李鵬飛 楊劍生 林有鮮

(柳州化工股份有限公司，廣西柳州，545002)

腐蝕與控制

淺談激冷氣壓縮機進口管線泄漏原因分析與對策

李鵬飛 楊劍生 林有鮮

(柳州化工股份有限公司，廣西柳州，545002)

簡要地描述了激冷氣壓縮機進口管線腐蝕泄漏問題，并初步分析管線腐蝕主要原因;同時提出了減緩管線腐蝕的相關(guān)改進措施與對策。

壓縮機 進口管線 腐蝕 對策

1 概述

柳化殼牌煤氣化裝置于2007年1月竣工投產(chǎn)，并一次點火成功，隨后在100小時內(nèi)打通整個合成氨系統(tǒng)生產(chǎn)流程，該項目在國內(nèi)是第一批采用國際先進的殼牌粉煤加壓制氣技術(shù)(SCGP)用于合成氨生產(chǎn)。該技術(shù)主要特點：煤種適應(yīng)范圍較廣，原煤利用率高，碳轉(zhuǎn)化率達99%，冷煤氣效率達80%以上，環(huán)境污染小。

激冷氣壓縮機組作為殼牌煤氣化裝置核心設(shè)備之一，其安全運行與否是整個殼牌煤氣化系統(tǒng)平穩(wěn)運行的基礎(chǔ)。因此對激冷氣壓縮機進口管線腐蝕泄漏實際問題進行初步分析并提出相關(guān)優(yōu)化措施，目的是能在同行業(yè)中借鑒共勉。

2 工藝流程介紹

激冷氣系統(tǒng)工藝流程簡圖如圖1。

圖1 工藝流程簡圖

經(jīng)1500單元脫除飛灰和1600單元水洗后的兩股合成氣混合，溫度約為200℃，經(jīng)前置過濾器過濾干凈后送至激冷氣壓縮機組加壓，再送至氣化爐激冷口與氣化爐產(chǎn)生的高溫合成氣(1500℃)混合，把高溫合成氣溫度降至900℃左右，同時使合成氣中的液體灰、渣變?yōu)楣虘B(tài)以避免后序設(shè)備結(jié)垢。

3 事故經(jīng)過及處理過程

2015年5月29日早上8點左右，在現(xiàn)場崗位人員例行巡檢過程中發(fā)現(xiàn)激冷氣壓縮機進口管線三通處有泄漏情況(見圖1中虛線部分)，立即向中控室匯報。當拆開保溫后，發(fā)現(xiàn)管件三通上有個大約2*5mm的漏點，有大量的合成氣泄漏。于是第一時間匯報分廠領(lǐng)導后立即減負荷，降系統(tǒng)壓力處理。后在上級領(lǐng)導綜合分析后作出指示：系統(tǒng)做整體停車處理漏點。

在系統(tǒng)置換處理合格后，首先把整個管件三通割除，割下來后發(fā)現(xiàn)三通交界處附近腐蝕非常嚴重，兩邊都有一道將近300mm長的凹坑(見圖2-3)，有一邊已腐蝕泄漏，另一邊最薄處僅有2mm左右，而該三通原設(shè)計厚度有19mm。隨后又對三通往后至壓縮機進口閥之間的直管、彎頭進行測厚，發(fā)現(xiàn)都有不同程度的腐蝕變薄情況，最厚的有12mm，最薄的僅有5mm左右。于是計劃全部更換。后來在8月8日系統(tǒng)計劃停車大修時，又對該三通及以下直管段測厚，發(fā)現(xiàn)管線腐蝕情況環(huán)是非常嚴重，三通處最薄的位置只有7-8mm，對此又更換該三通及后直管一節(jié)約1.5米。

圖2 典型腐蝕凹坑1

圖3 典型腐蝕凹坑2

4 原因分析

4.1 酸性物質(zhì)腐蝕

因激冷氣壓縮機進口介質(zhì)為1500灰脫除單元和1600濕洗單元過來的混合氣體，其中含有酸性氣體主要有H2S、HCl、CO2等(見表1)。原設(shè)計時激冷氣壓縮機進口三通及以下管線材質(zhì)都為20#碳鋼，這些物質(zhì)對管線材質(zhì)有不同程度的腐蝕作用，在2014年至2015年5月期間，從合成氣及其1600洗滌水取樣分析結(jié)果來看， H2S含量超過原設(shè)計值2倍之多，Cl-含量最高達1435mg/L(后分析主要為原料煤質(zhì)問題)。從硫離子和氯離子的電化學反應(yīng)機理及氫去極化腐蝕機理可以知道[1-3]，在飽和水蒸氣(主要由1600濕洗單元帶至)的壞境中，H2S、HCl很容易分離出氫離子、硫離子和氯離子，進而在碳鋼內(nèi)壁發(fā)生反應(yīng)，破壞鈍化層。因三通處為兩股氣體的混合喘流區(qū)域，因局部混合不好，溫度降低，氣體水分、酸性氣體濃度最高，因此腐蝕程度最為嚴重。具體腐蝕反應(yīng)機理如下：首先Fe在酸性液體中發(fā)生析氫反應(yīng)，產(chǎn)生Fe2+,在Cl-和飽和水蒸氣(H2O)作用下進一步反應(yīng)；同時H2S和CO2在水蒸氣(H2O)分解出S2-、CO32-與Fe2+發(fā)生反應(yīng)加速碳鋼內(nèi)壁的腐蝕。

