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氮氣保護解決火炬塔底腐蝕

2019-03-27 09:58:00 作者：周順平來源：設(shè)備管理與防腐整理分享至：

某石化公司煉油廠火炬回收系統(tǒng)是各生產(chǎn)裝置的安全泄放和可燃氣體回收利用裝置。正常生產(chǎn)時低壓瓦斯回收利用，事故狀態(tài)下低壓瓦斯在火炬燃燒后直排大氣，燃燒產(chǎn)生的廢氣主要經(jīng)檢測，達到國家對于鍋爐大氣排放標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)備。因加工加工原油的多樣性，高酸、高硫和高含鹽，使得石油化工廠的瓦斯系統(tǒng)管線常常處于腐蝕介質(zhì)作用環(huán)境，造成管線腐蝕泄漏而發(fā)生著火爆炸事故，據(jù)有關(guān)資料表明，煉油企業(yè)每年因腐蝕造成損失占20%-50%。本案例對管線腐蝕失效的現(xiàn)象進行分析研究，提出火炬筒體采用氮氣保護，以延長設(shè)備使用壽命和裝置開工周期。

1、腐蝕因素

該石化公司加工高硫原油的比例逐年增大，原油的硫含量和酸值呈現(xiàn)上升的趨勢。公用工程瓦斯系統(tǒng)回收各生產(chǎn)裝置外排氣體-瓦斯氣，瓦斯中的硫化氫含量一直比較高，月平均為35600mg/m³，易對設(shè)備造成硫腐蝕。由于受火炬保護蒸汽和水封罐帶水的影響，瓦斯中的硫化氫溶于積水部位的水中，形成酸性液體，對管線底部和火炬筒體底部形成均勻腐蝕減薄。硫化氫只有溶解在管線內(nèi)部的積水積液中才具有較強的腐蝕性，硫化氫在水中的溶解度最大，電離呈酸性，釋放出的氫離子是強去極化劑，使管道和設(shè)備底部積液處出現(xiàn)較強腐蝕。

2、H2S的腐蝕機理和影響因素

① H2S腐蝕機理

電化學(xué)失重腐蝕也叫硫化應(yīng)力開裂（SSCC）腐蝕。在濕狀態(tài)下，H2S和CO的會產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，而且這種腐蝕作用會隨分壓值的升高而加劇。硫化應(yīng)力開裂（SSCC）容易發(fā)生在焊接縫或熱影響區(qū)中的高硬度值的部位。

當(dāng)電化學(xué)產(chǎn)生的氫滲透到鋼材內(nèi)部組織比較疏松的夾雜物（包括硫化物和氧化物）處，并聚集起來形成一定的壓力。經(jīng)過一段時間的積累會使接觸它的金屬管道和設(shè)備內(nèi)壁的斷面上產(chǎn)生平行于金屬軋制方向的梯狀裂紋，從而導(dǎo)致材料變脆形成層狀裂紋，即HIC（氫誘發(fā)裂紋）現(xiàn)象，從而影響到管材和設(shè)備的安全性。

應(yīng)力向氫誘發(fā)開裂（SOHIC）像HIC一樣，SOHIC發(fā)生在焊接的熱影響區(qū)及高應(yīng)力集中的區(qū)域，但形成的裂紋是在貫穿容器壁厚的方向疊加。

②H2S腐蝕的主要影響因素

火炬筒體運輸過程中，使用材料的優(yōu)劣很大程度影響著其抗腐蝕的性能。目前，各化工廠均已認識到了必須使用優(yōu)質(zhì)的鋼材作為生產(chǎn)用料，因此，大都使用的是高性能、高標(biāo)準(zhǔn)的管材（Q345R）。同時，在管材接合處的加工質(zhì)量同樣也影響著其抗腐蝕的性能。因此，在注重了管材質(zhì)量的同時，還必須嚴把加工關(guān)，降低因加工不當(dāng)所引起的硫化氫腐蝕機會。

瓦斯氣性質(zhì)的影響。H2S腐蝕主要受瓦斯氣中所含的水、H2S的濃度、CO：濃度、溫度、pH值等因素影響。

瓦斯氣中的水：水是造成電化學(xué)腐蝕的必要條件。由于瓦斯氣中H2S和水的存在，使H2S與鋼材間極易電解發(fā)生電化學(xué)腐蝕，從而使管材受損。

H2S濃度：含硫化氫酸性瓦斯氣中，氣體總壓≥0.448MPa，H分壓≥0.00034 MPa（絕），敏感材料會發(fā)生腐蝕，使管材產(chǎn)生坑蝕等腐蝕現(xiàn)象（見圖1）。

由圖1可以看出，腐蝕速率隨著H2S濃度的升高而增大，增大到一定的程度后又下降，這主要是由于結(jié)垢厚度增大了，對腐蝕的阻礙作用增強了；結(jié)垢厚度剛開始隨著H2S濃度的增大其厚度的增加速率比較快后來逐漸趨于穩(wěn)定。

