祁有彬(中海油東方石化有限責(zé)任公司，海南 東方 572600)

1 情況簡(jiǎn)介

堿液氧化分離塔是產(chǎn)品精制裝置堿液再生單元的關(guān)鍵設(shè)備，塔內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為：堿液中的硫醇鈉在催化劑作用下與氧反應(yīng)生產(chǎn)氫氧化鈉和二硫化物，堿液濃度為10%～15%，塔底通入非凈化風(fēng)以提供反應(yīng)所需氧氣，塔內(nèi)氣、液相在塔體上部第一個(gè)人孔處分離。該塔2014 年2 月投入使用，直徑2 200 mm，壁厚14 mm，材質(zhì)為Q245R，操作壓力0.3 MPa,常溫操作。2017 年4 月裝置首次停工大檢修期間，發(fā)現(xiàn)堿液氧化分離塔T-1201 頂部氣液分離區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕，塔壁附著大量銹蝕物，塔壁基體凹凸不平，大量鐵銹堆積在塔釜，塔壁減薄嚴(yán)重，最薄處僅為6.5 mm(原始壁厚14.00 mm)，塔頂掛片腐蝕速率高達(dá)5.4 mm/a，按照此腐蝕速率，如不采取適當(dāng)?shù)姆栏幚泶胧?，下一運(yùn)行周期該塔將會(huì)出現(xiàn)腐蝕泄漏，給裝置的安全運(yùn)行帶來(lái)巨大隱患。塔內(nèi)腐蝕情況如圖1 所示。

2 腐蝕原因分析

通過(guò)對(duì)腐蝕產(chǎn)物采用電子能譜分析法(EDX)進(jìn)行元素分析，采用X-射線衍射光譜法(XRD) 對(duì)元素及物相進(jìn)行檢測(cè)分析，其元素分析結(jié)果如圖2 及表1 所示。

圖1 堿液氧化分離塔塔壁腐蝕形貌

圖2 T1201 頂部腐蝕產(chǎn)物元素EDX 譜圖

表1 T1201 頂部腐蝕產(chǎn)物元素EDX 分析結(jié)果

從表1 中的元素分析結(jié)果來(lái)看，塔頂腐蝕產(chǎn)物元素組分以Fe、C、O 為主，約占元素總量的99.75%。為了進(jìn)一步確定腐蝕產(chǎn)物的物相組成，采用了XRD 進(jìn)行腐蝕產(chǎn)物分析，XRD 衍射圖譜及腐蝕產(chǎn)物物相匹配結(jié)果如圖3 所示。

圖3 頂部腐蝕產(chǎn)物XRD 分析結(jié)果

從T1201 頂腐蝕產(chǎn)物的X-射線衍射圖譜來(lái)看，腐蝕產(chǎn)物的物相組成為Fe3O4(占45.5%)、Fe2O3(占39.0%)、FeO(OH)(占15.5%)，腐蝕產(chǎn)物以鐵氧化物為主。碳鋼在NaOH 溶液中的腐蝕速率受濃度、溫度以及應(yīng)力等因素的影響，在低溫稀堿液中碳鋼具有良好的耐腐蝕性，其原因?yàn)榻饘俦砻嫔闪藲溲趸F保護(hù)膜，表現(xiàn)為輕微的均勻腐蝕。然而當(dāng)NaOH 溶液濃度超過(guò)5% 時(shí)，碳鋼均有發(fā)生堿脆的可能性，隨著堿濃度的增加，碳鋼發(fā)生堿脆的傾向性增加[1-2]?；瘜W(xué)反應(yīng)式為：

碳鋼表面生成的四氧化三鐵保護(hù)膜，可以降低反應(yīng)速率，但是如果保護(hù)膜受外力作用而破壞將使腐蝕速率加快。由于塔內(nèi)氣液分離區(qū)受到氣相的連續(xù)沖刷，反應(yīng)生成的四氧化三鐵保護(hù)膜被迅速破壞，又造成新的反應(yīng)發(fā)生，使腐蝕速率增加，同時(shí)氣液分離區(qū)各部位溶液含氧量不同，造成氧的濃差腐蝕，所以對(duì)應(yīng)此區(qū)域的塔壁減薄量最大，腐蝕最為嚴(yán)重。反應(yīng)式為：

