瓦斯回收壓縮機循環(huán)水冷卻器腐蝕原因分析

江 臣 周文凡 李 敏

（1. 中國石油獨山子石化公司研究院，新疆 獨山子 833699；2. 中國石油獨山子石化公司科技信息處，新疆 獨山子 833699）

0 引言

煉油廠各裝置排放的低壓瓦斯，回收進入氣柜，然后通過瓦斯過濾器過濾，再經(jīng)過進氣分液罐分液，分液后的瓦斯進壓縮機兩級壓縮，利用壓縮機將低壓瓦斯升壓，壓縮后的瓦斯經(jīng)后循環(huán)水冷卻器冷卻、出氣分液罐分液后，送至瓦斯脫硫單元進行脫硫處理，處理完后送入高壓瓦斯管網(wǎng)供廠內(nèi)各裝置瓦斯用戶使用。

低壓瓦斯氣是煉油化工裝置生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的伴生氣體。它具有如下特點：（1）易燃易爆，低壓瓦斯中常常有H2、C2H2及其它烴類有機物，同時含少量O2是一種非常危險的爆炸性氣體；（2）有毒且具有酸性及腐蝕性，通常低壓瓦斯氣中含有H2S、CO等有毒腐蝕性氣體，同時還含有水或水蒸氣，在它們的共同作用下，對一般金屬具有較強的腐蝕性；（3）組分復(fù)雜多變，含有C1～C6以及H2S等物質(zhì)。低壓瓦斯氣主要成分及含量如表1所示。

表1 低壓瓦斯氣主要成分及含量表

1 工藝流程簡介

瓦斯回收裝置有3臺壓縮機（J-001/J-002/J-003），一般正常運行時一開兩備，而每一臺壓縮機含有兩級氣缸，回收的低壓瓦斯氣經(jīng)壓縮機兩級壓縮進行升壓處理，其工藝流程簡圖如圖1所示。

由圖1可知每次經(jīng)氣缸壓縮升壓后都需要通過循環(huán)水冷卻器進行冷器，循環(huán)水冷卻器采用的是U型管式換熱器，換熱器殼程介質(zhì)為瓦斯，管程介質(zhì)是循環(huán)水，而本次發(fā)生腐蝕泄漏的循環(huán)水水冷卻器是運行了2年時間的J-001壓縮機一、二級循環(huán)水冷卻器，相關(guān)水冷器運行參數(shù)具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 J-001壓縮機一、二級循環(huán)水冷卻器運行參數(shù)表

圖1 瓦斯回收裝置壓縮機工藝流程簡圖

2 運行情況

本次發(fā)生腐蝕泄漏的循環(huán)水冷卻器是壓縮機J-001一、二級循環(huán)水冷卻器，相關(guān)循環(huán)水冷卻器設(shè)備參數(shù)如表3所示。

表3 J-001壓縮機一、二級循環(huán)水冷卻器設(shè)備參數(shù)表

3 腐蝕失效分析

3.1 宏觀檢查

將壓縮機J-001一、二級循環(huán)水冷卻器進行拆檢清洗后，管束、管板腐蝕宏觀檢查情況如圖2所示。

圖2 壓縮機J-001一、二級循環(huán)水冷卻器腐蝕形貌圖

由圖2可知E-001A管板均勻腐蝕嚴(yán)重，如圖2中A處，大部分管束與管板焊肉腐蝕殆盡、焊縫開裂，該處也是發(fā)生腐蝕泄漏的主要部位，管束外壁U型彎處均勻腐蝕明顯，但無腐蝕泄漏痕跡；E-001B采用碳鋼+熱固化涂層防腐，管板涂層附著情況較好，無明顯腐蝕現(xiàn)象，但水壓試驗發(fā)現(xiàn)E-001B有兩根管束發(fā)生泄漏，對泄漏管線進行檢查發(fā)現(xiàn)管束中段有多個直徑5mm左右、深2mm左右的坑蝕，腐蝕宏觀形貌如圖2中B處。

3.2 檢測分析

將壓縮機J-001一、二級循環(huán)水冷卻器進行拆檢清洗前，宏觀檢查情況如圖3所示。

由圖3可知，壓縮機J-001一、二級循環(huán)水冷卻器殼程表面都沉積有大量膠泥類物質(zhì)，沉積的膠泥類垢物取垢樣進行分析，其結(jié)果如表4所示。