溫度：鋼鐵設(shè)備的腐蝕速率隨著溫度的升高而增大。在實際情況下，溫度對腐蝕的影響比較復(fù)雜，一般情況下是隨著溫度的升高腐蝕速率也增大（見圖2）。

pH值：pH值升高，腐蝕敏感性降低。pH值2～3時，腐蝕敏感性最高；pH值>5時，不發(fā)生硫化氫電化學(xué)腐蝕。

③火炬筒體硫化鐵形成原因分析

由于受火炬保護蒸汽和水封罐帶水的影響，瓦斯中的硫化氫溶于積水部位的水中，形成酸性液體，對管線底部和火炬筒體底部形成均勻腐蝕減薄。硫化氫只有溶解在管線內(nèi)部的積水積液中才具有較強的腐蝕性，硫化氫在水中的溶解度最大，電離呈酸性，釋放出的氫離子是強去極化劑，使管道和設(shè)備底部積液處出現(xiàn)較強腐蝕。瓦斯氣中含有的H2S、CO2等腐蝕性介質(zhì)在水的環(huán)境中對設(shè)備造成電化學(xué)腐蝕。通常認為，硫化氫溶解到水中形成弱酸，離解出H+與金屬發(fā)生反應(yīng)。

H₂S→HS^-+H⁺

HS^-→S^2-+H⁺

FeS+2H⁺ →Fe²⁺+H₂S

硫化氫加速金屬的陽極電離，其反應(yīng)機理如下：

Fe+H₂S+ H₂O →(FeHS^-) +H₃O+

(FeHS^-) → (FeHS⁺) +2e

(FeHS⁺)+ H₃O+ →Fe²⁺+ H₂O+S^2-+2H⁺

火炬在燃燒運行過程中，火嘴溫度升高，用蒸汽消煙霧化勢必帶來一定溶液，又因筒體輸送且氣量低、流速慢，導(dǎo)致筒底存在一定程度積液，客觀上加劇了H2S的腐蝕速率。當(dāng)筒底積液后，瓦斯氣中的H2S和管線發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。

3、H2S腐蝕控制

① 火炬筒體H2S腐蝕控制

火炬筒體H2S腐蝕的控制主要有以下幾個方面：

選用耐蝕材料。為防止火炬筒體發(fā)生氫致開裂（HIC），應(yīng)根據(jù)火炬筒體的運行條件（壓力、溫度和介質(zhì)的腐蝕性等），經(jīng)濟合理地選用抗硫化物應(yīng)力開裂（ssc）的材料。

控制腐蝕環(huán)境。腐蝕環(huán)境的控制，關(guān)鍵是脫水。脫除水、氧、硫等有害物質(zhì)可防止酸性環(huán)境的形成。控制火炬筒體內(nèi)腐蝕的關(guān)鍵是管內(nèi)不能有積液。在日常管理我們根據(jù)火炬區(qū)腐蝕機理，對火炬筒體采取了用氮氣保護代替蒸汽保護并定期清管。定期或在線監(jiān)測有關(guān)腐蝕與防護的參數(shù)，如硫化氫、二氧化碳和水的含量，以利于指導(dǎo)現(xiàn)場氮氣用量、清管及修復(fù)等作業(yè)。

選擇有效地內(nèi)防腐層。以保護膜形式隔離腐蝕環(huán)境與鋼管接觸，主要防止電化學(xué)腐蝕，對SSC和HIC也起到一定的減緩作用。

② H2S腐蝕控制優(yōu)化

控制腐蝕環(huán)境控制腐蝕環(huán)境的關(guān)鍵提高分離效果，盡可能多的脫出瓦斯氣中的水，即盡可能降低分離溫度。而筒體排液線水平放置依靠人工定期脫液，導(dǎo)致分離效果較差。筒體排設(shè)計為大斜度自動引流設(shè)施減少火炬筒體帶液成為控制腐蝕環(huán)境的關(guān)鍵。

火炬筒體采取了用氮氣保護代替蒸汽保護并定期清管，通過工藝介質(zhì)更換，減少蒸汽冷凝液的產(chǎn)生和水的帶入。降低硫化氫在水中的溶解度。

4、結(jié) 論

（1）含H2S的腐蝕很大一部分是由于H2S與水形成溶液后發(fā)生的電化學(xué)腐蝕，目前本廠采取的防硫腐蝕措施氮氣保護起到明顯的保護效果。但是對其他設(shè)備管線的防腐措施尚須進一步完善。

（2）通過完善低壓瓦斯生產(chǎn)管理制度，可以有效降低調(diào)整低壓瓦斯中H2S含量，使H2S對調(diào)整低壓瓦斯管線腐蝕速率大幅降低。

（3）定期召開防腐蝕攻關(guān)例會，對收集到腐蝕流數(shù)據(jù)進行整理分析；對新出現(xiàn)的腐蝕和重點腐蝕部位進行具體詳細分析，跟蹤調(diào)查、分析掌握腐蝕狀況、摸清原因，制定防腐措施。

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責(zé)任編輯：韓鑫