單塔汽提裝置汽提塔泄漏分析及防護(hù)

許顯坤，王學(xué)剛，李曉偉

（中油股份獨山子石化分公司，新疆 獨山子 833699）

某煉油廠單塔汽提裝置于1995 年建成投產(chǎn)，用于處理老區(qū)煉油廠催化、汽油加氫、硫磺等裝置排放的酸性水。酸性水主要成份是硫化物和氨，本裝置通過蒸汽汽提將污水中的硫化物和氨分離出來。單塔汽提采用的是單塔加壓側(cè)線抽出工藝流程，再加上分凝和氨精制系統(tǒng)，從而得到經(jīng)過處理的凈化水和純度較高的液氨。2007 年裝置進(jìn)行了較大的技術(shù)改造，更換了采用L-D 復(fù)合高效塔板的汽提塔，進(jìn)一步提高汽提效率。該塔于2015 年停工檢修期間進(jìn)行了定期檢驗，通過對塔壁厚測定、超聲、磁粉、滲透等檢測，未發(fā)現(xiàn)問題，安全狀況等級評定為2 級。2017 年10 月，該塔上部三層平臺處靠近環(huán)焊縫位置出現(xiàn)泄漏，下文將就泄漏原因進(jìn)行分析。

1 汽提塔腐蝕泄漏概述及檢驗情況

（1）汽提塔基本參數(shù)（表1）。

表1 汽提塔參數(shù)表

（2）泄漏處筒節(jié)內(nèi)外表面檢驗情況。塔體二層填料段之間筒體環(huán)焊縫上端熔合線位置腐蝕穿孔（φ2mm），泄漏部位外觀呈孔狀特征，形貌見圖2。未見泄漏點附近存在開裂情況。

對漏點附近進(jìn)行射線檢查，漏點附近沿環(huán)焊縫熔合線存在較明顯的減薄區(qū)域，長度約 90mm，環(huán)焊縫上下兩側(cè)有近200mm 的腐蝕坑分布，且腐蝕坑呈條狀分布（圖3）。

圖1 塔正視圖

圖2 泄漏部位外觀形貌

圖3 射線數(shù)字成像結(jié)果（黑色箭頭為腐蝕坑）

泄漏部位內(nèi)表面發(fā)現(xiàn)大面積沖刷腐蝕痕跡，范圍為600×1000mm。上層格柵支撐圈的加強(qiáng)板下部有3 處扇形沖刷痕跡，沖蝕最嚴(yán)重的一處寬度約為110mm，筒體母材焊縫均被腐蝕，腐蝕深度在5 ～11mm 范圍（圖4）。泄漏部位周向180°內(nèi)表面（筒節(jié)東面）的人孔上方母材也發(fā)現(xiàn)大面積沖刷腐蝕坑，范圍為770×750mm（圖5）。內(nèi)表面沖刷區(qū)域內(nèi)，發(fā)現(xiàn)多處鼓包，部分鼓包已開裂（圖6、7）。泄漏筒節(jié)外表面泄漏孔附近發(fā)現(xiàn)一處長100mm，寬80mm 的橢圓形鼓包（圖8、9）。

（3）塔其他筒節(jié)內(nèi)外表面檢驗情況。對泄漏段塔體其他筒節(jié)進(jìn)行內(nèi)表面宏觀檢驗，兩筒節(jié)內(nèi)表面有輕微銹蝕，無明顯減薄，測厚檢查，其他筒節(jié)壁厚未見異常（12.24 ～14.56mm（原壁厚12/14mm））

（4）其他檢測情況。磁粉探傷檢測：對泄漏筒節(jié)及鄰近上下筒節(jié)的內(nèi)表面焊縫及熱影響區(qū)分別進(jìn)行了的熒光磁粉檢測，未發(fā)現(xiàn)表面超標(biāo)缺陷；超聲波探傷檢測：對泄漏筒節(jié)的內(nèi)表面環(huán)焊縫進(jìn)行了超聲波探傷檢測，未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)埋藏缺陷；硬度檢測：正常部位硬度：130HB；鼓包附近部位硬度：124HB，硬度檢測未發(fā)現(xiàn)異常。

圖4 泄漏筒節(jié)西側(cè)內(nèi)表面減薄和泄漏部位

圖5 泄漏筒節(jié)東側(cè)內(nèi) 表面減薄區(qū)域

圖6 筒節(jié)西側(cè)鼓包開裂

圖7 筒節(jié)東側(cè)鼓包開裂

圖8 外表面鼓包位置示意

圖9 外表面鼓包

（5）金相組織分析。對塔體正常部位及鼓包附近部位進(jìn)行金相組織分析，結(jié)果為鐵素體+珠光體，符合材質(zhì)20R的標(biāo)準(zhǔn)要求，無明顯異常組織，如圖10、11。

