高含硫天然氣凈化裝置的腐蝕與防護

趙 挺 李躍杰 唐志強 孫 鑫 王 瑞

（中石化廣元天然氣凈化有限公司，四川 廣元 628400）

0 引言

腐蝕一直是石油和天然氣行業存在的一個重大問題，對勘探、生產、加工和運輸的設備設施產生不利影響，同時帶來巨大的經濟成本和安全隱患[1]。高含硫天然氣凈化過程中易產生大量具有腐蝕性的介質，因此存在著很大的腐蝕問題，由于腐蝕導致設備損壞、破裂而引發的危險介質泄漏問題將成為影響安全生產、環境保護和企業利益的最大潛在威脅[2]。

高含硫天然氣凈化裝置的腐蝕機理主要是化學腐蝕和電化學腐蝕兩種。其中，化學腐蝕是指在高含硫天然氣凈化裝置中，硫化氫和二硫化碳等有害物質與金屬表面發生化學反應，形成硫化物和硫酸鹽等物質，導致金屬表面的腐蝕。電化學腐蝕是指在高含硫天然氣凈化裝置中，金屬表面與電解質（如水、酸、堿等）接觸時，發生電化學反應，導致金屬表面的腐蝕。其主要腐蝕類型包括SO2-CO2-H2O的腐蝕[3]、H2S-H2O的腐蝕[4]、循環冷卻水中氯離子或微生物等物質導致的腐蝕[5-8]等。高含硫天然氣凈化裝置的腐蝕影響因素主要包括溫度、壓力、流速、氣體成分、金屬材料等。其中，溫度和壓力是影響腐蝕速率的重要因素，溫度越高、壓力越大，腐蝕速率越快；流速也是影響腐蝕速率的因素之一，流速越大，腐蝕速率越快；氣體成分也會影響腐蝕速率，含有更多的硫化氫和二硫化碳等有害物質的天然氣，腐蝕速率越快；金屬材料的選擇也會影響腐蝕速率，不同的金屬材料對于不同的腐蝕環境有不同的耐腐蝕性能。

某高含硫天然氣凈化廠在裝置停產檢修期間，對單套聯合裝置以及相關輔助設施進行腐蝕調查，由點及面，全面分析了天然氣凈化裝置現場實際存在的腐蝕問題并提出了相應的防腐管理措施，為相關行業的腐蝕管理與防護工作提供參考。

1 主要腐蝕問題及建議

某凈化廠停工檢修腐蝕調查共調查塔器4座，容器24臺，換熱器7臺，反應器1臺，主要工藝管線91條，存在的主要腐蝕問題如下所述。

1.1 溶劑再生塔的腐蝕

腐蝕描述：如圖1所示，檢查發現溶劑再生塔塔底重沸器返塔入口正對面處塔壁有沖蝕痕跡。經測厚核查，沖蝕區域壁厚最小值為12.19mm，對比其他部位塔壁厚度減薄量約為5～6mm。塔底重沸器返塔線入口短節內表面有減薄現象，如圖2所示，短節與法蘭連接環焊縫內側測厚數據最小值為14mm、最大值為16mm。焊縫外側測厚數據最小為20mm，最大為22mm。分析為RNH2污染物-CO2-H2S-H2O的腐蝕及沖刷腐蝕。

圖2 重沸器返塔短節減薄形貌

防腐建議：對減薄區域塔壁進行貼板，同時增加防沖板；返塔線入口短節增加日常檢測頻率。生產運行期間應經常清洗過濾器，控制再生塔進料溫度在90～95℃，防止CO2與H2S釋放量增大，加重塔頂腐蝕。控制熱穩態鹽含量小于1%。加強胺液質量的監控，定期檢查貧胺液pH值。控制重沸器所用蒸汽壓力在0.3MPa左右，溫度不高于149℃，防止胺液發生熱降解，加重腐蝕。

1.2 低壓火炬水封罐的腐蝕

腐蝕描述：如圖3所示，檢查發現低壓火炬水封罐內壁及兩側封頭表面有大量灰褐色積垢，垢下有明顯蝕坑，以兩側封頭最為嚴重，蝕坑最深約5.5mm，直徑20～30mm；罐底低壓蒸汽管表面密布不均勻蝕坑，個別位置已經穿孔。分析為CO2-H2SH2O的腐蝕。

