PTA裝置第一結晶器孔蝕原因分析

摘 要：PTA車間第一結晶器D1401在2013年檢修時，發現人孔接管與筒體內表面連接的不銹鋼堆焊層存在兩處直徑為4mm的腐蝕穿孔，已經露出碳鋼基層。分析腐蝕原因，主要是由于在醋酸環境下，Cl-引起的孔蝕。本文詳細分析了孔蝕失效機理，提出了防護措施。

關鍵字：PTA第一結晶器；滲透檢測；焊縫腐蝕穿孔；原因分析；防護措施

1.概況

PTA第一結晶器D1401工藝操作參數： PTA第一結晶器，操作壓力為3.6 MPa，操作溫度為246℃，介質為PTA漿料含有的腐蝕介質有醋酸、堿液（含有一定量的Cl-）、氫氣等。設備規格：ф4400×7070×（89+3）mm。殼體材質：基材是SA516-70，公稱壁厚89mm；襯材是00Cr19Ni10，公稱壁厚3mm。該設備在2013年檢修時，對其進行滲透檢測，發現人孔接管與筒體內表面連接的不銹鋼堆焊層存在兩處直徑為4mm的腐蝕穿孔，已經露出碳鋼基層。

2.孔蝕原因分析

2.1孔蝕機理

①點蝕：在壓力容器表面的局部地區，出現向深處腐蝕的小孔，其余地區不腐蝕或腐蝕輕微，這種腐蝕形態稱為小孔腐蝕（也稱點蝕） 。點蝕一般在靜止的介質中容易發生。具有自鈍化特性的金屬在含有氯離子的介質中，經常發生孔蝕。②點蝕形成的因素：點蝕的形成與金屬的不均勻性、微觀缺陷、鈍化膜修復緩慢、局部酸度過高、破壞性陰離子的吸附、溫度以及介質流速、金屬的表面狀態等許多因素有關。Cl-是導致點蝕的典型“激發劑”，隨著介質中Cl-濃度增加，點蝕電位下降，使點蝕容易發生，而后又容易加速進行。

2.2人孔接管與罐壁內表面連接焊縫的孔蝕部位，如圖1所示

2.3腐蝕介質的影響

PTA第一結晶器中腐蝕介質包括醋酸、堿液（含有一定量的Cl-）、氫氣等。奧氏體不銹鋼的表面有一層氧化膜，這層薄膜會因周圍環境的改變而發生變化，Cl-、堿和流體的存在會使這層薄膜破壞，而產生電流，其中基體金屬為陽極，腐蝕產生的氯化物為陰極，形成小陽極，大陰極，就是典型的點蝕特征。由于PTA第一結晶器時常進行堿洗，在人口焊縫處因堿洗殘留的Cl-在PTA垢下濃縮，Cl-有較強的活性對腐蝕影響很大，首先把鋼表面的夾雜物如MnS蝕去，使氧化膜破壞產生大蝕孔，在蝕孔內Cl-進一步濃縮，點蝕就會向深處發展，同時在醋酸環境下也加速了均勻腐蝕的發生，因而危害性很大。在點蝕的開始階段硫化物發生如下反應：

2.4材料質量和焊接質量的影響

由于金屬材料表面組織和結構的不均勻性使表面鈍化膜的某些部位較為薄弱，成為點蝕容易形核的部位。點蝕是從表面缺陷處、突起的夾雜物或者金屬的晶界處開始的。由于人孔接管與殼體內表面堆焊過程中很可能存在堆焊層厚度不均勻，表面粗糙，金屬的成分偏析，熱處理效果不好，應力集中等問題，加之材料本身存在夾雜物等問題。這樣，在腐蝕環境下，在焊縫表面有缺陷的地方以及存在非金屬夾雜物的地方就會發生腐蝕。

2.5工藝操作條件的影響

在高溫、高壓、高射流速度及閃蒸情況下，容器受到了沖刷腐蝕和汽蝕。

3. 結論

①此結晶器人孔接管與殼體的焊縫發生孔蝕，其主要原因是罐內存在腐蝕介質如醋酸、堿液（含有一定量的Cl-）、氫氣等，形成了不銹鋼發生腐蝕的液體環境；②不銹鋼堆焊層焊縫存在堆焊厚度不均，表面粗糙，成分偏析，材料本身存在夾雜物部位，熱處理效果不好造成局部應力集中部位，在這些部位不銹鋼表面保護膜首先遭到破壞露出金屬本體出現小蝕孔，這些小蝕孔成為點腐蝕生成的活性中心，隨后在孔內形成自閉電池加劇腐蝕，最終導致腐蝕穿孔；③腐蝕物質在人孔焊縫部位的滯留濃縮，在焊縫有缺陷部位發生了電化學腐蝕形成了蝕孔；④加之受漿料的沖擊腐蝕和汽蝕的影響使孔蝕更加嚴重。

4.防腐蝕措施

①嚴格控制PTA漿料中腐蝕物質的含量；②嚴把設備的施工質量，對材料進行嚴格復查，設備的制造要嚴格按照施工要求進行； ③平穩操作，控制好物料流速、壓力、溫度、液位等，來降低設備的沖刷腐蝕和汽蝕；④對設備進行定期檢維修，對已經發生腐蝕的設備要定期檢查 ，及時掌握腐蝕狀態，及時維修，保證設備平穩運行，防止事故的發生。

參考文獻：

[1]余存燁.PTA裝置不銹鋼腐蝕綜述.石油化工腐蝕與防護，2009年06期

[2]郭慶云.PTA裝置不銹鋼設備腐蝕與防護.石油化工腐蝕與防護，2010年02期

作者簡介：韓冬錄（1967—），女，漢族，遼寧遼陽人，工程師，工學學士，單位：中國石油天然氣股份有限公司遼陽石化分公司，研究方向：石油化工設備的腐蝕情況。