圖10 鼓包周圍組織照片

圖11 正常位置組織照片

2 腐蝕原因分析

（1）沖刷腐蝕原因分析。經(jīng)上述檢測及開塔檢查，發(fā)現(xiàn)泄漏筒節(jié)上一層填料壓板局部傾斜，塔運行中填料分布狀態(tài)發(fā)生變化，填料分布不均導(dǎo)致塔內(nèi)的含有高濃度硫化氫的水溶液流態(tài)發(fā)生改變，由垂直下落變?yōu)椴糠猪樦诹飨拢c塔壁鋼板腐蝕反應(yīng)形成FeS，水溶液持續(xù)沖刷又破壞了FeS 保護(hù)作用，最終形成了嚴(yán)重的沖刷腐蝕，導(dǎo)致塔體筒壁局部沖蝕減薄至穿孔，是該塔泄漏的主要原因。

（2）鼓包及鼓包開裂分析。泄漏筒節(jié)的腐蝕介質(zhì)為硫化氫水溶液， 筒節(jié)材料20R 與硫化氫水溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，陰極反應(yīng)出來活性很強(qiáng)的[H]向鋼中滲透、擴(kuò)散進(jìn)入鋼材內(nèi)部，在鋼板內(nèi)部夾雜的非金屬物處集聚并形成氫分子。隨著氫分子量增加，形成的壓力不斷增高，最后導(dǎo)致夾雜物尖端產(chǎn)生鼓包，小的鼓包趨向于相互連接，即相鄰幾個夾雜物的破裂，貫連形成有階梯狀特征的氫致開裂。

此次檢驗發(fā)現(xiàn)該塔僅泄漏筒節(jié)存在氫鼓包及氫致開裂，其它部位無異常。主要原因為：泄漏筒節(jié)處于上下填料間的氣液兩相段，同時介質(zhì)偏流使硫化氫水溶液與筒節(jié)鋼板充分接觸；泄漏筒節(jié)用鋼板可能存在原始的、軋制過程中產(chǎn)生的Mn、Si 氧化物夾雜或夾層，其分布平行于鋼板表面，氫鼓包易發(fā)生于鋼中夾雜物及其它不連續(xù)處（鋼板質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)允許存在不超標(biāo)的夾雜或平行于鋼板表面的夾層，不代表鋼板質(zhì)量不合格）。

（3）工藝變化影響。2015 年停工檢修后至塔體泄漏2年時間，該裝置汽提塔加工量和脫硫前硫化物濃度有較明顯上升趨勢（圖12、13）。

表2 汽提塔平均月加工量、硫化物濃度表

圖12 2015 年至2017 年平均月加工量

圖13 2015 年至2017 年硫化物濃度

由以上圖表可以看出，從2016 年11 月開始，該塔的加工量和硫化物濃度出現(xiàn)較明顯的上升，硫化物濃度最高時達(dá)到了11868ppm，由于處理量和濃度的增加，加劇了沖蝕和硫化氫腐蝕。

3 腐蝕防護(hù)策略

（1）針對此塔腐蝕環(huán)境，可從設(shè)計選材方面采取多種防濕硫化氫腐蝕措施，如塔體選用鎮(zhèn)靜鋼、鋼板正火狀態(tài)供貨、不采用高強(qiáng)度鋼、控制鋼材中S、P 含量或者在鋼種添加Cu 或表面滲鋁等提高表面膜的保護(hù)性，組織氫原子往鋼中擴(kuò)散。

（2）正常生產(chǎn)過程中，在無法打開塔體檢查的情況下，可在塔壁填料段下部塔體，設(shè)置多個溫度監(jiān)控點、壁厚測厚點，定期觀測，可通過累積數(shù)據(jù)分析出塔內(nèi)液相是否存在偏流情況。檢修過程中，細(xì)化塔填料、支撐圈等部件安裝標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格驗收，避免出現(xiàn)內(nèi)構(gòu)件失穩(wěn)，形成偏流等故障。

（3）同時，此塔的多個工藝參數(shù)介質(zhì)可設(shè)立為防腐預(yù)警值，定期對標(biāo)，如脫硫前硫化物含量、NH3 含量、汽提塔定溫度、冷熱進(jìn)料流速、原料水化驗分析等多角度，建立完善的工藝腐蝕監(jiān)測體系，可提前發(fā)現(xiàn)塔運行異常，避免泄漏事件的出現(xiàn)。

4 結(jié)語

酸性水汽提塔介質(zhì)中含有較高濃度硫化氫、硫化物、氨等介質(zhì)，一旦泄漏，將對現(xiàn)場人員及周邊環(huán)境造成較大傷害。因此，除選用可靠、合適的抗腐蝕鋼材，日常生產(chǎn)及操作過程中也應(yīng)注意有針對性的設(shè)置有效監(jiān)控措施，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備腐蝕問題，將事故消滅在萌芽狀態(tài)。