綜上所述，堿液氧化分離塔的主要腐蝕機(jī)理為：堿液的均勻腐蝕+氧的濃差腐蝕+沖刷腐蝕。

3 解決措施

針對(duì)堿液氧化分離塔出現(xiàn)的嚴(yán)重腐蝕問(wèn)題必須予以充分的重視。從當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，主要有以下兩種解決方案：一種是行業(yè)內(nèi)采用的常規(guī)做法，對(duì)腐蝕嚴(yán)重的塔頂部分進(jìn)行更換，可以采用耐堿腐蝕性能好的不銹鋼S30408 或復(fù)合板替代；第二種方案是利用防腐涂料對(duì)塔內(nèi)進(jìn)行防腐處理，使塔頂金屬表面形成一層致密的涂料保護(hù)層，屏蔽隔離腐蝕介質(zhì)，阻止腐蝕的發(fā)生。目前，我國(guó)常用的防腐涂料主要分為環(huán)氧防腐蝕涂料、油脂涂料、生漆、改性生漆乳膠漆四大類(lèi)，應(yīng)用效果顯著，受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注與應(yīng)用。在應(yīng)用防腐涂料進(jìn)行防腐時(shí)，科學(xué)選擇防腐涂料種類(lèi)至關(guān)重要，對(duì)此，相關(guān)部門(mén)必須予以充分重視，從而最大化保障防腐的質(zhì)量和效率。

除此之外，防腐涂料的涂裝工藝問(wèn)題也不容忽視，涂裝工藝在很大程度上影響著最終的防腐效果?；诖?，在實(shí)際的涂裝工藝應(yīng)用過(guò)程中，必須進(jìn)一步加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)檢查和檢驗(yàn)工作，進(jìn)一步規(guī)范涂裝流程，優(yōu)化涂裝工藝。一般情況下，涂裝的工藝流程首先必須對(duì)圖層部位或者鼓泡部位進(jìn)行打磨，直接去除物體表面的腐蝕產(chǎn)物，直至出現(xiàn)金屬本色；其次，在應(yīng)用涂料進(jìn)行防護(hù)措施的過(guò)程中，必須對(duì)表面進(jìn)行清理，特別是針對(duì)打磨后的腐銹要清理干凈，從而更好地保障涂料的防腐效果；最后，針對(duì)噴漆問(wèn)題，必須根據(jù)具體情況具體分析，并綜合考慮到溫度變化等客觀因素對(duì)涂料工藝施工過(guò)程的影響，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)噴漆質(zhì)量的控制，制定科學(xué)、合理、高效的防腐措施，全面優(yōu)化噴漆工藝。

綜合分析和比較上述兩種解決方案，由于檢修期工期緊張，其流程相對(duì)復(fù)雜，經(jīng)咨詢制造廠家，塔體的加工制造周期為2 個(gè)月，無(wú)法滿足檢修時(shí)間要求。因此，在綜合考慮施工周期、防腐效果、成本等因素后最終決定采用第二種方案，利用防腐涂料對(duì)塔內(nèi)進(jìn)行防腐處理。

3.1 防腐材料選擇

選擇防腐材料時(shí)，必須對(duì)其性質(zhì)、特點(diǎn)、用途進(jìn)行深入的分析和了解，并做出科學(xué)、合理的選擇和應(yīng)用，特別是在防腐材料購(gòu)買(mǎi)的過(guò)程中，必須進(jìn)一步加強(qiáng)質(zhì)量控制和成本控制。與此同時(shí)，必須進(jìn)一步保障防腐涂料的使用條件和用途的有機(jī)統(tǒng)一，從而更好地保障防腐涂料發(fā)揮其最大的性能和價(jià)值。

