；部分容器和換熱器內(nèi)壁有微小蝕坑，且少數(shù)管道外彎處存在減薄，整體腐蝕較輕。

4.1 主要腐蝕問題

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)多處耐火層襯里出現(xiàn)開裂或剝落，其中廢熱鍋爐E5501內(nèi)壁部分耐火層粉化、開裂，二級反應器R5502內(nèi)壁耐火層脫落，尾氣焚燒爐F5502內(nèi)壁耐火層局部開裂、脫落，封頭處耐火磚破損嚴重，如圖5所示。

4.2 腐蝕原因分析

通常反應器、焚燒爐負荷的變化、溫度分布不均勻等均會導致其耐火襯里的失效，影響其使用壽命。反應器和尾氣焚燒爐內(nèi)壁的耐火層開裂或破損后，其中H₂S，S,SO₂，CO₂，O₂及H₂O等介質(zhì)會通過縫隙進入耐火層下與鋼材接觸，由于鋼材表面溫度相對較低，可能導致水蒸氣冷凝形成電化學腐蝕環(huán)境，其中H2S與金屬反應生成FeS，F(xiàn)eS膜致密，因而腐蝕較輕；但SO₂與O₂，H₂O反應生成H₂SO₄，形成硫酸露點腐蝕，從而造成設備的嚴重腐蝕^[12-13]。

  圖5 耐火襯里開裂及破損形貌

4.3 防護措施

為避免耐火襯里被損壞，應保證內(nèi)部溫度場和流場的均勻分布，避免局部溫度過高或溫度變化太大。通常情況下，裝置的開停工越頻繁，反應器、焚燒爐內(nèi)壁的耐火襯里受到的熱沖擊頻次越多，發(fā)生失效破損的可能性也越大。另外，應控制反應器的外壁溫度大于150℃，避免發(fā)生露點腐蝕。

5 結論與建議

硫黃回收聯(lián)合裝置低溫部位腐蝕問題較為突出，主要表現(xiàn)為酸性水腐蝕和濕硫化氫腐蝕，目前該硫黃回收聯(lián)合裝置工藝防腐蝕措施較少，重點腐蝕部位以材質(zhì)升級和更換為主，因此應加強裝置運行過程中的腐蝕監(jiān)控。另外，保溫層下腐蝕、防腐涂層失效，以及耐火襯里損壞等問題也應引起足夠的重視，發(fā)現(xiàn)問題及時解決，防止發(fā)生泄漏。

此外，應監(jiān)控裝置下一運行周期的操作參數(shù)，確保其連續(xù)平穩(wěn)操作，防止出現(xiàn)較大的波動。加強對胺液、急冷水的pH值、胺液中熱穩(wěn)定性鹽含量的檢測?？刂聘话芬?、酸性水等管道的介質(zhì)流速，減少沖刷腐蝕。