基于長周期安全運行硫磺回收裝置腐蝕評價及防護措施

文冰 四川大學 化學工程學院 四川成都 610065

某石化公司硫磺回收聯合裝置含兩套350t/h溶劑再生、兩套120t/h酸性水汽提及兩套5萬噸/年硫磺回收裝置，均可獨立運行。溶劑再生及酸性水汽提均采用常規蒸汽汽提工藝，硫磺回收裝置采用常規Claus+SSR加氫還原吸收工藝。SSR 工藝采用裝置自身熱源作為加氫反應器熱源，由外供氫作氫源，由于其獨特的工藝構思，使該工藝在占地 、投資、運行費用等方面均低于同類國外技術。自2013年10月投入運行以來，設備腐蝕問題很快就暴露出來，并不斷地影響裝置的安全生產。

1 腐蝕現狀及分析

從目前已經進行的硫磺回收聯合裝置的設備腐蝕檢查和腐蝕監測情況來看，硫磺回收聯合裝置的設備腐蝕現狀如下：

1.1 酸性水汽提裝置

1.1.1 重點腐蝕部位

酸性水汽提塔塔頂出口管線、空冷、回流罐及回流罐進出口、回流泵進出口管線、酸性水罐、正壓水封罐、安全水封罐、含氨酸性氣至硫磺裝置管線。

1.1.2 已出現的腐蝕問題

酸性水汽提系列存在水封罐設備壁厚腐蝕減薄較為嚴重，2016年8月發生泄漏事件；塔頂回流泵進出口管線多次發生腐蝕泄漏。

1.1.3 腐蝕現狀分析

從實際監測數據來看，酸性水汽提裝置汽提塔頂系統的管線和設備的腐蝕較為突出，原因是由于約113℃的氣相物質從汽提塔頂抽出后在冷卻過程中會出現H2S露點腐蝕、NH4HS垢下腐蝕、沖刷腐蝕等多種腐蝕作用機理，且這些腐蝕作用都在此溫度變化過程中極為明顯。對于酸性水儲罐、水封罐由于罐頂及液位波動部位凝液的形成，使得這些部位的局部腐蝕減薄和焊縫應力腐蝕開裂較為突出。在整個管線系統中，盡管原料酸性水等物料中酸性物質的含量較高。但由于FeS膜的形成，阻止了腐蝕的發生和發展，故在設備凝液形成和流體介質沖刷的情況下，管線的腐蝕速率大多情況下<0.125mm/a。

1.2 溶劑再生裝置

1.2.1 重點腐蝕部位

再生塔頂空冷器、回流罐、回流泵及回流罐進出口管線、回流泵進出口管線、溶劑儲罐進出口管線、貧胺液空冷出口管線。

1.2.2 已出現的腐蝕問題

兩套溶劑再生系列均存在貧胺液空冷器EA5001/EA6001水擊嚴重，振動大的現象，這對設備長周期運行構成了威脅；一套溶劑再生裝置（處理加氫裂化和硫磺裝置富胺液）塔頂回流系統多次發生腐蝕泄漏事件，其中塔頂回流罐V—5002尤其嚴重，共出現4次，對正常生產會造成嚴重影響；通過對比兩套溶劑再生裝置的腐蝕監測數據發現：一套溶劑再生裝置塔頂回流系統存在較為嚴重的沖刷腐蝕現象；2014年，溶劑再生系統塔頂回流泵進出口管線多次發生腐蝕泄漏。

1.3.2 腐蝕現狀分析

溶劑再生裝置的腐蝕主要是在再生塔頂酸性氣冷卻過程中形成的。其主要腐蝕物質是H2S、CO2，當溫度為40℃—60℃時，就會形成明顯的CO2—H2O型腐蝕，而當溫度<120℃時，濕H2S腐蝕將十分突出，故當再生塔酸性氣以105℃從塔頂抽出時，在整個冷卻過程中形成的腐蝕作用將十分明顯。在實際運行中，一套再生塔頂回流罐進出口短接發生三次穿孔泄漏，后冷器殼體出口短接發生穿孔泄漏，回流泵進出口管線腐蝕減薄十分嚴重，對于貧富胺液來說，腐蝕的發生同腐蝕性介質含量有關，但同溫度的關系更為密切，在實際運行中，溫度高于90℃的貧、富胺液管線的腐蝕減薄均較為明顯。

