催化裂化裝置富氣系統管線腐蝕泄漏分析

于兆峰(大慶煉化公司煉油生產二部催化作業區，黑龍江 大慶 163411)

1 催化裂化裝置氣壓機富氣系統腐蝕概況

近年來由于加工原油的多元化和劣質化，煉油廠各裝置的腐蝕問題日趨嚴重。大慶煉化公司二部催化裂化裝置以常壓渣油及減壓渣油為原料，生產汽油、柴油、液態烴等產品，隨著原油含硫量的增加，裝置設備、管線的腐蝕問題越來越突出，尤其是氣壓機富氣系統管線頻繁出現多處腐蝕漏點，嚴重影響裝置安全平穩長周期運行。

2 催化裂化裝置富氣系統流程及介質參數

氣壓機富氣系統流程如圖1所示，分餾塔頂油氣經冷卻后進入氣壓機入口分液罐D10201，分液罐分離出的氣相介質經富氣壓縮機抽出，壓縮后升溫升壓送至吸收穩定單元繼續加工。催化裂化富氣系統就是指從氣壓機入口分液罐開始到氣壓機出口管線為止的所有設備及管線。

圖1 催化裂化裝置氣壓機富氣系統流程圖

經化驗分析，催化裂化裝置富氣系統介質參數如表1所示。

表1 催化裂化裝置富氣系統介質數據

3 造成腐蝕的原因

富氣系統出現漏點后，經采樣分析確定H2S是富氣中的主要腐蝕介質，其余腐蝕成分如HCl、SO2、SO3等含量較少，可忽略不計。有分析可知富氣中H2S的濃度為2.0～2.7×103mg/L，含量較高，易發生腐蝕。H2S的腐蝕類型很多，其中較常見且危害較大的是H2S應力腐蝕。H2S應力腐蝕方式主要有4種類型：氫鼓泡(HB)；硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)；氫致開裂(HIC)；由應力引起的氫致開裂(SOHIC)。富氣系統設備管線的腐蝕還有其特殊的影響因素：氫脆化(HIC)；熱影響區(HAZ)。

3.1 HB腐蝕

在腐蝕的微觀變化中，氫原子逐漸析出并向鋼中慢慢擴散，不斷地向鋼材的雜質區、分層和其他不連續處聚集形成氫分子。因為氫分子很難從鋼的組織內逸出，所以局部組織就會在這種內壓下屈服從而在表面層下形成平面孔隙結構，這種現象稱為氫鼓泡，其發生部位及分布情況為鋼板表面平行分布。它的發生與材料中的夾雜物等缺陷密切相關，與外加應力無關。富氣管線材質為20#，其中主要成分C：0.17～0.24，Si：0.17～0.37，Mn：0.35～0.65，雜質含量較多，且缺陷較多，尤其是有縫鋼管的焊道部位及其熱影響區。

3.2 SSCC腐蝕

電化學失重腐蝕SSCC。H2S、CO的分壓在濕度比較大的環境中會產生電化學腐蝕，且電化學腐蝕程度與分壓值成正比。劇烈的SSCC會導致設備、承壓管道的壁厚快速減薄，而且管路、設備中的介質流通及自控儀表的正常工作會受到大量的腐蝕產物阻礙。焊接中熱影響區的高硬度值是電化學失重腐蝕的高發部位。鋼材的化學元素、金相組織、力學性能、外應力、殘余應力以及焊接工藝都是影響SSCC的關鍵因素［1］。富氣中含有從分餾系統帶來的水分，且富氣管線為有縫鋼管，為電化學腐蝕發生提供了必要條件。

3.3 HIC腐蝕(氫致開裂)

階梯狀的內部裂紋，裂紋連接金屬內不同平面上相鄰的氫氣泡或者連接與金屬表面相鄰的氫氣泡。HIC 的形成不需要外部施以應力。內部裂紋(有時也叫氣泡裂紋)由于氫積累產生的內部壓力，借助穿晶塑性剪切機理而傾向于同其它裂紋相連。在鋼內不同平面上的裂紋相連被稱為階梯狀裂紋，以體現出裂紋的形態特征［1］。通過檢查漏點位置的裂紋截面，發現截面為剪切形狀，可以判斷出存在氫致開裂，氫致開裂與焊接缺陷結合，造成沿焊道方向長裂紋。

