馬向榮

（中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101）

0 引言

某石化公司60萬噸/年催化汽油選擇性加氫脫硫裝置于2015年8月開工，2016年8月二反產(chǎn)物空冷器入口管線發(fā)生了腐蝕穿孔泄漏。該管線材質(zhì)為20#GB9948，公稱直徑為DN300，設(shè)計(jì)壁厚為SCH40（即10.31mm），運(yùn)行環(huán)境為油氣+H2+H2S+NH3+HCl+H2O，操作溫度112.6℃，操作壓力1.7MPa，泄漏點(diǎn)為管線注水點(diǎn)對面下游約300mm處。泄漏發(fā)生后，現(xiàn)場采取臨時(shí)應(yīng)急措施，對管線進(jìn)行了包盒子堵漏處理。經(jīng)過腐蝕原因分析并提出相應(yīng)改進(jìn)措施后，于2017年3月完成了腐蝕管線更換和注水噴嘴更換，并重新開工，目前管線運(yùn)行良好。

1 腐蝕原因分析

1.1 腐蝕介質(zhì)分析

泄漏點(diǎn)處工藝流程詳如圖1所示，物流數(shù)據(jù)詳如表1所示，管道布置詳如圖2所示。

表1 泄漏點(diǎn)附近物流數(shù)據(jù)

圖1 泄漏點(diǎn)處工藝流程

圖2 泄漏點(diǎn)附近的管道布置

由物流數(shù)據(jù)可知，二反加氫產(chǎn)物為氣液兩相，主要組成為油氣、氫氣、H2S和NH3，由于氯離子的存在是不可避免的[1]，認(rèn)為反應(yīng)產(chǎn)物中還有少量HCl。因此，空冷器入口管線所處的腐蝕環(huán)境為H2S-NH3-HCl-H2O。NH3與H2S、HCl可形成NH4Cl和NH4HS兩種銨鹽，固態(tài)干燥的銨鹽對碳鋼沒有腐蝕，如果這兩種銨鹽結(jié)垢析出，吸濕后可形成嚴(yán)重的銨鹽腐蝕。NH4Cl大概在177～232℃時(shí)析出，NH4HS大概在27～66℃時(shí)析出[2]。此處操作溫度為112.6℃，注水的目的主要是溶解和稀釋氯化銨鹽，同時(shí)稀釋H2S濃度，避免形成高濃度的H2S水溶液。注水點(diǎn)安裝在豎直管上，且物流為氣液兩相，流速較大，銨鹽難以沉積，所以此處的腐蝕主要表現(xiàn)為酸性環(huán)境下的濕H2S腐蝕和Cl-腐蝕以及流體沖刷腐蝕。

1.2 腐蝕位置分析

對泄漏點(diǎn)附近的管道壁厚進(jìn)行超聲波檢測，測厚示意圖如圖3所示。注水口附近主管道測厚為8.8～10.3mm，注水口上游主管道測厚為9.6～10.4mm，注水口下游主管道測厚為9.1～10.1mm，對比發(fā)現(xiàn)，注水口附近及下游主管道壁厚相比注水口上游管道壁厚明顯減薄，腐蝕最嚴(yán)重處在一年內(nèi)減薄1.6mm（10.4-8.8=1.6mm）。

圖3 測厚示意圖

泄漏點(diǎn)為反應(yīng)產(chǎn)物空冷器入口管線注水點(diǎn)對面下游約300mm處，注水點(diǎn)與主管的連接方式為通過加強(qiáng)管接頭直連，未采用專用注水設(shè)施和霧化噴頭。此時(shí)，注水進(jìn)入管道后，形成水柱噴向注水點(diǎn)對面的主管管壁。由于主管物流為氣液兩相，流速較高，油氣攜帶水柱向上流動，流態(tài)如圖4所示。水柱不斷沖刷注水點(diǎn)下游約300mm處的位置，加上濕H2S和Cl-的腐蝕，金屬層不斷從母材溶解剝離，壁厚持續(xù)減薄，直至薄弱處不能承受管道內(nèi)壓，發(fā)生穿孔泄漏。

圖4 注水流態(tài)示意圖

2 解決措施

根據(jù)腐蝕原因和腐蝕位置，采取了更換泄漏點(diǎn)附近管線和優(yōu)化注水結(jié)構(gòu)兩種解決措施。

2.1 更換泄漏點(diǎn)附近管線

空冷器入口管線原設(shè)計(jì)為DN300，20#GB 9948材質(zhì)，壁厚為SCH40（即10.31mm），腐蝕余量為1.6mm。

對泄漏點(diǎn)附近的管線進(jìn)行更換，為延長鋼管在濕H2S和氯離子腐蝕環(huán)境下的使用壽命，將泄漏點(diǎn)附近管線壁厚提高到SCH60（即14.27mm）。更換管段為注水點(diǎn)位置上游500mm 處開始至下游1500mm處，焊接接頭均應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理，以消除殘余應(yīng)力，避免應(yīng)力腐蝕開裂。

2.2 優(yōu)化注水結(jié)構(gòu)

原注水管僅通過加強(qiáng)管接頭與主管連接，未插入被注入管中心，發(fā)生偏流，也未采用專用注水設(shè)施，水與油品混合不均，直接沖刷管道，加快局部腐蝕，因此原設(shè)計(jì)注入結(jié)構(gòu)不合理。

更換原注水結(jié)構(gòu)，從廠家成套購買專用注水設(shè)施，如圖5所示。新的注水結(jié)構(gòu)出水方向與油氣方向一致，且采用霧化噴頭，油水混合更均勻，減少了因局部腐蝕介質(zhì)濃度過高帶來的腐蝕。且不形成直接沖刷管道的噴射水柱，減少了局部沖刷腐蝕，避免穿孔泄漏現(xiàn)象的發(fā)生。

圖5 改進(jìn)后注水結(jié)構(gòu)圖

3 改進(jìn)效果

2017年3月，更換管線和注水結(jié)構(gòu)后重新開工，2018年3月重新測量壁厚，測量結(jié)果如圖6所示。更換管道原始壁厚為14.27mm，管道測厚最薄處為14.13mm，一年內(nèi)腐蝕速率為0.14mm，腐蝕速率較小。目前，改進(jìn)后主管已良好運(yùn)行5年。

圖6 測厚示意圖

4 結(jié)語

催化汽油加氫裝置二反產(chǎn)物空冷器入口管線腐蝕穿孔泄漏是酸性環(huán)境下的濕H2S腐蝕、氯離子腐蝕及原設(shè)計(jì)注水結(jié)構(gòu)不合理產(chǎn)生的局部沖刷腐蝕共同造成的。通過更換泄漏點(diǎn)附近管線及優(yōu)化注水結(jié)構(gòu)的措施，解決了局部腐蝕的問題，確保了該系統(tǒng)的長周期平穩(wěn)運(yùn)行。工程設(shè)計(jì)中對該類管線應(yīng)加大腐蝕裕量考慮，合理選材，并合理設(shè)置注水結(jié)構(gòu)，如采用霧化噴頭，使水流噴出方向與主管介質(zhì)流向一致等。生產(chǎn)過程中，對容易發(fā)生腐蝕的管線應(yīng)按周期測量壁厚，加強(qiáng)巡檢，以便及早發(fā)現(xiàn)管線壁厚快速減薄處，避免泄漏事故發(fā)生。