文丘里洗滌器損傷原因分析及對策

朱云松

（云南云天化股份有限公司，云南 安寧 650300）

1 概況

云南某50萬t／a殼牌煤制合成氨裝置的文丘里洗滌器在2022年5月出現(xiàn)設(shè)備筒體穿孔泄漏問題，孔徑約20 mm。大量合成氣泄漏，導(dǎo)致煤制氣裝置和合成氨裝置停車。同年10月，在云南另一套50萬t／a殼牌煤制合成氨裝置的文丘里洗滌器也出現(xiàn)了設(shè)備筒體穿孔泄漏，也導(dǎo)致了煤制氣裝置和合成氨裝置的停車。

2 設(shè)備工藝現(xiàn)狀

文丘里洗滌器的工藝流程為：從飛灰過濾器S1501過來的合成氣從N1接管進(jìn)入文丘里洗滌器，經(jīng)洗滌水洗滌后由N2接管進(jìn)入水洗塔C1601（見圖1）。主要目的是脫出合成氣內(nèi)殘留的少部分灰塵和降溫，并通過加堿控制pH值。設(shè)備介質(zhì)：合成氣+洗滌水；工作溫度：182℃；工作壓力：3.85 MPa；工藝介質(zhì)組分如表1。

表1 文丘里洗滌器工藝介質(zhì)組分及理化性質(zhì)

圖1 文丘里洗滌器設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

設(shè)備穿孔泄漏位置在縱向筒體與橫向筒體的相貫線焊縫偏上約100 mm處的母材（見圖2），筒體材質(zhì)：15CrMoR+Incoloy 825；設(shè)計(jì)壁厚：40 mm+3 mm。

圖2 文丘里洗滌器泄漏點(diǎn)

3 設(shè)備損壞泄漏狀況

裝置停車后，從設(shè)備泄漏位置剖開設(shè)備，發(fā)現(xiàn)在設(shè)備筒體厚度方向大面積缺失，其中缺失最嚴(yán)重的位置出現(xiàn)了穿孔（見圖3），導(dǎo)致合成氣泄漏。合成氣為易燃易爆介質(zhì)，除了影響裝置穩(wěn)定運(yùn)行以外，還存在極大的安全隱患，帶壓堵漏的風(fēng)險(xiǎn)高，只能停車搶修。

圖3 文丘里洗滌器泄漏位置的內(nèi)壁

該設(shè)備于2017年投用，至本次出現(xiàn)泄漏僅僅使用了5年時(shí)間。設(shè)備筒體的耐蝕層原設(shè)計(jì)為3 mm厚度的Incoloy 825復(fù)合板。由于小批量采購復(fù)合板周期太長，改為在15CrMoR的基層上堆焊3 mm厚度的ENiCrMo-3作為耐蝕層。

為了明確設(shè)備筒體穿孔泄漏原因，將文丘里洗滌器設(shè)備筒體剖開，發(fā)現(xiàn)有以下幾個特點(diǎn)：

1）設(shè)備筒體存在多處損傷。沿著泄漏位置剖開文丘里洗滌器設(shè)備筒體后，發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)壁存在多處面積較大的凹坑，凹坑最大深度目測約20 mm。如圖4。

圖4 文丘里洗滌器內(nèi)壁存在多處損傷

2）設(shè)備筒體損傷位置的分布有規(guī)律性。從文丘里洗滌器設(shè)備內(nèi)壁損傷凹坑位置的分布來看，存在一定的規(guī)律性：設(shè)備內(nèi)壁的損傷位置，其中大部分集中分布在一條直線上。如圖5。

圖5 設(shè)備內(nèi)壁損傷位置分布

3）設(shè)備筒體各處損傷的形態(tài)相似度高，堆焊層下方出現(xiàn)空洞。觀察文丘里洗滌器設(shè)備內(nèi)壁損傷形態(tài)，大部分損傷形態(tài)高度相似，都是表面鎳基堆焊層局部保持原焊接熔池狀態(tài)，但是下層15CrMoR的基層已經(jīng)大面積腐蝕空洞。如圖6。

圖6 設(shè)備內(nèi)壁堆焊層下面大面積腐蝕空洞

4 設(shè)備損傷的原因分析

設(shè)備筒體穿孔泄漏，主要原因是15CrMoR的基層材料和堆焊的鎳基合金復(fù)層材料同時(shí)損傷穿孔造成的。根據(jù)以上設(shè)備損傷現(xiàn)象分析，設(shè)備損傷原因分析如下：

1）設(shè)備筒體15CrMoR基材腐蝕的原因分析。設(shè)備介質(zhì)主要是含水的合成氣，存在大量Cl-、NH4+和H2S酸性氣體，會對15CrMoR的設(shè)備筒體基層形成嚴(yán)重腐蝕（酸性NH4Cl對碳鋼的腐蝕速率達(dá)25 mm／年），卻不會對ENiCrMo-3堆焊的耐蝕層造成腐蝕。設(shè)備筒體堆焊層底部出現(xiàn)大量空洞和鏤空的現(xiàn)象正是由于15CrMoR的基層被大量腐蝕后形成的，也證明了15CrMoR的基層材料比ENiCrMo-3堆焊的復(fù)合層腐蝕的程度嚴(yán)重。

設(shè)備筒體材料的設(shè)計(jì)理念是用鎳基合金耐蝕層保護(hù)不耐腐蝕的15CrMoR基層，設(shè)備損傷的痕跡也都是在復(fù)合層破損的位置才發(fā)現(xiàn)明顯的基層腐蝕現(xiàn)象。說明鎳基合金耐蝕層破損才是導(dǎo)致15CrMoR基材腐蝕的原因。

2）設(shè)備筒體耐蝕層損傷的原因分析。從設(shè)備筒體內(nèi)壁損傷分布規(guī)律來分析，大致分布呈一條直線。在設(shè)備內(nèi)部最有可能沖刷內(nèi)壁的就是被洗滌水，懷疑從噴頭進(jìn)入設(shè)備的洗滌水沒有均勻噴灑，而是集中沖刷在設(shè)備內(nèi)壁某些固定區(qū)域，設(shè)備筒體內(nèi)壁局部位置長期被洗滌水沖刷，導(dǎo)致這些部位的筒體耐蝕層損傷，造成耐蝕層損傷部位的15CrMoR基層被腐蝕穿孔，最終引發(fā)泄漏停車。

經(jīng)過以上分析，對設(shè)備噴頭進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)主噴頭只剩下3個噴孔暢通，其他噴孔全部堵塞（圖7）。洗滌水集中沖刷筒體導(dǎo)致耐蝕層破損，這也證明了上文分析的正確性。

圖7 設(shè)備主噴頭噴孔堵塞

5 對策

根據(jù)上文分析，解決殼牌煤氣化文丘里洗滌器筒體腐蝕泄漏的主要措施如下：

①對正在使用的文丘里洗滌器定期疏通設(shè)備噴頭，防止洗滌水長期定點(diǎn)沖刷設(shè)備內(nèi)壁，防止筒體耐蝕層破損；②擴(kuò)大噴孔直徑、減少噴孔數(shù)量，防止噴孔堵塞；③定期對設(shè)備內(nèi)壁的腐蝕情況進(jìn)行仔細(xì)檢查，對發(fā)現(xiàn)沖刷或腐蝕的位置及時(shí)修復(fù)。

更換新的文丘里洗滌器時(shí)，增加設(shè)備耐蝕層的有效厚度（建議從3 mm提高到6～8 mm）。（本文參考了殼牌2013年客戶交流包）