(中國(guó)石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司，甘肅 蘭州 730060)

隨著原油重質(zhì)化、劣質(zhì)化及環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格，特別是油品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)，加氫裝置在煉油企業(yè)的作用越來(lái)越重要。然而，因加氫裝置大型化、原料油劣質(zhì)化及運(yùn)行工況苛刻化，其腐蝕泄漏問(wèn)題日益突出。循環(huán)氫壓縮機(jī)作為加氫裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行的安全可靠性對(duì)保障整個(gè)裝置的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益有重要的意義。

隨著裝備水平的不斷提高，越來(lái)越多的企業(yè)選用高效、節(jié)能的離心式壓縮機(jī)作為加氫裝置的循環(huán)氫壓縮機(jī)，因此圍繞離心式壓縮機(jī)核心設(shè)備而布置的安全防護(hù)設(shè)施可謂是重中之重。同離心泵一樣，離心式壓縮機(jī)也需要對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行密封，防止物料泄漏，干氣密封很好地解決了這一問(wèn)題。在日常使用過(guò)程中，干氣密封的維護(hù)保養(yǎng)非常重要，一旦維護(hù)不到位或使用不當(dāng)將導(dǎo)致聯(lián)鎖停運(yùn)，嚴(yán)重影響整個(gè)裝置的運(yùn)行，造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。該文針對(duì)離心式壓縮機(jī)在預(yù)硫化過(guò)程中出現(xiàn)的腐蝕開(kāi)裂和泄漏問(wèn)題進(jìn)行了原因分析，并提出了相應(yīng)的處理措施。

1 干氣密封系統(tǒng)原理及控制

某煉油廠汽油加氫裝置循環(huán)氫壓縮機(jī)選用帶中間迷宮的串聯(lián)式干氣密封結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖1。

1.1 干氣密封工作原理

干氣密封的工作原理如圖2所示。動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的黏性剪切力帶動(dòng)被密封氣體(氫氣)進(jìn)入螺旋槽內(nèi)，密封壩阻止氣體流動(dòng)，于是氣體被壓縮，局部壓力升高，將密封面分開(kāi)，形成氣膜。當(dāng)氣膜作用力形成的開(kāi)啟力與由彈簧力和介質(zhì)作用力組成的閉合力達(dá)到平衡時(shí)，氣膜厚度基本保持不變，從而實(shí)現(xiàn)非接觸密封。

1—?jiǎng)迎h(huán)；2—靜環(huán)；3—傳動(dòng)塊；4—O型密封圈；5—軸套；6—?jiǎng)迎h(huán)座；7—螺釘；8—公差帶；9—壓緊套；10—彈簧；11—墊片

1.2 干氣密封控制系統(tǒng)

該干氣密封控制系統(tǒng)由低壓缸密封控制系統(tǒng)、高壓缸密封控制系統(tǒng)及增壓系統(tǒng)三部分組成(見(jiàn)圖3)。循環(huán)氫壓縮機(jī)所有控制系統(tǒng)的連接管線(接管)材質(zhì)均為0Cr18Ni9(304不銹鋼)。

圖2 干氣密封的工作原理

圖3 循環(huán)氫壓縮機(jī)的干氣密封控制系統(tǒng)

2 預(yù)硫化過(guò)程及接管開(kāi)裂情況

加氫裝置在檢修后首次開(kāi)工時(shí)，需要對(duì)再生后的氧化態(tài)催化劑進(jìn)行預(yù)硫化以便恢復(fù)催化劑的硫化態(tài)活性。一般采用的硫化劑為二甲基二硫醚(DMDS)，在氫氣(H2)作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量硫化氫(H2S)氣體。

富含硫化氫的循環(huán)氫經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)的推動(dòng)，在反應(yīng)器內(nèi)與氧化態(tài)催化劑反應(yīng)，使之活化為硫化態(tài)，并生成富含硫化氫的水。一般在硫化過(guò)程中需維持反應(yīng)器入口硫化氫體積分?jǐn)?shù)為0.5%～1.0%。由于壓縮機(jī)的一級(jí)密封氣為工藝氣，也就是循環(huán)氫，在該加氫裝置檢修完成進(jìn)行硫化時(shí)，干氣密封控制系統(tǒng)連接管線發(fā)生腐蝕開(kāi)裂(見(jiàn)圖4)，裝置預(yù)硫化被迫中止。

圖4 管線開(kāi)裂泄漏的部位

3 開(kāi)裂原因分析

3.1 開(kāi)裂部位及形態(tài)

由圖4可以看出，開(kāi)裂發(fā)生在干氣密封控制系統(tǒng)不銹鋼接管的焊縫區(qū)域，經(jīng)著色檢查，發(fā)現(xiàn)焊口開(kāi)裂。