表1 典型的合成氣組分

4.2 氯化銨等銨鹽腐蝕

因合成氣中含有酸、堿性氣體(如H2S、Hcl、NH3)，在開、停車過程中，壓縮機進口溫度偏低，水汽含量高，很容易造成銨鹽腐蝕[3]，在低溫和冷凝液存在情況下，由于氨離子和鐵離子絡(luò)合反應(yīng)，也加速了對壓縮機進口管線腐蝕。

4.3 灰的結(jié)垢腐蝕、磨蝕

因激冷氣壓縮機進口介質(zhì)有部分來至1500單元過濾后的合成氣，一旦過濾元件損壞時，大量的灰隨著合成氣帶至壓縮機進口管線，對該段管線磨蝕嚴重，特別是管線上的三通及彎頭；而且灰分中帶有腐蝕性物質(zhì)，如硫化物、氯化物等，在較低溫度下加重對管線的腐蝕，同時對管內(nèi)壁磨蝕。在割開管線后發(fā)現(xiàn)直管壁上有一層約10mm的結(jié)垢物，經(jīng)分析主要成分為氯化物、硫化物、煤灰、鐵銹等。

4.4 進口管線伴熱、保溫缺失

通過檢查發(fā)現(xiàn)原設(shè)計激冷氣壓縮機進口管線電伴熱失效、損壞，無法起到應(yīng)有的伴熱作用，而且該進口三通及后部分管線長期處于露天場所，下雨天雨水侵濕管子不能達到保溫的目的，使該段管線長期處于較低溫狀態(tài)，進一步加重管線內(nèi)、外壁腐蝕。

4.5 工藝指標執(zhí)行不到位

為了維持氣化爐更長周期運行，確保氣化爐過熱段進口溫度在正常指標范圍，同時能進一步的提高系統(tǒng)生產(chǎn)負荷，把原來壓縮機進口介質(zhì)溫度由200度降低至185度左右，造成該進口管線溫度一直較低，一般情況下，銨鹽在200度以下環(huán)境是很容易產(chǎn)生的。

4.6 設(shè)備、管線維護管理存在缺陷

由于之前一直沒有建立相關(guān)的設(shè)備、壓力管道臺賬，也沒有定時對激冷氣壓縮機進口管線進行測厚、探傷等工作；同時在相關(guān)工作經(jīng)驗及管控意識上缺乏，對重要設(shè)備及管線的安全運行不夠重視，危機感不強，經(jīng)常在出問題后才亡羊補牢，常處于被動局面，最終造成系統(tǒng)不能長周期穩(wěn)定運行。

5 對策

5.1 原料煤質(zhì)控制

在購進原料煤時，應(yīng)做好煤質(zhì)相關(guān)組分分析，對于含有腐蝕性成分較高(如硫、氯元素等及其化合物等)的煤應(yīng)謹慎購買；或者把含有腐蝕性成分較高的煤種和含有腐蝕性成分較低的煤種進行混合摻燒，嚴格控制好酸、堿性物質(zhì)含量，特別是硫含量應(yīng)控制在2.5%以下，以延緩后序設(shè)備、管線，特別是循環(huán)氣壓縮機進口管線造成腐蝕泄漏。

5.2 工藝指標的改進與優(yōu)化

在日常生產(chǎn)和操作過程中，嚴格控制好主要相關(guān)工藝指標，如嚴格控制循環(huán)氣壓縮機進口介質(zhì)溫度在200度以上，但又不能超過220度以防產(chǎn)生硫化腐蝕和影響高溫合成氣的冷卻，還有一旦1500灰脫除單元過濾元件破損造成激冷氣灰含量超標，建議及時停車處理更換破損的過濾元件以避免灰對壓縮機進口管線磨蝕；同時對1600單元過來的合成氣溫度及其含水量必須控制在設(shè)計的合理范圍之內(nèi)，因在較低的溫度和較高的水汽含量情況下，對管線的腐蝕將更為嚴重。

