(中亞能源有限責(zé)任公司，吉爾吉斯斯坦 比什凱克 720001)

某公司催化裂化裝置包括反應(yīng)、再生、分餾、吸收穩(wěn)定、能量回收機(jī)組、余熱鍋爐、產(chǎn)品精制、酸性水汽提及火炬系統(tǒng)等。裝置設(shè)計的原料硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)不大于0.5%。反應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的油氣進(jìn)入分餾系統(tǒng)，分餾塔中部出柴油，底部出油漿，塔頂出汽油和富氣，富氣進(jìn)入氣壓機(jī)壓縮進(jìn)入吸收穩(wěn)定系統(tǒng)分離為穩(wěn)定汽油、液化石油氣(LPG)和干氣。高溫?zé)煔馔ㄟ^煙機(jī)后進(jìn)入低溫余熱鍋爐，尾氣排放大氣。

氣壓機(jī)出口富氣冷卻至40 ℃，進(jìn)入氣壓機(jī)出口油氣分離器進(jìn)行氣液分離。分離后的氣體進(jìn)入吸收塔，用粗汽油和穩(wěn)定汽油來吸收，經(jīng)吸收后的貧氣至再吸收塔，用輕柴油作吸收劑進(jìn)一步吸收后，干氣輸送至產(chǎn)品精制裝置脫硫。凝縮油抽出后送至解吸塔，脫乙烷汽油由塔底抽出，送至穩(wěn)定塔進(jìn)行分離，液化石油氣從塔頂餾出，經(jīng)冷卻器冷卻后一部分用作穩(wěn)定塔回流，剩余部分送至產(chǎn)品精制裝置。穩(wěn)定汽油自穩(wěn)定塔底抽出，經(jīng)一系列換熱、冷卻至40 ℃后，一部分用作補(bǔ)充吸收劑，另一部分作為產(chǎn)品外送至產(chǎn)品精制裝置。

1 問題描述

2019年壓力容器年檢過程中，發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定塔頂液化石油氣罐存在多處鼓包、分層及器壁腐蝕等問題，給安全生產(chǎn)帶來極大隱患，必須采取有效措施解決上述問題。基本情況及操作參數(shù)見表1。

穩(wěn)定塔液化石油氣罐(V2303)內(nèi)鼓包共計6處，均位于東部第一塊板底部，5處鼓包位于罐底中心線以南45 cm,1處位于罐底中心線以北。鼓包直徑在8～15 mm，鼓包最高8 mm，鼓包處壁厚在6.5～8.5 mm。穩(wěn)定塔液化石油氣罐底部接管存在內(nèi)壁腐蝕及外部保溫層下腐蝕，設(shè)計壁厚 5.5 mm，實(shí)測最小壁厚3.3 mm；法蘭下接管存在保溫層下腐蝕，管材壁厚6.3 mm，彎頭處實(shí)測最小壁厚4.77 mm；穩(wěn)定塔液化氣罐底部封頭初始壁厚10 mm，實(shí)測最小壁厚8.02 mm， 穩(wěn)定塔液化石油氣罐(V2303)內(nèi)壁腐蝕較嚴(yán)重。

表1 液化石油氣罐基本情況及操作參數(shù)

2 原因分析

為查明原因，對鼓包的產(chǎn)生機(jī)理和形成過程進(jìn)行了分析，分析認(rèn)為：鼓包是由于空腔內(nèi)的氣體膨脹，壓力增大引起的。引起鼓包的氣體可以是氫氣也可能是甲烷氣體。將氣袋中的氣體分析后確認(rèn)鋼板空腔內(nèi)的氣體為氫氣而不是甲烷。因此，目前液化石油氣儲罐出現(xiàn)的鼓包屬于氫鼓包而不是甲烷鼓包。由于是氫氣引起的鼓包，在氫鼓包部位必有氫損傷現(xiàn)象。工藝操作參數(shù)見表2。

表2 液化石油氣罐工藝參數(shù)

通過工藝參數(shù)分析可知：濕H2S環(huán)境下的腐蝕損傷包括硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC)、氫鼓包、氫致開裂和應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂，它們都與鋼中氫的吸收和滲透有關(guān)。影響鋼中氫滲透的關(guān)鍵變量是pH值和使用環(huán)境的化學(xué)組成。典型情況下，在中性溶液中，氫在鋼中滲透量最小，pH值較低或較高時，其滲透量均增加。低pH值時腐蝕是由H2S引起的，高pH值時腐蝕是由硫氫化銨濃度增大引起的(H2S腐蝕環(huán)境下氨含量較高)。另外隨著H2S分壓的升高和堿性環(huán)境中氰化物的存在，氫滲透量增加。隨著H2S分壓的升高，SSCC的敏感性增大。根據(jù)對石油和天然氣生產(chǎn)環(huán)境的調(diào)查，當(dāng)氣體H2S分壓不小于 0.000 3 MPa絕壓時，只要有游離水存在，就可引起敏感鋼材發(fā)生SSCC。由于金屬內(nèi)部氫壓力過高而導(dǎo)致的表層下的平面空洞結(jié)構(gòu)稱為氫鼓包。 低強(qiáng)度金屬中，臨近表面的鼓包生長通常導(dǎo)致表面鼓凸。鋼的氫鼓包包括硫化氫腐蝕過程中在金屬表面生成氫原子的吸收和擴(kuò)散。鋼中氫鼓包的發(fā)展是由于不斷聚集的原子氫在金屬內(nèi)部某些部位結(jié)合生成分子氫并不斷集聚的結(jié)果。氫分子因為太大而不能在鋼中擴(kuò)散。形成氫鼓包的典型部位是鋼中大的非金屬夾雜物、分(夾)層及其他不連續(xù)結(jié)構(gòu)處，不同于高溫氫腐蝕引起的白點(diǎn)和開裂。