3.2 介質(zhì)分析

預(yù)硫化階段測(cè)得的循環(huán)氫中硫化氫含量見(jiàn)表1。預(yù)硫化過(guò)程循環(huán)氫中其他雜質(zhì)氣體分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表1數(shù)據(jù)為使用純凈氫氣做一級(jí)密封氣測(cè)得。由表1可見(jiàn)，整個(gè)預(yù)硫化期間，循環(huán)氫中硫化氫含量遠(yuǎn)大于一般硫化過(guò)程中對(duì)硫化氫含量的要求。

表1 預(yù)硫化階段循環(huán)氫中硫化氫含量

表2 硫化過(guò)程循環(huán)氫組分分析 mL/m3

從表2可以看出，硫化過(guò)程中，循環(huán)氫里還含有少量一氧化碳、二氧化碳及微量氯化氫。

3.3 開(kāi)裂原因分析

(1)該裝置在初次硫化時(shí)，含有高濃度硫化氫的循環(huán)氫被引入到干氣密封的控制系統(tǒng)連接管線里。接管內(nèi)部介質(zhì)為富含硫化氫的氫氣，溫度約50 ℃，而預(yù)硫化過(guò)程中，氧化態(tài)催化劑反應(yīng)活化為硫化態(tài)，會(huì)生成富含硫化氫的水，形成典型的濕硫化氫腐蝕環(huán)境。由于水的存在，也會(huì)在一定程度上造成系統(tǒng)微量氯離子的富集和濃縮。這是接管開(kāi)裂的環(huán)境因素。

(2)接管材質(zhì)為普通304不銹鋼，宏觀觀察和著色探傷表明，該接管開(kāi)裂附近有多道焊縫，焊縫表面粗糙，由于現(xiàn)場(chǎng)缺乏加熱手段，沒(méi)有進(jìn)行焊后固溶熱處理，這就導(dǎo)致不銹鋼焊縫附近組織處于敏化狀態(tài)，晶界耐蝕性降低，且焊后接管殘余應(yīng)力較高。同時(shí)由于面臨開(kāi)工預(yù)硫化，現(xiàn)場(chǎng)不能截取試樣做詳細(xì)檢查，也不能排除材料缺陷及焊接缺陷導(dǎo)致的開(kāi)裂。這是接管開(kāi)裂的材質(zhì)因素。

(3)正常工況下，304不銹鋼在濕硫化氫環(huán)境中耐蝕性良好，不容易發(fā)生腐蝕，然而當(dāng)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)0.03%的非穩(wěn)定化奧氏體型不銹鋼受到敏化溫度的影響時(shí)，碳化物在晶界析出(敏化)，就會(huì)造成鄰近晶界的區(qū)域貧鉻，使其耐蝕性大幅降低，成為腐蝕開(kāi)裂的重要誘因。在裝置預(yù)硫化時(shí)，循環(huán)氫里硫化氫嚴(yán)重超標(biāo)，并含有較多的水分及氯化氫等雜質(zhì)，介質(zhì)腐蝕性增強(qiáng)，在焊接殘余應(yīng)力和工作應(yīng)力的雙重作用下，最終導(dǎo)致304不銹鋼接管焊縫區(qū)域腐蝕開(kāi)裂。

4 結(jié)論及建議

(1)焊接導(dǎo)致304不銹鋼敏化，晶界耐蝕性降低，殘余應(yīng)力增加，這是接管焊縫開(kāi)裂的材質(zhì)因素。

(2)在裝置預(yù)硫化時(shí)，循環(huán)氫里硫化氫嚴(yán)重超標(biāo)，并含有較多的水分及雜質(zhì)，介質(zhì)腐蝕性增強(qiáng)，這是接管開(kāi)裂的環(huán)境因素。

(3)建議升級(jí)干氣密封系統(tǒng)的管線材質(zhì)，由現(xiàn)在的0Cr18Ni9(S30408)升級(jí)為超低碳不銹鋼(S30403)或穩(wěn)定化不銹鋼材質(zhì)，避免和減輕焊接過(guò)程導(dǎo)致的敏化。

(4)在加氫裝置硫化過(guò)程中，建議嚴(yán)格控制系統(tǒng)循環(huán)氫中硫化氫體積分?jǐn)?shù),不應(yīng)大于2.0%。

(5)硫化過(guò)程中，干氣密封系統(tǒng)的一級(jí)密封氣應(yīng)使用純度(體積分?jǐn)?shù))大于85%的新氫；硫化結(jié)束后，在正常生產(chǎn)階段，可將循環(huán)氫切換為一級(jí)密封氣，但應(yīng)嚴(yán)格控制其硫化氫體積分?jǐn)?shù)不大于50 μL/L。