MDEA脫碳系統碳鋼貧液泵腐蝕原因分析及防范措施

周海鵬

摘要：烏石化化肥廠一化裝置2010年進行原料油改氣及擴能改造，新增高壓MDEA脫碳系統在試車后常常出現動靜設備腐蝕泄漏現象。根據MDEA脫碳系統中貧液泵（4125-P1）的實際腐蝕研究，淺談MDEA系統對貧液泵的腐蝕原因及防范措施

關鍵詞：葉輪；軸；泄漏；汽蝕余量；再生度；氣蝕；沖刷

1 問題的發生

中石油烏魯木齊石化公司化肥廠一合成車間于2010年進行了全面的原料油改氣及擴能改造。由于前系統采用高壓德士古造氣工藝，故在新增脫碳工段選型時，選用了高壓MDEA貧液單塔吸收工藝。自開車以來MDEA脫碳系統（4125工段）多次出現動靜設備腐蝕并泄漏現象，頻率最高的腐蝕設備為系統貧液泵（4125-P1）。自2010年7月4125系統試車以來，4125-P1泵在連續運行2月之后開始出現中封面泄漏，出口壓力下降，機泵振動數值過高等現象，嚴重的影響了4125工段的連續運行，以及全裝置的整體負荷。

4125系統的核心動設備4125-P1泵由于因腐蝕而造成的故障率已使系統無法穩定連續運行及在線處理，根據對4125工段腐蝕泄漏的次數進行總結歸納，發現貧液泵單臺設備的腐蝕占全部設備腐蝕次數的37.6%。從表1可以看出，首先出現的故障為機泵中封面的泄漏，同時泄漏頻率逐漸增高；其次經過一定時間的積累，機泵運行參數開始惡化，振值逐步升高，流量逐漸下降等問題開始頻繁出現。

2011年6月4125系統停車全面大修，對4125-P1泵進行了解體檢查，發現機泵中封面以及葉輪定距槽均有腐蝕痕跡，且部分位置腐蝕相當嚴重，尤其是中封面與載絲螺栓相接觸的部位。

2 原因分析

2.1工藝角度分析

MDEA脫碳的為化學反應，其反應機理如公式1所示。

公式1 MDEA脫碳化學反應方程式

而MDEA溶液高溫且湍流區與CO2易發生反應，其反應方程式如 公式2所示

公式2：MDEA溶液與CO2反應方程式

4125-P1泵在設計選型時采用了WCB（鑄鋼）材質，而在公式2所示的反應發生時，金屬中的Fe單質將會與H2CO3發生進一步化學反應，如公式3所示

公式3：Fe與H2CO3反應方程式

根據工藝氣全分析得到數據分析，系統中并未存在O2，由此可以排除氧氣破壞鈍化膜而產生的腐蝕。此外4125-P1泵在改造（2011年對裝置進行了相應的優化改造）前入口溫度平均為106℃，在壓力為0.15Mpa，溫度低于150℃，時，MDEA與活化添加劑，消泡劑不會發生降解反應，故此種原因造成的腐蝕基本可以排除。

但由于工藝氣中的組分含量所致，MDEA隨著運行時間的累積，會逐漸在系統中積存如草酸鹽、乙酸鹽及甲酸鹽等堿性鹽類物質，當此種溶液濃度升高至0.5%以上，對Fe的腐蝕開始明顯。而根據公式2.3所示，系統MDEA濃度不高（H2O含量大）時，腐蝕就更加明顯。

2.2設備角度分析

4125-P1泵設計數據表明，其泵的汽蝕余量為12.5m，而系統的整體汽蝕余量為9m.從該數據中可判斷機泵自身的抗氣蝕能力不足以滿足裝置長周期運行，此為原因之一。