圖3 壓縮機J-001一、二級循環(huán)水冷卻器清洗前宏觀圖

表4 J-001壓縮機一、二級循環(huán)水冷卻器 管束外表面垢樣分析結(jié)果

由表4可知J-001壓縮機一、二級循環(huán)水冷卻器管束外表面垢樣中主要為有機類物質(zhì)，主要原因是因為瓦斯中含有種類多樣的有機物質(zhì)，在壓縮過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生大量膠泥類物質(zhì)沉積。

將J-001一級循環(huán)水冷卻器管束外表面膠泥類物質(zhì)清理后取腐蝕垢樣進行能譜分析，其結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知J-001壓縮機一級循環(huán)水冷卻器管束外表面腐蝕物的主要構(gòu)成為鐵的硫化物及鐵的氧化物。

圖4 壓縮機J-001一級循環(huán)水冷卻器腐蝕垢樣能譜分析

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

（1）壓縮機J-001一、二級循環(huán)水冷卻器管束外側(cè)、擋板及U型彎處腐蝕的主要原因是膠質(zhì)物沉積導(dǎo)致垢下腐蝕；

（2）壓縮機J-001一級循環(huán)水冷卻器腐蝕[1]主要分布在管板焊縫處，而查閱近年來循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)控制參數(shù)、腐蝕及結(jié)垢監(jiān)測數(shù)據(jù)均無超指標(biāo)現(xiàn)象，故主要原因是冷卻器在備用期間循環(huán)水進出口閥關(guān)閉，循環(huán)水側(cè)未采取放空等防腐蝕處理措施，導(dǎo)致長期存留在管束側(cè)的循環(huán)水水體惡化，加劇循環(huán)水側(cè)腐蝕；

（3）壓縮機J-001二級循環(huán)水冷卻器的熱固化涂層可有效減緩循環(huán)水腐蝕，介質(zhì)側(cè)局部涂層遭到破壞后，形成大陰極、小陽極的腐蝕環(huán)境，加速腐蝕。

4.2 建議

（1）對發(fā)生泄漏的管束及腐蝕減薄超過40%的管束及時進行堵管處理；

（2）制定壓縮機入口過濾器清理制度及頻次，減少低壓瓦斯中固體顆粒物進入壓縮工藝處理單元，降低循環(huán)水冷卻器發(fā)生垢物沉積導(dǎo)致垢下腐蝕的風(fēng)險；

（3）備用循環(huán)水冷卻器循環(huán)水側(cè)進行放空處理或保持循環(huán)水流動，防止循環(huán)水密閉導(dǎo)致水質(zhì)惡化引起腐蝕[2]。

（4）循環(huán)水冷卻器循環(huán)水側(cè)建議安裝過濾器或反沖洗閥，防止破損填料及雜物堵塞管束，導(dǎo)致 腐蝕；

（2）根據(jù)循環(huán)水冷卻器運行情況制定拆檢計劃（建議不超過一個大檢修周期），進行腐蝕減薄檢測及失效分析，水試漏、渦流檢測單管程不合格比例大于10%，建議更換管束；水試漏、渦流檢測單管程不合格比例大于5%，重點監(jiān)控運行，并建議購置備用管束；

（6）瓦斯回收裝置壓縮機J-003一、二級循環(huán)水冷卻器于2019年大修后管束更換成不銹鋼，累計安全平穩(wěn)運行近2年，本次拆檢時管束外側(cè)無膠泥類沉積雜物，且管束表面也無較明顯腐蝕，故建議對壓縮機循環(huán)水冷卻器管束進行材質(zhì)升級，降低腐蝕泄漏風(fēng)險。

5 結(jié)語

低壓瓦斯管網(wǎng)系統(tǒng)中介質(zhì)組分較復(fù)雜，含有大量有機物質(zhì)，且含有硫化氫、CO2等多種腐蝕性物質(zhì)，是石化行業(yè)中易腐蝕部位，又在壓縮過程中易產(chǎn)生膠泥及單質(zhì)硫，沉積于管束，發(fā)生垢下腐蝕，因此需對該處水冷器進行重點管控，一方面需要定期對介質(zhì)側(cè)沉積物的清理，降低垢下腐蝕，另一方面需要加強對停運設(shè)備的防腐蝕處理，防止循環(huán)水側(cè)水質(zhì)惡化對水冷器的腐蝕，具備條件的可以進行材質(zhì)升級處理。