苯乙烯裝置脫氫尾氣凝液系統腐蝕原因分析

黃新泉

（中國石油獨山子石化分公司研究院，新疆 獨山子 833699）

0 引言

某石化公司苯乙烯裝置脫氫尾氣系統的尾氣后冷器E-2420尾氣進口管線及凝液調節閥出口管線相繼發生腐蝕泄漏，由于系統溫度不高（約60℃左右），同時壓力為負壓，未發生嚴重安全生產事故，但裝置局部被迫停工檢修對裝置平穩生產帶來一定影響，為預防此類事故再次發生，本文根據現場腐蝕調查及工藝了解，對苯乙烯裝置尾氣凝液系統腐蝕機理進行探討，并提出防護建議。

1 腐蝕形貌

E-2420進口管線腐蝕泄漏部位及管程（尾氣）出口封頭局部腐蝕形貌如圖1所示。

圖1 E-2420進口管線腐蝕泄漏部位及管程（尾氣）出口封頭腐蝕形貌

從圖1可以看出，泄漏部位在進口管線側彎處，管線彎頭規格φ500×15mm，開工運行10年即腐蝕穿孔，年腐蝕速率約1.5mm/a；出口封頭排液線附近密布小蝕坑，測厚最小厚度約4mm，局部腐蝕減薄嚴重。

脫氫尾氣凝液調節閥出口管線局部腐蝕形貌如圖2、圖3所示。

從圖2可以看出，腐蝕穿孔部位在異徑管（φ40變φ80）的φ40管與法蘭焊縫上部，φ40管內部有明顯腐蝕坑，焊縫處明顯腐蝕減薄，呈凹槽狀。

從圖3可以看出，φ80內壁上部光潔，無明顯腐蝕，下部有輕微腐蝕坑。泄漏點位于φ40管線與法蘭連接焊縫上部，呈圓孔狀。

2 腐蝕機理

2.1 工藝流程簡述

圖2 脫氫尾氣凝液調節閥出口φ40管線局部腐蝕形貌

圖3 脫氫尾氣凝液調節閥出口φ80管線局部腐蝕形貌

從粗苯乙烯冷凝器中排出的尾氣中含有的不凝氣（主要是氫，二氧化碳和甲烷），連同一部分芳烴和水蒸汽進入尾氣壓縮機K-2471 的吸入口。尾氣壓縮機的排出氣經三個串聯換熱器，分別是尾氣粗苯乙烯換熱器E-2439、脫氫尾氣后冷器E-2420、粗苯乙烯尾氣冷凝器E-2406，冷凝出水和芳烴。冷凝液送回至粗苯乙烯分離罐V-2202進行油水分離。從尾氣后冷器中排出的不凝尾氣進入尾氣吸收/解析系統C-2560中進一步回收芳烴。具體工藝原則流程圖如圖4所示。

從圖4可以看出，E-2420是尾氣吸收系統的第二級換熱器，設計尾氣進口溫度不大于65℃，測厚數據表明，第一級E-2439出口部位原設計為12mm的管線，實測厚度為11.9mm，管線無明顯減薄，不足以引發泄漏。腐蝕主要集中在E-2420尾氣進口管線和出口凝液所經過的碳鋼材質管線（尾氣凝液調節閥進出口管線）或設備（E-2406封頭）處，直至凝液進入粗苯乙烯分離罐V-2202，凝液隨水切除，腐蝕減緩。

圖4 苯乙烯脫氫尾氣凝液原則流程圖

2.2 腐蝕機理說明

2.2.1 腐蝕介質

脫氫尾氣凝液腐蝕介質主要是尾氣中的二氧化碳，二氧化碳遇水后，會形成碳酸腐蝕。尾氣中含有的少量水分在正常條件下，應在二級冷凝器E-2420管束中由氣相冷凝為液相，并隨尾氣凝液直接排放至凝液分離罐出口，隨切水操作排出，以避免腐蝕的發生。同時，二級冷凝器管束及凝液出口至V-2202管線設計為0Cr18Ni9不銹鋼作為防腐措施。

2.2.2 腐蝕過程

從工藝流程和腐蝕介質的描述可以看出，CO2腐蝕在該系統的腐蝕不可避免，但要將初凝點控制在E-2420管束內部，并及時切水。現在初凝點前移至E-2420進口管線側彎處，表明E-2420尾氣進口溫度偏低，本不該出現的液態水提前出現在進口管線側面彎頭處。

造成該段溫度偏低的原因是新疆冬季寒冷，管線保溫不夠；也可能是壓縮機出口操作溫度偏低，查閱車間DCS操作圖得知，2018年1月，E-2420進口溫度僅為43℃左右，2018年7月，E-2420進口溫度上升為56℃左右，離操作規程要求的65℃差距較大，這導致本應在E-2420管束內發生的露點腐蝕前移至進口管線處，減薄泄漏發生在側彎的主要原因是，發生泄漏的側彎正好和上一級彎頭的背彎相對應，液態水更易在側彎處聚集。

尾氣出口封頭內局部發生較嚴重的腐蝕減薄，主要原因是凝液排出不及時，含酸水溶液長期集聚在凝液排出線附近，對碳鋼材質封頭內壁底部造成局部腐蝕。

二氧化碳溶于水形成的碳酸腐蝕機理本質上仍是氫離子的去極化腐蝕[1]，腐蝕反應方程式如下：

總反應：

酸性凝液沿不銹鋼管線流至調節閥處時，由于調節閥進出口管線均為碳鋼，且焊縫本身有夾雜，未焊透等缺陷，酸性凝液對所經過的碳鋼管線均發生一定程度的腐蝕，尤其對焊縫等薄弱環節處發生嚴重腐蝕，加上調節閥出口法蘭處底部平緩，上部突起的變徑管線，原本在底部的酸性凝液，隨管徑變徑，擾動至焊縫上部，對整個環焊縫造成嚴重腐蝕，最終在焊縫缺陷最明顯的上部腐蝕穿孔。

無論是φ40管線內部還是φ80管線內部，腐蝕都較E-2420進口處明顯減緩，表明脫氫尾氣凝液系統的酸性物質流動至調節閥處時，含量已大幅減小，如能嚴格控制焊縫質量，加大調節閥進出口管線測厚頻次，都可以避免腐蝕泄漏的發生。當然，更換調節閥進出口管線為0Cr18Ni9不銹鋼材質，是防止脫氫尾氣凝液系統腐蝕的最經濟方式。

3 結論及建議

（1）脫氫尾氣凝液系統的腐蝕機理是CO2溶于水形成的碳酸腐蝕，同時存在氣液相變的初凝區露點腐蝕；

（2）發生于E-2420尾氣進口管線側彎處腐蝕泄漏主要原因是初凝點前移至碳鋼管線；封頭局部發生局部嚴重減薄的原因為凝液聚積；調節閥后出口管線大小頭焊縫處腐蝕泄漏主要是碳酸在焊縫缺陷處的腐蝕；

（3）建議在該系統設置在線腐蝕探針及在線定點測厚監測點；

（4）封頭內加犧牲陽極塊或對封頭內部進行涂料防腐；

（5）建議對尾氣凝液整個后續系統的管線升級為0Cr18Ni9不銹鋼材質，并對碳鋼設備（E-2420封頭）進行全面厚度檢查，以便及時發現腐蝕隱患。