丁辛醇裝置火炬系統腐蝕原因及對策初探

趙楓

摘 要：在石油化工生產作業的過程中，火炬系統擔負著重要的作用，不僅維護了石油化工生產的安全，還確保了石油化工生產的質量。通過近30年的運行，丁辛醇裝置火炬系統出現了腐蝕，影響系統安全運行。本文對丁辛醇裝置火炬筒體腐蝕穿孔的原因進行了分析，結合火炬實際運行情況進行了技術改造和修復，保證了化工裝置火炬的安全運行。

關鍵詞：分子封;火炬;裝置;腐蝕;修復

前言

分子密封器為火炬防回火有效設備，它是一個單獨的設備，安裝在火炬頭和火炬筒體之間。化二火炬的分子封為倒吊鐘式分子密封器。倒吊鐘式分子密封器為目前國內外應用最為廣泛的一種。適用于烴、烴類火炬氣排放，其特點為耗密封介質量小，性能可靠，其阻力降一般同火炬筒體，耗氣量一般按氣體流速確定，即以火炬氣總管直徑確定，流速為0.03--0.05m/s。火炬分子封作用：是注入一定量的分子量比空氣小的密封氣體，如氮氣或天然氣作為密封氣，防止火焰從火炬頂部倒入火炬筒體及排放總管內，以到達防止回火的目的，如果氣源斷了，火炬上游系統管線冷卻，易造成整體管道負壓，火焰與空氣倒吸入管道與可燃氣混合，從而造成閃爆

1 裝置火炬腐蝕現象

工作原理：當裝置投入運行時必須連續從火炬筒體的入口管道上通入分子量較空氣輕的氣體（如氮氣或甲烷氫氣），這些氣體將集聚在分子密封器入口，分子密封器內有一個鐘罩，使上行的氣體經鐘罩導向，再通過火炬頭排出，同時阻止空氣從火炬頭頂端注入筒體內，以避免系統內形成爆炸性的混合氣體，從而達到防止回火的目的，確保系統安全，使上行的氣體先經分子密封器的鐘罩導向，再通過火炬頭燃燒，阻止空氣從火炬筒體頂端流入筒體內。當火炬處于待命或小流量運行狀態時，在分子密封器入口前端連續通入分子量較空氣輕的吹掃氣體（氮氣、天然氣），利用吹掃氣體的浮力在分子密封器的鐘罩內形成一個壓力高于大氣壓的微正壓區域，使得空氣不能進入壓力較高火炬內，從而阻止回火或內部爆炸。

由于分子封底部設置排液和清污口，保證分子封通道內部形成積液和雨水積聚。管道外壁保溫，防止嚴寒的冬季發生排液管凍結事故。在分子封底部存液就易發生侵蝕現象，下圖為檢修發現火炬分子封底部角焊縫處有物料痕跡，焊縫處有裂紋，原因為該角焊縫處長期封液底部殘渣堆積及沖刷腐蝕，導致有局部腐蝕開裂。易造成嚴重后果分子封底部焊縫裂紋擴大，易造成封液流失，分子封失效，造成火炬回火，導致空氣進入火炬總管內部，導致總管內部氧含量超標造成總管及分子封爆炸事故。

2 裝置火炬腐蝕分析

2.1腐蝕條件

2.1.1酸性環境下的化學腐蝕

由于火炬所排放的燃料氣中有一定量的液體，在剛出裝置時溫度較高，燃料氣裹攜著液體向后路移動，雖經多級排凝空氣體中還含有一定量的硫化氫，因而匯集到火炬的帶酸性S2—離子液體較多。由 于火炬筒體長期處在潮濕的環境中，低壓燃料氣中的硫化氫等腐蝕性介質在水的作用下形成含S2— 離子的腐蝕性環境，并發生下述反應：

腐蝕介質呈酸性，腐蝕產物在金屬表面形成 疏松、脆性的硫化物外腐蝕層。由于腐蝕的持續 進行，硫化物不斷剝離脫落。其結果是不斷刷新金屬表面，使金屬表面受到嚴重的腐蝕破壞;化學腐蝕發生在底部火炬筒體的接口、接管等應力集中或存在缺陷處的金屬表面，結果首先是應力集中和缺陷處出現蝕坑和開裂，從而導致局部腐蝕加劇和金屬脆裂。