3.4 SOHIC腐蝕(應力定向氫致開裂)

與應力呈垂直排列的裂紋，這些裂紋是由鋼內小的 HIC裂紋連接而成，要形成應力定向氫致開裂需要拉伸強度(剩余的或施加的)。SOHIC 通常在基材金屬焊接的高應力集中區域及熱影響區。SOHIC 還可能在敏感鋼材的其他高應力點出現，比如機械裂紋和缺陷的尖端，或者由于鋼不同平面上的HIC 的相互作用而生成［1］。引發SOHIC的主要原因有：HAZ熱影響區；SSCC裂紋；少數HIC裂紋；制造缺陷裂紋。沿著預先存在的裂紋進一步擴展進而發展成SOHIC。因此，它往往伴隨其它腐蝕形式的出現，危害性更大。

3.5 HE氫脆化

由于原子氫的穿透而造成的高強度鋼的延性損失會導致脆性斷裂。氫脆( HE)在制造、焊接，或者在水溶液的、腐蝕性的或者氣體的環境中把氫充入鋼的時候會發生。由腐蝕機理可看出，在酸性腐蝕過程中會有氫離子析出，氫離子通過滲透進入鋼材內部，破壞了金屬內部結構，導致氫脆化的出現。

3.6 HAZ熱影響區

基材金屬與焊縫鄰近的部分，未熔化但焊接的熱量改變了其金相微觀結構和機械性能，并伴有不良影響。現場出現裂紋的位置緊貼焊道，而熱影響區的范圍是焊道兩側20 cm左右，離焊道越近，受熱影響越嚴重。

4 腐蝕狀況分析

圖2是打鋼帶處理后的漏點，漏點為沿管線本體焊道的裂紋，位置在緊貼焊道的熱影響區平行于焊道，管線材質為20#鋼。從圖中可以看出裂紋沿漏點位置繼續延伸。

圖2 焊縫處的應力腐蝕開裂

結合實際情況，分析主要原因有：(1)H2S在15～35 ℃的溫度環境下與水或水蒸氣混合，極易對碳鋼和低合金鋼產生SSCC腐蝕。常減壓渣油硫及硫化物含量很高，這些腐蝕成分在催化裂化的加工過程中又生成了以H2S為主的硫化物，在分餾過程中不可避免的與水或水蒸氣混合，形成了腐蝕介質；(2)富氣系統管線工作溫度在30～60 ℃，為SSCC腐蝕提供了極易發生腐蝕的溫度；(3)富氣系統介質的pH值為6～9，屬于硫化物腐蝕較活躍范圍；(4)在腐蝕部位，沿裂紋方向的內管壁上發現了凹凸不平的腐蝕小坑，在這些小坑位置還會形成渦流，加快了腐蝕速率[1]。綜上所述，根據氣壓機富氣系統管線中的介質以及裂紋產生的部位與形狀，并結合腐蝕機理可以判斷，裂紋的出現主要是由于硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)和焊接應力引起的氫致開裂(SOHIC) 導致。

5 結語

通過以上分析，結合機組實際工藝操作指標，采取以下措施解決腐蝕問題：(1)在氣壓機入口油氣分離器D10201前，加注緩蝕劑，與介質中的H2S中和，從而降低富氣中的H2S含量，提高介質pH值。(2)在氣壓機入口管線和機間管線注入除鹽水，使壓縮富氣系統的pH值大于9，脫離易于硫化氫腐蝕的pH環境。(3)更換被腐蝕管線并將管線材質升級為Q245R，在更換作業時對每道焊縫均做熱處理，同時通過射線探傷、著色等方式檢驗焊接質量。(4)在滿足工藝操作的前提下，可以調整富氣入口溫度，使其脫離15～35 ℃碳鋼和低合金鋼對SSCC 的敏感區，減緩腐蝕速率。通過采取上述措施后，可以減緩催化裂化裝置的富氣系統的硫化氫應力腐蝕開裂，保證機組長周期平穩運行。