開工循環線腐蝕原因及防護措施

葉世貴　李思　余婷　付翎楓　龐紹林

摘 要：元壩氣田為國內第二大高含硫氣田，原料氣中H2S（5.03%-6.34%）與CO2（4.58%-6.57%）濃度較高，其天然氣凈化裝置中設備和管線腐蝕情況較其他油氣田更為復雜。開工循環線是天然氣凈化裝置尾氣處理單元的一段重要流程，承擔著尾氣加氫單元投用前加氫爐的升溫與加氫反應器床層催化劑的預硫化作用。本文主要介紹開工循環線管線腐蝕的現狀、腐蝕原因分析，提出相應的腐蝕防護措施，最后提出腐蝕穿孔后的應急處理措施，減少由于腐蝕造成的傷害，確保脫硫裝置安全平穩運行。

關鍵詞：高含硫氣田;開工循環線;管線腐蝕;腐蝕防護措施

1 開工循環線腐蝕情況介紹

圖1為凈化有限公司尾氣處理單元流程圖，過程氣從硫磺回收單元進入加氫爐，經過加氫還原反應后，過程氣中SO2、Sx被還原為H2S，COS、CS2水解生成H2S，最后H2S被尾氣吸收塔中的胺液所吸收。

裝置正常運行時，開工循環線處于停用狀態，加氫爐進入開工循環線的管線的閥門和急冷塔上方進入開工循環線的閥門處于關閉狀態。在聯合裝置開工時，由于加氫爐爐膛小，不能迅速將加氫反應器的溫度提升到目標溫度260-280℃，因此通過開工循環線提高床層升溫速率，當床層溫度為180℃時，通入預硫化酸性氣對催化劑（鈷、鉬）進行預硫化，催化劑達到預硫化狀態（反應器進出口硫化氫含量相等），床層溫度上升至投料溫度，則投過程氣，關預硫化酸性氣。停工時，利用開工循環線對加氫反應器的310℃高溫實現快速降溫。

2018年11月，凈化公司第三聯合裝置開工循環線蝶閥北側直管段發生腐蝕穿孔。在檢修及開工過程中發現，開工循環線存在管線腐蝕情況，管線最薄處由11mm減薄至5mm。

2 腐蝕原因分析及腐蝕機理

由情況介紹可知，開停工后，開工循環線管線可能殘留的氣體組分有：H2S、SO2、H2S、CO2、CH4、O2、CO等。蝶閥內漏，從硫磺單元出來的過程氣流入開工循環線，過程氣（溫度133℃）中含有大量的CO2（26%）、H2O（26%）、H2S（0.4%）、SO2（0.2%）。因此，凈化公司開工循環線可能存在濕H2S腐蝕、SO2露點腐蝕、CO2腐蝕，各腐蝕分析具體如下：

2.1 濕H2S腐蝕

濕硫化氫腐蝕受H2S濃度、pH值、水分和溫度等因素影響。對于同一類鋼材，硫化氫濃度越大，則越容易產生濕硫化氫腐蝕;通常pH越高，腐蝕越輕，當pH>7時，基本無腐蝕，當pH<4時，腐蝕最嚴重;濕硫化氫腐蝕只能在水或者水蒸氣結露存在時發生;濕硫化氫腐蝕易在室溫下進行，當溫度大于60℃發生腐蝕幾率下降。

2.2 SO2露點腐蝕

當氣體組分含一定量H2O、SO2和SO3，管道溫度低于露點溫度時，在管道內壁形成硫酸霧露珠，對管道造成腐蝕，該腐蝕稱作SO2露點腐蝕。SO2、SO3易溶于水生成腐蝕性較強的H2SO3和H2SO4，H2SO3與H2SO4對管道的腐蝕原理為對氫的置換，即析氫腐蝕。對于碳鋼和不銹鋼，在溶液中的腐蝕屬于陽極極化及陰極極化混合控制過程，因為鐵的溶劑反應活化極化極大，同時氫在鐵表面析出點位極大，故二者同時促進腐蝕過程，致使腐蝕速度增大。[1]

3 腐蝕防護措施

根據腐蝕機理可以看出，開工循環線腐蝕主要是由于管線中酸性氣的存在，腐蝕主要與酸性氣濃度、溫度、管道材質等因素有關，通過降低酸性氣濃度、提高操作（管道）溫度、升級管道材質等方式進行腐蝕防護，是減輕管道腐蝕、保障安全生產的有力保障。