2.1.2露點腐蝕

低壓燃料氣中的硫化氫在排放時燃燒生成二氧 化硫和水，反應如下：

在髙溫下，二氧化硫的一小部分轉化成三氧化硫，三氧化硫在潮濕環境下變成硫酸，在火炬筒體壁上形成酸露點。硫酸沿著筒體壁流下聚集在分子密封器及筒體下部，酸露點腐蝕后產生的FeS04在二氧化硫及氧氣的作用下又可生成硫酸鐵，反應如下：

附著沉積在火炬筒體內壁上，形成一種酸性的、易吸潮的腐蝕層。當火炬排放結束后溫度降到常溫時，Fe2（S04）3即開始潮解，在火炬內表面形成強酸性的腐蝕環境。如果腐蝕產物沒有及時清除，那么聚集酸液的部位將一直受到稀酸的腐蝕。

2.1.3高溫硫化物腐蝕

燃料氣在排放燃燒時，由于熱的傳導和輻射，使整個火炬筒體始終處在200?150（TC的溫度環境中，燃料氣中的硫化氫在空氣不足時燃燒生成硫，反應如下：2H2S+Oz=2S+2H2〇，同時在有微量水存在時，硫化氫亦可與二氧 化硫反應生成硫，反應如下：2H2S+S02=2H20+3S，元素硫在350?400'C時，很容易與碳鋼直接 反應生成硫化亞鐵，造成高溫硫腐蝕：Fc + S=FeS 這種腐蝕對碳鋼的破壞作用相當嚴重。

2.1.4筒體結構使火炬底部易積聚腐蝕性物質

由于燃料氣攜帶了大量的各生產裝置所排放的雜質，另外裝置至火炬沿線沖刷的臟物以及燃料氣中酸性介質腐蝕下來的廢淹，全部匯集到了火炬筒體底部，導致火炬筒體排液口經常不暢而阻塞。各種雜質長時間的淤積，使火炬底部區域成為一個腐物質沉積的死角。

2.1.5火炬簡體材質不具備抗腐蝕能力

火炬設計選用鋼材僅考慮到了火炬體的強度、耐溫性及部分區域（火炬頂部分子密封器及火 嘴）的抗腐蝕性，而對下部筒體沒有采取任何防護措施，顯然不適應運行環境。

3 裝置火炬腐蝕對策

3.1增加底部筒體內的局部防護

考慮到更新改造的經濟性、可行性及施工的工期，更新的火炬筒體底部仍采用了與原設計相 同的材質。為提高底部筒體的抗腐蝕性能，在瓦斯入口以下管段內壁噴涂了耐酸性介質腐蝕的瀝青漆。

3.2生產操作方面的改進

增加裝置至火炬設施沿途低壓瓦斯管線各排凝點的排液次數，盡量減少向下游火炬帶液;6?10個月對每臺火炬筒體底部進行一次清理，保持底部排液暢通;運行中的火炬，在每次排放瓦斯后要及時用低壓蒸汽和氮氣反吹筒體，以清理、疏通火炬筒體;在更新底部筒體時，對內底板與筒體間接觸腐蝕性介質一側的角焊縫要求光滑、飽滿、完全焊透、沒有縫隙和缺陷，并且通過著色、磁粉探傷檢測。

4 結論

腐蝕是火炬系統安全隱患的重要原因之一，由于裝置生產為高溫高壓條件，且反應、傳遞介質都具有危險性，所以火炬設備防腐和裝置腐蝕檢查尤為重要，日常要對偏遠區域的火炬系統進行嚴格的檢查，火炬系統設備和管線的材質檢查更要加強。

參考文獻

[1] 天然氣放空系統火炬研究. 肖雙斌. 工程碩士學位論文.

[2] SH 3009-3013 石油化工可燃性氣體排放系統設計規范