DN300，入口壓力（絕壓）0.23Mpa，根據流體流速公式計算，流體流速已達到XXm/h，而對于金屬特質來判斷，含有CO2的MDEA溶液在碳鋼環境下流速應當低于1m/s，或在不銹鋼環境下流速低于2.5m/s時，才能減少流體對泵體的氣蝕。所以當微量氣液混合物產生后，流速增大會更加加劇腐蝕的速度。所以根據解體4125-P1泵的照片可以看出，在機泵出現異常狀況的前期，腐蝕區并不是整體的，而是高壓區的局部腐蝕。

而當泵體內的酸性腐蝕造成一定的尺寸間隙，即介質可在此間隙內進行回流時，流體對碳鋼材質的沖刷便比較明顯。由于運行時機泵出口調節閥失效，造成運行時只能通過關小泵體出口手動閥來限制流量時，本體內部流體的流速便會增大，兩種原因綜合使得后期泵內損傷速度加快，損傷程度加劇。

3.防范措施

3.1 設備方面改造措施

若要防范4125-P1泵體內部腐蝕，必須先將泵體參數進行核實。因為NPSHr值為機泵特性數值，與裝置參數無關。所以泵的選型極為重要。泵體材質應選為奧氏不銹鋼，可報證工藝參數不改變的情況下抗沖刷能力。而泵的NPSHr值必須小于NPSHa值，方可在減少氣蝕和抗擊沖刷兩方面入手解決問題。

在泵的選型工作中，首先需要注意認真核算裝置的汽蝕余量并針對現場的實際情況改造機泵入口管線的彎頭使用量。在上述數據都已明確之后，必須選擇汽蝕余量比裝置汽蝕余量小的的機泵。例如本裝置的氣蝕余量NPSHa數值為9.8m，在選擇新造機泵時，要求廠家將泵的汽蝕余量NPSHr設計指數定為6.4M.比較之前該泵的汽蝕余量12.5m來說，該泵可設計之初減少了機泵汽蝕的幾率。

除了選型過程中的設計數據，機泵的材料選型也相當重要。在4125-P1泵在內部腐蝕嚴重之后，采取了許多治理措施。其中將轉子材質升級以及將機泵內部中封面損傷處用不銹鋼修補。2011年10月16日，該泵運行了兩個月之后，對機泵進行拆檢后發現，腐蝕依然嚴重，但是不銹鋼補焊層以及不銹鋼轉子卻沒有損傷的現象。足以證明，雖然機泵由于汽蝕余量選擇不佳造成泵內氣蝕，但是抗沖涮腐蝕的因素也必須考慮進去。所以機泵的材質應當選擇奧氏不銹鋼316材質，以此來抗擊沖刷；同時配以正確的汽蝕余量來減少機泵內的氣蝕效應。

3.2 工藝方面改造措施

保證系統在設計值內運行，就必須保證各換熱器的換熱面積充分，同時再生溫度盡量維持高限，再生壓力可適當降低。值得借鑒的防范措施。

針對工藝操作方面，貧液再生度為3.5CO2ml/MDEA ml，半貧液再生度22.0CO2ml/MDEA ml.在此基礎上可以看出較穩定的低壓MDEA脫碳系統的MDEA再生度數值相比，其再生度遠不及此。在0.2MPa的絕壓條件下，120℃的再生溫度比較理想。同時在整個控制過程中，一定要保證MDEA的濃度是關鍵，其推薦濃度為38～42%，哌嗪濃度應當為2%比較合適。

除去以上參數，MDEA脫碳系統中的雜志過濾尤其重要，建議根據系統試機安裝的需要增加過濾器，以此提高溶液的清潔度。

4 結束語

MDEA脫碳的運用對酸性氣體脫出有著低能耗，高再生的優點。但其對碳鋼材質的設備的腐蝕已經成為各生產廠研究的科題。如何節約裝置建設成本以及降低腐蝕造成的經濟損失，須將工藝過程控制與設備選型維護相結合。研究出更加穩定廉價的MDEA緩蝕添加劑將是新一代科技研究者奮斗的目標

參考文獻：

[1]劉華兵.化肥設計 1998。36（6）：47～51

[2]化工部化機研究院 腐蝕與防護手冊 化學工業出版社 1989年第一版