航煤加氫裝置管道腐蝕與選材

陳 輝

(中石油華東設計院有限公司，山東 青島 266071)

隨著社會經(jīng)濟和航空技術的飛速發(fā)展, 對航煤的需求量日益增加, 各煉油廠對航煤加氫裝置的需求不斷增加，同時對航煤產(chǎn)品質(zhì)量的要求也更加嚴格。本文綜述了航煤加氫裝置常見的幾種腐蝕類型：一是濕H2S腐蝕；二是高溫氫腐蝕；三是銨腐蝕；四是高溫H2+H2S腐蝕。為使裝置安全、可靠地運行，管道設計除了考慮合理布置設備及工藝管道外，材料選擇也變得尤為重要。

1 濕H2S腐蝕

低溫H2S 在有水的環(huán)境中會溶解于水引起濕H2S腐蝕,這種腐蝕既有電化學腐蝕又有應力腐蝕。硫離子在鋼表面生成硫化亞鐵，引起均勻腐蝕與點蝕；而氫原子滲入鋼中，可產(chǎn)生局部應力腐蝕開裂。濕H2S腐蝕開裂形式包括氫鼓泡(HB)、氫致開裂(HIC)、硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)與應力導向氫致開裂(SOHIC)，主要發(fā)生在管道焊縫和熱影響區(qū)高拉應力、低韌性顯微組織存在的部分[1]。這種腐蝕主要集中在航煤加氫裝置的空冷器，反應流出物換熱器等部位管線。

濕H2S腐蝕環(huán)境下，通常選用碳鋼20#，管道焊縫應進行焊后消除應力熱處理降低硬度，從而減少濕H2S應力腐蝕開裂的發(fā)生。國內(nèi)不少煉廠在不影響航煤產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，注入緩蝕劑以減緩濕H2S腐蝕情況的發(fā)生。

2 高溫氫腐蝕

氫腐蝕是指鋼材長期暴露在高溫高壓氫氣環(huán)境下，氫原子或氫分子與鋼中的碳化物(滲碳體)發(fā)生化學反應生成甲烷(Fe3C+2H2→3Fe+CH4)的過程，由于生成的甲烷氣體不能從鋼中擴散出去，而聚積在晶粒間形成局部高壓造成應力集中，最終導致鋼材的微裂紋或鼓泡[2]。高溫氫腐蝕分為表面脫碳和內(nèi)部脫碳；表面脫碳一般不產(chǎn)生裂紋，其影響主要是使鋼材的強度及硬度略有下降，而延伸率增加；內(nèi)部脫碳主要發(fā)生在220℃以上，在較高溫度和氫分壓的共同作用下，使鋼材發(fā)生裂紋、鼓泡并使鋼材強度和韌性顯著下降，內(nèi)部脫碳是不可逆的。

航煤加氫裝置的高溫氫腐蝕主要集中在反應器之前，混氫之后的高溫原料油管線和氫氣管線。應按介質(zhì)中氫分壓和操作溫度加20～40℃，依據(jù)Nelson曲線進行選材。一般220℃以下選用20#鋼，在221℃以上才考慮高溫氫腐蝕，一般可選用15CrMo。

3 銨鹽腐蝕

航煤加氫裝置的反應器進料線中硫化氫與氨反應生成氫硫氨即：H2S+NH3=NH3HS，氫硫銨的濃度越大腐蝕性越強。進料線中的氮在高溫高壓和催化劑的作用下被脫除，但氮、氫和原料中的氯反應生成NH4Cl；又因NH4Cl在有水的環(huán)境下容易水解生成鹽酸，因此腐蝕性也很強[3]。而NH3HS與NH4Cl的沉淀物可使換熱器和管線堵塞或引起垢下腐蝕。

加氫反應器油氣線出口至換熱器之間的管線通常選用20#鋼且進行焊后應力消除熱處理，并在加氫反應器頂油氣線出口增加水洗。但國內(nèi)多個煉廠此處管線發(fā)生腐蝕嚴重，因此建議選用奧氏體不銹鋼304L以降低腐蝕情況的發(fā)生。

4 高溫H2+H2S腐蝕

高溫H2+H2S腐蝕主要集中在加氫反應器、反應產(chǎn)物換熱器相應的管線中，是指在高溫(240℃以上)、H2S、H2共同作用的環(huán)境下發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象，二者疊加的腐蝕結果要比單獨的氫或硫化氫腐蝕更劇烈。影響腐蝕速度的主要因素是H2S濃度和溫度。H2S摩爾濃度在1% 以下時，隨著H2S濃度的增加，腐蝕速率急劇增大；當摩爾濃度超過1% 時，腐蝕速度基本不再變化。當溫度在315～480℃溫度范圍內(nèi)，溫度每增加55℃，腐蝕速度大約增加兩倍[4]。

高溫H2+H2S腐蝕環(huán)境下，應根據(jù)介質(zhì)中氫分壓、設計溫度以及H2S含量，依據(jù)Nelson曲線和Couper曲線進行選材，所選材料腐蝕速率不能超過0.25mm/a；加氫反應器入口的高溫混氫進料線與反應流出物通常選用321奧氏體不銹鋼，管道應進行焊后穩(wěn)定化熱處理。

5 結束語

航煤加氫裝置管道的腐蝕情況比較嚴重，一般可以通過合理的工藝防護和管道選材進行腐蝕控制，但對相應的焊縫進行消防應力熱處理和穩(wěn)定化熱處理也尤為重要；除了定期檢修時進行X射線檢測和定點測厚外，還應對這些管道元件及閥門進行在線檢測，以消防隱患。