苯乙烯裝置乙苯單元設備防腐蝕實踐

荊軍航，張 艷，李偉英，常 林

（中國石油天然氣股份有限公司錦西石化分公司，遼寧葫蘆島125001）

苯乙烯裝置乙苯單元設備防腐蝕實踐

荊軍航，張 艷，李偉英，常 林

（中國石油天然氣股份有限公司錦西石化分公司，遼寧葫蘆島125001）

苯乙烯裝置乙苯單元設備發生腐蝕后，結合裝置實際情況開展了一系列防腐蝕實踐活動。對冷卻器管束進行了失效分析，查找腐蝕原因；采取了升級冷卻器材質、加注緩蝕劑及增設旁路冷卻器等改進措施；采用在線腐蝕探針監測并結合塔頂凝液罐切水分析監測，判定設備腐蝕情況，確保該裝置安全、穩定和長周期運行。

苯乙烯 失效分析 腐蝕探針 緩蝕劑

苯乙烯裝置乙苯單元是某石化分公司生產苯乙烯的重要裝置。近年來，隨著原料中氯和硫含量不斷增加，乙苯單元設備管道的氯化物腐蝕和硫化物腐蝕日趨嚴重，特別是不凝氣分液罐V1108、苯塔頂回流罐頂冷卻器E1119和附屬管線腐蝕加重，已經嚴重影響裝置的安全生產和長周期穩定運行。為了解決設備腐蝕問題，采取了加注緩蝕劑、升級回流罐頂冷卻器材質、安裝在線腐蝕探針、增設旁路冷卻器等措施，收到了較好效果。

1 回流罐頂冷卻器失效分析

1.1 腐蝕情況

2013年2月，乙苯單元苯塔頂回流罐頂冷卻器（E1119）發生了腐蝕泄漏，使用時間僅8個月。E1119工藝條件如下：管程介質為循環冷卻水，溫度為40℃，壓力為0.4 MPa；殼程介質為苯，溫度為60～160℃，壓力為0.58～0.88 MPa；管束材質為20號鋼，其腐蝕形貌見圖1和圖2。從圖1和圖2可以看出，殼程垢層較厚，大多數為黑色固體，夾雜少量紅棕色固體；管壁明顯腐蝕減薄，甚至腐蝕穿孔。

圖1 管束外壁腐蝕結垢形貌

圖2 管束局部穿孔情況

1.2 失效分析

對E1119冷凝后苯、原料苯及重整苯中的相關雜質含量進行分析，結果見表1。從表1可以看出，E1119冷凝后苯、原料苯中無機氯含量偏高；用pH試紙測試E1119冷凝后苯的 pH值為5左右，呈酸性。

表1 E1119中介質分析結果

能譜分析表明，管束外壁的腐蝕產物主要由C，O，S，Cl和 Fe等元素構成。Cl元素在管壁表面富集，對管壁的腐蝕起主要作用。對管束外壁棕紅色腐蝕產物進行X射線衍射分析（XRD），主要成分為 Fe3O4，Fe2O3，FeCl2·H2O和 FeOOH。

苯在常溫下為一種無色、有甜味的透明液體，并具有芳香氣味。它難溶于水，易溶于有機溶劑，本身也可作為有機溶劑。苯本身不會對碳鋼材料產生腐蝕。E1119的腐蝕發生在其殼程中的管束外壁，管束外壁接觸的介質是殼程中的苯。分析表明，E1119冷凝后苯、原料苯中無機氯含量偏高，冷凝后苯的pH值為5左右，呈酸性。雖然殼程中的苯本身不會腐蝕E1119，但在苯中會含有一定量的水，在E1119的熱交換過程中，這些水就會凝析在管束的外表面上，當苯中含有的硫和氯等溶解到這些凝析水中后，就會構成酸性水溶液，對碳鋼管束產生腐蝕。當管束外壁結有很厚且疏松的垢層時，會更有利于這些酸性凝析水在管束外壁上滯留和濃縮，加速腐蝕過程。這是因為這些厚而疏松的垢層，阻礙了介質在殼程中管束外表面的流動及熱交換，使得酸性凝析水可以在管束外表面長期滯留，并使得酸性凝析水逐步濃縮，pH值更低，對碳鋼管束腐蝕作用更強。

失效分析結果表明：E1119管束腐蝕穿孔是由于在冷卻器換熱過程中，管束外壁凝析了富含Cl－的酸性液體水造成的，這種酸性水對管束產生電化學腐蝕破壞。Cl－在管壁表面富集，對管壁的腐蝕起主要作用。E1119內部大量結垢也促進了結垢部位管束的腐蝕破壞。