5.3 加強設(shè)備、管線的維護工作

在日常生產(chǎn)過程中，不僅崗位人員在例行巡檢時要及時檢查其電伴熱是否正常工作，保溫是否完好；同時，分廠領(lǐng)導及職能人員應(yīng)定時、定點進行詳細檢查，做好相關(guān)設(shè)備、工藝臺賬，對發(fā)現(xiàn)的問題(如電伴熱故障、保溫缺失等)要及時聯(lián)系相關(guān)部門處理，一時不能處理的應(yīng)做好記錄，制定好相應(yīng)防護措施，做好相關(guān)修復方案；最后應(yīng)加強對壓縮機進口管線監(jiān)控，定期、定點對其進行測厚，探傷等并形成臺賬記錄，有效監(jiān)控其腐蝕情況以避免發(fā)生安全事故。

5.4 管線材質(zhì)的選擇

原工藝設(shè)計時激冷氣壓縮機進口管線多為20#碳鋼管。實踐證明，其被酸、堿腐蝕速率較快，抗腐蝕性較差，有時甚至不到一年時間就得整條管線更換。因此必須選擇耐腐蝕性更高的材質(zhì)，目前有不銹鋼、雙相鋼或內(nèi)襯Alloy825材料可供選擇[2]。其中不銹鋼材料在氯離子存在的情況下會對其產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕而使管線產(chǎn)生裂紋，易造成合成氣泄漏等安全事故；雙相鋼材質(zhì)在高溫時(超過300度)，其機械性能會受到較大影響，而且腐蝕速率會更快。因此，只有用內(nèi)襯Alloy825材料的碳鋼管是目前最為適合生產(chǎn)工況，且在實際運行過程中表明其應(yīng)用效果最佳。

5.5 盡量減少系統(tǒng)開、停車次數(shù)

因系統(tǒng)在停車至再次開車期間，激冷氣壓縮機進口管線長期處于低溫狀態(tài)，很容易產(chǎn)生水汽冷凝液，同時管線內(nèi)部也處于空氣環(huán)境下，從而使1500單元和1600單元帶過來的酸性介質(zhì)在管內(nèi)壁發(fā)生化學氧化反應(yīng)，最終加速了進口管線腐蝕變薄。因此盡量減少或縮減系統(tǒng)開、停車次數(shù)或時間，這樣在一定程度上可降低激冷氣壓縮機進口管線的腐蝕速率。

6 效果

我公司于2015年12月趁系統(tǒng)計劃停車之際，對激冷氣壓縮機進口三通及后部分管線都更換為內(nèi)襯Alloy825材料的碳鋼管。

經(jīng)過加強對激冷氣壓縮機進口管線專項管理和采取各項優(yōu)化措施后，特別是對進口管線更換為內(nèi)襯Alloy825的管材后，不僅避免了該段管線腐蝕泄漏事故，而且管線腐蝕問題得到有效遏制；同時帶到壓縮機組的雜質(zhì)也大大減少了，避免了葉輪的磨損，確保激冷氣壓縮機及進口管線安全、平穩(wěn)運行。在最近系統(tǒng)停車修理期間，對更換過的管線進行同位檢測，基本沒發(fā)現(xiàn)腐蝕減薄情況，達到了預期效果，解決了根本性的問題。

7 結(jié)束語

激冷氣壓縮機組及其附屬管線作為殼牌煤氣化裝置關(guān)鍵部位，直接影響到系統(tǒng)的平穩(wěn)、安全運行。想方設(shè)法減少其進口管線的腐蝕速率是確保激冷氣壓縮機組甚至整個殼牌煤氣化裝置長周期運行的基本條件。因此必須采取多項有效措施對激冷氣壓縮機組及相關(guān)管線進行常態(tài)化細節(jié)管理，并不斷改進，優(yōu)化，相信Shell煤氣化系統(tǒng)一定可以實現(xiàn)安全、穩(wěn)定、高效運行。

[1] 項愛娟,劉品濤.Shell粉煤氣化工藝激冷循環(huán)氣系統(tǒng)抗腐蝕改進[J],化肥工業(yè),2011,(2).

[2] 鄭焰.氣化到變換粗合成氣管線材質(zhì)及流程設(shè)計探析[J].石油化工設(shè)計,2011,(4).

[3] 段磊.激冷氣壓縮機入口管道腐蝕問題探討[J].大氮肥,2009,(6).

CauseAnalysis and Countermeasures Ofinlet Pipeline Leakage of Quench Air Compressor

LiPengfei,YangJiansheng,linYouxian

(LiuzhouChemicalLimitedbyShareLtd,Liuzhou545002,Guangxi,China)

This paper briefly describes the corrosion leakage problem of the inlet pipeline of the quench gas compressor,and the main causes of pipeline corrosion are analyzed;At the same time,the paper puts forward some measures and Countermeasures to mitigate the corrosion of pipeline.

compressor; import pipeline; corrosion; countermeasures