3.1 降低酸性氣濃度

在液態水存在時，開工循環線中酸性氣：H2S、CO2、SO2濃度達到一定值時，會對管道造成一定程度的腐蝕，因此，開停工后，先向開工循環線中通入氮氣進行吹掃，將管道中殘余雜質氣體吹掃出。采用加氮氣保護的方式，一方面，降低酸性氣的濃度，從而減緩或者消除酸性氣對管道的腐蝕;另一方面，向開工循環線中通入有一定壓力的氮氣，可以一定程度防止過程氣通過蝶閥進入開工循環線，從源頭上減少或者消除酸性氣的危害。

3.2 提高操作（管道）溫度

從腐蝕原因分析可知，干燥的H2S、CO2和SO2對管道不會造成腐蝕，液態水與H2S產生濕H2S腐蝕，溶解CO2后生成H2CO3，與SO2（SO3）生成H2SO3（H2SO4），因此，液態水的存在是濕H2S腐蝕、SO2露點腐蝕和CO2腐蝕進行的前提之一，因此，提高管道溫度，避免水蒸氣凝結成液態水，與酸性氣結合造成管道腐蝕。為提高管道溫度，凈化公司采用在開工循環線管道外增加伴熱蒸汽線，減輕或避免各類腐蝕的發生。

3.3 管道鋼材的選擇

開工循環線蝶閥后管段為普通碳鋼，從（下轉第179頁）

（上接第177頁）腐蝕機理可以看出，針對SO2露點腐蝕，應選擇耐SO2露點腐蝕的金屬材料：09CrCuSb（ND鋼），碳素鋼、低合金鋼和奧氏體不銹鋼也可運用于SO2露點腐蝕，要求在露點溫度以上使用;針對CO2腐蝕，可選用碳素鋼和低合金鋼，要求操作溫度高于88℃;針對H2S腐蝕，應將普通碳鋼進行升級，針對開工循環線管段，凈化公司將20#碳鋼管線升級為抗硫化氫ANTI-H2S鋼材，并增加管道壁厚等級6mm。

3.4 防腐蝕涂層

使用防腐蝕涂層的方法具有工藝簡單、成本低的優點，該方法的作用原理為利用涂層材料將管道內壁與腐蝕介質隔離，從而有效實現防腐。目前環氧類防腐涂層使用較為廣泛，可以達到機械與化學惰性的防護，避免和減緩酸性氣的腐蝕。[2]

4 應急處理措施

當腐蝕穿孔發生時，會嚴重影響裝置平穩運行，重則涉及員工人身安全，因此，對腐蝕穿孔發生后采取適當的應急措施，是管線穿孔發生后人員安全的重要保障，凈化公司針對腐蝕穿孔，有以下三種主要的應急措施。

4.1 捆扎法

針對開工循環線腐蝕穿孔處，采用鋼帶捆扎法進行帶壓堵漏，確保有毒氣體短時間內不會繼續泄漏。

4.2 碳纖維復合材料修復補強技術

碳纖維復合材料管線補強技術是一種常見的管線減薄的應用技術，普遍應用于長輸管線、煉化企業，具有降低缺陷處應力、恢復/提高管道的承壓能力的作用，作業規范遵循《ASME PCC-2-2011Repair of Pressure Equipment and Piping》以及Q/12DG4013-2010《碳纖維補強技術施工/驗收作業規范》相關要求。

4.3 帶壓密注劑式夾具預保進行補強施工

注劑式夾具有兩個作用，一方面保障腐蝕減薄的管線不受外力的傷害，另一方面在管線內腐蝕加劇在造成管線出現泄漏的情況下，夾具也是對漏點的保護，在作業期間，夾具內已進行密封劑注入，可以很好的應對管線泄漏造成的安全隱患。

5 結語

①本文介紹凈化公司開工循環線腐蝕現狀，分析腐蝕原因可能為濕H2S、CO2和SO2露點腐蝕，并對腐蝕的機理進行簡單探討;

②本文針對腐蝕情況，提出降低酸氣濃度、提高操作（管道）溫度等4種防護措施，凈化公司采用向開工循環線加氮氣保護、蒸汽伴熱等方式后，所有測點位腐蝕率均低于0.2mm/a;

③針對現場漏點，凈化公司采用捆扎法、碳纖維復合材料修復補強技術和帶壓密注劑式夾具預保進行強補施工，處置之后，H2S檢測數值為0，無氣體通過漏點泄漏。

參考文獻：

[1]陳繼明.硫磺回收裝置的SO2腐蝕及其應對措施[J].化工安全與環境，2009（11）：8-9.

[2]文宇，劉安崢等.淺談二氧化碳的腐蝕機理與防護[J].科技信息，2012（01）：161