涂層在密閉堿性條件下使用，往往會(huì)受介質(zhì)沖刷的影響，因此，要求具有較強(qiáng)的粘結(jié)強(qiáng)度和抗腐蝕性能，經(jīng)過(guò)比對(duì)與篩選，采用耐堿腐蝕性能較好的全環(huán)氧類(lèi)涂裝體系，例如環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵中間漆+改性環(huán)氧面漆的組合方案，從而更好地保障塔內(nèi)防腐處理的實(shí)際效果。針對(duì)酸性的環(huán)境，就必須選擇耐酸性較好的防腐涂料，例如，酚醛樹(shù)脂防腐涂料。

涂料選定后，需要進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際狀況和企業(yè)自身需求，綜合分析和考慮到施工的可行性。除此之外，選擇的防護(hù)材料以及資料應(yīng)進(jìn)行合理的分配，在此基礎(chǔ)上，必須對(duì)涂料的耐堿腐蝕性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室掛片試驗(yàn)，這點(diǎn)至關(guān)重要。試驗(yàn)步驟如下：將涂有2 道改性環(huán)氧富鋅底漆+1 道環(huán)氧云鐵中間漆+2 道改性環(huán)氧面漆的掛片半插入裝有20%濃度氫氧化鈉溶液中靜置7 天，觀察涂層效果，試驗(yàn)前后掛片的對(duì)比照片如圖4 所示。

在20%NaOH 溶液中掛片在液面以上、下涂層表面均完好，試驗(yàn)結(jié)果表明，該涂層體系具有良好的耐堿腐蝕性能。

3.2 制定涂裝技術(shù)要求

塔內(nèi)在涂裝前使用磨光機(jī)徹底除掉基體表面的浮銹、油污、灰塵等，露出金屬本色，涂環(huán)氧富鋅底漆兩道，漆膜厚度40 μm/道，用量0.20 kg/(m2·道)，環(huán)氧云鐵面漆一道，漆膜厚度100 μm/道，用量0.35 kg/(m2·道)，改性環(huán)氧面漆兩道，漆膜厚度35 μm/道，用量0.25 kg/(m2·道)，涂裝體系總厚度250 μm，涂裝間隔時(shí)間24 h，確保每道漆膜干燥、固化。塔內(nèi)涂裝前、后效果對(duì)比如圖5所示。

圖4 試驗(yàn)前、后掛片對(duì)比照片

表2 試驗(yàn)結(jié)果

圖5 塔內(nèi)涂裝前、后效果對(duì)比

4 使用效果評(píng)價(jià)

2017 年5 月13 日堿液氧化分離塔整改完成后開(kāi)工，每月對(duì)塔體進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)厚，通過(guò)跟蹤監(jiān)測(cè)，塔體壁厚無(wú)明顯減薄，腐蝕得到有效的控制。2018 年9 月裝置停工消缺，吹掃合格后進(jìn)入塔內(nèi)檢查，經(jīng)過(guò)1 年零4 個(gè)月的運(yùn)行，塔內(nèi)涂層表面完整、僅有少量銹點(diǎn)。

目前該塔已運(yùn)行4 年，綜合塔內(nèi)檢查及日常監(jiān)測(cè)的情況，所采取的防腐措施有效控制了堿液氧化塔內(nèi)的腐蝕，取得了良好的防腐效果。塔內(nèi)涂層使用效果如圖6 所示。

圖6 塔內(nèi)涂層使用效果

5 結(jié)語(yǔ)

(1)經(jīng)過(guò)腐蝕產(chǎn)物的化驗(yàn)分析確定堿液氧化分離塔的腐蝕是由堿液的均勻腐蝕+氧的濃差腐蝕+沖刷腐蝕共同作用造成的。

(2)本次采取環(huán)氧富鋅底漆+環(huán)氧云鐵面漆+改性環(huán)氧面漆的防腐方案能夠有效解決堿液系統(tǒng)的腐蝕問(wèn)題。

(3)塔內(nèi)防腐與塔體材質(zhì)升級(jí)方案相比具有施工周期短、技術(shù)要求低、投資少、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)，能有效解決產(chǎn)品精制系統(tǒng)碳鋼設(shè)備的堿性腐蝕問(wèn)題，在各石化企業(yè)具有良好的應(yīng)用前景與推廣價(jià)值。