由此可知，該罐的分層、鼓包及腐蝕是罐內(nèi)濕H2S環(huán)境導(dǎo)致，低溫硫腐蝕由于H2S以及其他硫化物引起的腐蝕，溫度在120 ℃以下。低溫下H2S在沒有液態(tài)水時(氣相狀態(tài))對設(shè)備腐蝕很輕，或基本無腐蝕，但在氣相液相的相變部位出現(xiàn)凝結(jié)水之后則形成H2S-H2O型腐蝕，主要發(fā)生在分餾塔頂冷凝、回流低溫管道以及吸收穩(wěn)定塔頂管道，如催化燃料氣分液罐底部放空線、吸收解吸塔底連通線焊縫等。另外，含硫污水中的氨鹽NH4HS和NH4Cl會引起金屬材料垢下腐蝕。

3 解決措施

減緩或遏制腐蝕的方法主要有兩點(diǎn)：第一加強(qiáng)催化原料調(diào)和管理，防止原料硫含量超標(biāo)或大幅波動；第二借鑒國內(nèi)防腐蝕的成功經(jīng)驗對分餾塔頂、凝縮油罐及液化石油氣回流罐的強(qiáng)制水洗進(jìn)行改造采用水洗噴嘴進(jìn)料，加強(qiáng)水洗水霧化、混合效果，且水洗量提高至處理量的15%以上，以此來水洗液化石油氣中硫化物，同時也能稀釋酸性水pH值，降低酸性水對設(shè)備的腐蝕，生產(chǎn)期間加強(qiáng)酸性水各項指標(biāo)的監(jiān)控，及時調(diào)整水洗量。

根據(jù)壓力容器年檢單位提供的探傷檢測和磁粉探傷結(jié)果顯示，該罐不存在鼓包裂紋或腐蝕開裂現(xiàn)象，根據(jù)《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，確認(rèn)分層不影響壓力容器安全使用的，可以定為3級，否則定為4級或5級。對于小面積分層，由于對筒體整體應(yīng)力情況影響不大，可以定為4級，監(jiān)測分層擴(kuò)展情況及桶體表面情況；對于大面積分層，考慮到分層面積過大并與鼓包同時存在，材料力學(xué)性能降低，同時分層測厚值在6～9 mm，小于容器筒體計算壁厚11.12 mm，故建議采取補(bǔ)救措施。具體補(bǔ)救修復(fù)方案如下：

(1)消氫處理。在鼓包相應(yīng)的容器外壁部位鉆排氣孔，直徑6 mm，深度同外側(cè)測量壁厚，排掉鼓包里的氣體，疏放壓力。在容器其他部位修復(fù)結(jié)束，壓力試驗前，用電焊將排氣孔堵焊。將容器整體加熱至300～350 ℃，保溫時間為8～12 h進(jìn)行消氫。溫度必須嚴(yán)格控制，溫度過高雖有利于消氫，但影響容器的強(qiáng)度；溫度過低，則不利于消氫。

(2)筒體更換。對第一筒節(jié)分層部位采取挖補(bǔ)方案進(jìn)行修復(fù)。材料選用與原設(shè)計相同的Q245R鋼板，厚度為16 mm。焊接完成后，按原設(shè)計要求，對焊縫進(jìn)行無損檢測，對射線100%射線探傷，2-Ⅱ 級合格，角焊縫進(jìn)行100%磁粉或滲透檢測[1]。 以上所有工作結(jié)束后，按要求進(jìn)行水壓試驗[2]。

4 結(jié) 語

壓力容器的腐蝕問題是制約裝置長周期運(yùn)行的關(guān)鍵因素，按期開展年度檢驗工作，對上次檢驗時保留未處理的缺陷或壁厚減薄部位進(jìn)行復(fù)查，必要時進(jìn)行更換。對含有濕H2S腐蝕的部位加強(qiáng)質(zhì)量巡檢，制定并實(shí)施定點(diǎn)測厚方案。檢驗時應(yīng)對濕H2S環(huán)境下的碳鋼設(shè)備、管道的焊縫進(jìn)行焊縫硬度、無損檢測抽查，若其硬度不符合要求，應(yīng)重新進(jìn)行熱處理。對于高空管道以及難以滿足檢驗條件的管道，建議采用超聲導(dǎo)波檢測進(jìn)行在線監(jiān)測和隱患排查。目前的腐蝕監(jiān)測方法主要偏重于均勻腐蝕的監(jiān)測，而造成腐蝕失效或者腐蝕泄漏的主要腐蝕形式往往是局部腐蝕，因此仍需引進(jìn)新型腐蝕監(jiān)測技術(shù)，提高監(jiān)測局部腐蝕(點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕等)的水平。