防腐建議：對蝕坑較深的罐壁及封頭進行補焊或貼板，更換罐底低壓蒸汽管線。

1.3 半富液冷卻器的腐蝕

腐蝕描述：如圖4所示，檢查發現半富液冷卻器管箱隔板表面有明顯積垢，垢下有不均勻蝕坑，蝕坑最深約2.5mm，直徑10～50mm。分析為循環水質較差，流速較低，水垢、雜質和泥垢沉積導致垢下腐蝕。

圖4 管箱隔板蝕坑形貌

防腐建議：加強日常循環水水質管理，對水冷器循環水流速進行定期檢測，防止因流速過低而造成的嚴重結垢及垢下腐蝕，同時對循環水側管箱采用專用防腐涂料進行防腐處理，可考慮管箱內增加犧牲陽極保護。

1.4 部分管線的腐蝕

腐蝕描述：再生貧TEG出口管線兩處彎頭外彎出現減薄，減薄率分別為47%和40%（測厚最大值為5mm）。主要原因是貧TEG中含有少量的H2S、CO2、O2等介質，形成低溫CO2-H2S-H2O型腐蝕，在閥門前后等流速不均勻的管件部位與沖刷共同作用加劇腐蝕的發生。溶劑回收罐至富胺液閃蒸罐入口管線一處彎頭外彎和一處彎頭內彎出現減薄，減薄率分別為32%和27%（測厚最大值為9mm），分析為胺腐蝕和沖刷腐蝕所導致。凝結水泵出口管線七處彎頭外彎出現減薄，減薄率分別為21%、24%、21%、33%、22%、27%、33%（測厚最大值為7mm），分析為溶解在水中的CO2和溶解氧的腐蝕。尾氣吸收塔貧胺液進口管線兩處彎頭外彎出現減薄，減薄率分別為29%、21%（測厚最大值為10mm），分析為濕硫化氫腐蝕與沖刷腐蝕所導致。

防腐建議：加大對相關管線的檢測頻率并擴測。對定點測厚方案進行優化，對腐蝕薄弱環節應作為定點測厚重點部位，增大檢測頻次，重點易腐蝕部位，采用在線測厚技術[9]或是定期采用脈沖渦流技術進行面掃查檢測[10]，及時發現安全隱患。進一步完善腐蝕在線監測系統，充分利用在線監測探針、在線測厚系統等監測各裝置實時腐蝕狀態。

2 防腐措施

2.1 材料選擇

在高含硫天然氣凈化裝置的設計中，應該優先選擇能夠抵抗腐蝕的材料，如不銹鋼、鎳基合金等。這些材料具有較好的耐腐蝕性能，能夠有效地抵御高含硫天然氣中的化學物質的腐蝕作用。

2.2 涂層防護

在高含硫天然氣凈化裝置的表面涂上一層防腐涂層，可以有效地防止腐蝕。常用的涂層材料有環氧樹脂、聚氨酯、氟碳漆等。這些涂層具有較好的耐腐蝕性能，能夠有效地保護設備表面不受腐蝕。

2.3 陰極保護

陰極保護是一種常用的防腐蝕措施，通過在設備表面施加電流，使設備表面成為陰極，從而減緩腐蝕速度。常用的陰極保護方法有電化學防腐、陽極保護等。

2.4 定期檢測

定期檢測是防止高含硫天然氣凈化裝置腐蝕的重要手段。通過定期檢測設備表面的腐蝕情況，及時發現問題并采取措施，可以有效地延長設備的使用壽命，保障設備的安全運行。

3 結語

通過停工檢修期間對高含硫天然氣凈化廠重點設備、塔器及管線進行腐蝕調查，全面了解和分析所存在的腐蝕狀況。一方面對上周期裝置防腐措施和效果進行檢查和評估；另一方面結合腐蝕機理總結檢查出腐蝕問題并提出腐蝕防護建議，通過采取修復缺陷、設備更新、材質升級和工藝防腐、腐蝕監測等措施繼續優化、加強防腐技術管理，從而保障裝置安全、長周期、平穩運行，對進一步優化高含硫天然氣凈化廠裝置的防腐管理具有借鑒意義。