CO2 吸收塔進料預熱器失效探究

李俊日

（中國石油四川石化有限責任公司，四川成都 611930）

1 背景介紹

2020 年7 月，中國石油四川石化有限責任公司生產六部的乙二醇裝置的CO2吸收塔進料預熱器E-202 發生腐蝕穿孔問題，車間立即采取相應措施進行腐蝕的原因分析。

該預熱器的換熱器型式為固定管板式，E-202 換熱管設計規格為Ф25×2 mm，與管板的連接方式為“強度焊+貼脹”；管束材料型號為CS/CS，其管程、殼程的操作條件見表1。

表1 管程、殼程的操作條件

2 檢測分析

2.1 宏觀檢查

該臺換熱器共有換熱管1954 根，本次堵管50 根、堵管率為2.5%，泄漏的換熱管主要集中在第一管程中下部、溫度較高的區域（圖1）。換熱管與管板焊縫無腐蝕跡象，焊接紋路清晰可見，換熱管端部邊角銳利（圖2）。管箱內表面有輕微黃銹，腐蝕輕微，均勻腐蝕≤0.1 mm。

圖1 換熱管堵管形貌

圖2 換熱管失效泄漏處形貌

2.2 渦流檢測

（1）壁厚。平均壁厚1.53 mm，最小壁厚0.60 mm，最大壁厚1.75 mm。其中，壁厚值小于1.5 mm 的列管全長壁厚不均勻，存在局部減薄區且減薄區分布無規律；其余列管全長壁厚基本均勻一致，但都存在均勻減薄趨勢。

（3）缺陷。有1 根列管存在嚴重缺陷信號顯示，其缺陷體積當量大于對比樣管上Ф3 mm 通孔缺陷信號，管號為01-45#，缺陷位置在距西側管口1.3 m 左右處；其余被檢列管均存在連續缺陷信號顯示，缺陷體積當量略小于對比樣管上4×20%深度平底孔缺陷信號。

2.3 定點測厚情況

E-202 管程介質為貧碳酸鹽溶液，管程入口管線上按測厚管理規定布有1 個測點，殼程進出口管線管徑較大（DN900/600 mm）且在高處，介質為氣態，按規定未進行相關測厚布點。YE-215 測點最近一期腐蝕速率0.036 mm/a，定點測厚結果表明，E-202 管程未發現明細減薄現象。

2.4 化驗分析情況

2020 年7 月24 日，對乙二醇裝置的E-202 循環氣進行采樣分析。腐蝕介質中主要成分是CO2（有機酸由于條件限制無法分析），化驗結果見表2。

表2 E-202 循環氣采樣分析結果

3 國內部分企業調研

（1）中海油（惠州）殼牌（SHELL）。中海油（惠州）殼牌2006年開車運行，乙二醇裝置加工處理量與四川石化公司基本相同，處理工藝相同。2013 年之前E-202 曾經出現大面積泄漏現象，原因是最初支撐板與管束之間在循環氣作用下產生振動摩擦導致泄漏，貧液進入殼程產生酸腐蝕和沖蝕現象。2013 年以后，更換了換熱器一直至現在，未出現泄漏現象。

（2）遼化公司。遼陽石化乙二醇年加工處理量20 萬噸，2007年12 月開車運行，加工工藝與四川石化相同，E-202 未發生過泄漏現象。

（3）寧波富德。寧波富德采用和四川石化乙二醇相同SHELL技術，其開工時間為2013 年，CO2進料加熱器未發生過泄漏現象。

4 失效初步分析

綜合腐蝕檢查、渦流檢測化驗分析、定點測厚、內窺鏡檢查以及國內調研結果，腐蝕原因推測如下：

（1）最初支撐板與管束之間在循環氣作用下產生振動摩擦導致泄漏，貧液進入殼程產生酸腐蝕和沖蝕現象。流入殼體的碳酸鹽不斷聚集濃縮，出現垢下腐蝕及結晶現象，在氣、液、固三相流（至少兩相流）作用下，對管束局部（局部湍流）產生強烈的沖刷磨蝕。支撐板與管束之間振動摩擦加速了開裂進程。

（2）編號01-45#的換熱管渦流檢測時發現，在距西側管口1.3 m 左右處已穿孔，在距西側管口約1.3 m 處正好有一個支撐板。殼程內窺鏡檢查表明，支撐板和換熱管間存在較大的縫隙，因循環氣流速大，易導致管束的振動。

（3）循環氣露點很低、約-40～-50 ℃，該工藝下循環氣溫度約47 ℃，主要含有CO2、甲烷、O2和微量的水蒸汽等，循環氣在氣態條件下腐蝕輕微。如果微量水存在就會形成碳酸腐蝕、有機酸腐蝕，溫度越高腐蝕問題越嚴重。

5 結論與建議

5.1 結論

根據推測分析和國內部分裝置調研結果，推測結論如下：（1）最初支撐板與管束之間在循環氣作用下產生振動摩擦導致泄漏，貧液進入殼程產生酸腐蝕和沖蝕現象。

（2）流入殼體的碳酸鹽不斷聚集濃縮，出現垢下腐蝕及結晶現象，在氣、液、固三相流（至少兩相流）作用下，對管束局部（局部湍流）產生強烈的沖刷磨蝕[1]。

（3）支撐板與管束之間振動摩擦加速了開裂進程。

5.2 建議

（1）建議對失效換熱管取樣做失效分析，以確定真正失效原因。

（2）換熱器管束出現嚴重減薄現象，嚴重影響生產的安穩運行，依據SHS 04523—2004《列管式換熱器維護檢修規程》，建議備貨更換管束。

（3）改進完善E-202 制造加工質量[2]。E-202 嚴格執行制造加工規范，控制管束與支撐板間隙在規定范圍內。可以考慮管束在循環氣入口、循環氣出口增加防沖板或導流筒，避免或降低循環氣直接接觸管束導致擾動振動現象。