2 解決措施

2.1 E1119材質升級

2013年9月大修期間，為了提高換熱器防腐蝕性能，對苯塔頂回流罐頂冷卻器E1119進行了材質升級，選用耐Cl－腐蝕性能更好的雙相不銹鋼（2205）管束。升級后的換熱器管束一直使用到2017年6月，使用過程中先后兩次發現4根管束泄漏，堵管處理后繼續使用。

2.2 加注緩蝕劑及加裝在線腐蝕探針

對國內同類裝置腐蝕情況進行了調研，選擇加注某公司生產的緩蝕劑BL-925C以緩解腐蝕問題，并加裝了在線腐蝕探針來監控腐蝕情況。緩蝕劑為無色或淺黃色帶氨味的液體。緩蝕劑注入系統主要包括緩蝕劑儲槽、氮氣保護設施、注入泵、流量控制閥和輸送管線［1］。加注位置是乙苯單元苯塔后系統E1119入口，腐蝕探針加裝在E1119出口管線上，見圖3。

圖3 緩蝕劑加注位置及探針安裝位置

3 防腐蝕效果分析

3.1 在線腐蝕探針監測分析

2016年9月大修后，在線腐蝕探針恢復投用，其監測情況表明：苯乙烯裝置E1119殼程出口的腐蝕監測點腐蝕速率較高，2017年2月腐蝕速率為0.17 mm／a；2017年7月初檢查發現該探針已因腐蝕而穿孔失效。

3.2 塔頂凝液罐V1108切水分析

依據工藝流程，監測分析乙苯單元苯塔回流罐頂凝液罐V1108切水，結果見表2。切水分析數據不僅可以考察緩蝕劑的緩蝕效果，而且可以驗證在線腐蝕探針監測的準確性。

表2 塔頂凝液罐V1108切水分析數據

由表2可見，未加注緩蝕劑時，塔頂凝液罐V1108切水總鐵質量濃度達到 3 488.00 mg／L，說明介質對設備腐蝕嚴重；緩蝕劑加入量為1.5 kg／h時，緩蝕效果明顯，總鐵質量濃度降低至10 mg／L及以下；緩蝕劑加入量為 0.5 kg／h，防腐蝕效果不佳；而現用的緩蝕劑價格較高、用量大，對裝置經濟效益有一定影響。

因此，經綜合考慮確定增設一路苯塔回流罐頂冷卻器及附屬管線作為E1119旁路副線，增設的冷卻器管束及附屬管線仍選用20號鋼，其附屬管線壁厚增至7 mm，一旦冷卻器E1119管束發生泄漏，可立即切換到副線，避免裝置發生臨時停車事故。同時，繼續調整緩蝕劑配方，降低緩蝕劑成本，確保裝置安全生產和長周期穩定運行。

4 結 論

（1）苯塔頂回流罐頂器冷卻器E1119冷凝后苯呈酸性，形成H2S-HCl-H2O低溫電化學腐蝕環境，導致管束及其附屬管線內壁腐蝕和結垢，垢下有大面積腐蝕坑且局部腐蝕穿孔。

（2）控制原料苯中的Cl含量和催化干氣中的硫化氫含量，可以減少介質苯中的腐蝕性介質含量；盡可能降低苯中的含水量，控制苯的pH值，也能起到控制腐蝕的作用。

（3）升級換熱器材質等級。選用耐蝕性良好的2205管束可有效延長換熱器使用周期。

（4）采用在線腐蝕探針監測并結合切水分析方法，可以比較準確地判定換熱器管束腐蝕情況，提前做好預警，避免發生計劃外停車甚至火災等重大事故。

［1］ 伏建華，李志剛.緩蝕劑在苯乙烯精餾裝置中的應用［J］.石油化工腐蝕與防護，2011，28（4）：50-52.

Practice of Corrosion Prevention in Ethyl-Benzene／Styrene Unit

Jing Junhang，Zhang Yan，Li Weiying，Chang Lin
（CNPC Jinxi Petrochemical Company，Huludao 125001，China）

After the occurrence of corrosion in the ethyl-benzene／styrene unit，a series of anti-corrosion practices were carried out in combination of actual conditions of the unit，such as analyzing the failure of cooler tubes，finding out the corrosion cause，upgrading the cooler material，adding corrosion inhibitors and bypass coolers，etc.The corrosion of equipment was determined through the monitoring of on-line corrosion probe and analysis of the water in the overhead condensate tank，in order to ensure a safe，stable and long-period operation.

styrene，failure analysis，corrosion probe，corrosion inhibitor

2017-07-17；修改稿收到日期：2017-10-19。

荊軍航（1967—），博士，院長，教授級高級工程師，1995年7月畢業于大連理工大學，現在該石化分公司研究院工作。E-mail：zyzyzy163＠163.com

（編輯 王維宗）