1.3 硫磺回收裝置

1.3.1 重點腐蝕部位

硫磺回收裝置的尾氣急冷塔、急冷水空冷器、爐前酸性氣管線、過程氣管線腐蝕較為嚴重。

1.3.2 已出現的腐蝕問題

通過腐蝕監測，主要腐蝕減薄部位集中在制硫爐前酸性氣管線彎頭等濕H2S腐蝕環境。

1.3.3 腐蝕現狀分析

硫磺回收設備的腐蝕監測不易進行，通過管線測厚監測到的腐蝕主要是酸性氣和過程氣的腐蝕，這與酸性氣、過程氣中所含有大量的腐蝕性介質密切相關。從實際檢測結果來看，制硫燃燒爐清潔酸性氣管線、清潔酸性氣分液罐、制硫燃燒爐出口管線、尾氣分液罐尾氣出口管線、加氫反應器至急冷塔管線、一級三級冷凝冷卻器出口管線、二級冷凝冷卻器出口管線、急冷水空冷器出口管線等設備管線的腐蝕較為突出。當燃燒形成的SO2、SO3物質一旦出現，爐壁襯里會出現裂紋，則裂紋深處爐壁的H2SO4、H2SO3凝液腐蝕就十分嚴重。經檢查，爐壁人孔蓋板的腐蝕就呈現出十分典型的H2SO4、H2SO3凝液腐蝕形態。

2 長周期安全運行防護措施

2.1 設備防腐措施

2.1.1 對選材低于SH/T 3096—2012《高硫原油加工裝置設備和管道設計選材導則》的按照導則進行材質升級。

2.1.2 對腐蝕較為嚴重部位的管線進行材質升級，具體為：溶劑再生裝置塔頂回流罐至回流泵至再生塔管線升級為316L；酸性水汽提裝置汽提塔頂至空冷器至回流罐至回流泵至汽提塔管線升級為316L；硫磺回收裝置燃燒爐至一級冷凝冷卻器、加氫反應器至急冷塔管線等腐蝕較為突出的設備管線材質升級20R+00Cr17Ni14Mo2.

2.1.3 對酸性水罐、正壓及安全水封罐進行內壁涂料防；對汽提塔頂回流罐、再生塔頂回流罐進行內壁涂料防腐或材質升級。

2.1.4 硫磺回收裝置主要的腐蝕環境為濕硫化氫環境，設備與管道建造規范要求濕硫化氫環境碳鋼材料硬度要小于200HB，應進行濕硫化氫環境管道焊后熱處理消除應力處。

2.1.5 加強各裝置異型管件的定點測厚監測工作。

2.1.6 深入開展設備腐蝕評價工作，采用多種方法全面評價每臺設備的安全可靠性，形成整套裝置的設備完整性管理和腐蝕控制。

2.2 工藝防腐措施

2.2.1 控制富胺液在管道內的流速應不高于1.5m/s，在換熱器管程中的流速不宜超過0.9m/s，再生塔頂酸性水系統碳鋼管線控制流速不宜超過5m/s，奧氏體不銹鋼管線控制流速不宜超過15m/s，減少沖刷腐蝕。

2.2.2 在產生酸性水和富胺液的裝置加注高溫緩蝕劑，貧富胺液系統循環有利與進行緩蝕劑抑制腐蝕的工藝防腐措施。

2.2.3 控制裝置負荷在指標范圍內，控制原料中雜質含量，工藝操作在指標范圍內。

3 結論

通過對裝置腐蝕現狀的分析，采取選用耐腐蝕性能更好材質，控制工藝操作指標，可有效提高裝置耐腐蝕性能，采取重點腐蝕部位定期監測，及早發現腐蝕隱患，可有效保證裝置長周期安全運行。