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硫磺回收聯(lián)合裝置腐蝕與防護(hù)

2020-09-28 00:56:02 hualin

硫磺回收聯(lián)合裝置是煉油廠環(huán)保裝置中的核心,隨著新環(huán)境保護(hù)法的實(shí)施,保證其安全環(huán)保運(yùn)行更有必要的。文中著重分析聯(lián)合裝置腐蝕機(jī)理及腐蝕現(xiàn)狀,同時(shí)結(jié)合具體案例分析,提出相對(duì)應(yīng)的防護(hù)措施。


硫磺回收裝置是煉化一體化重要環(huán)保設(shè)施,在確保尾氣排放中SO2達(dá)標(biāo)同時(shí)生產(chǎn)高品質(zhì)液態(tài)硫磺。腐蝕性介質(zhì)貫穿整個(gè)聯(lián)合裝置,做好設(shè)備管線的腐蝕防護(hù)是聯(lián)合裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的關(guān)鍵。2013 年8 月試運(yùn)行以來(lái),出現(xiàn)了酸性氣塔頂空冷出口管線腐蝕穿孔;溶劑再生塔頂回流罐入口焊縫、回流泵出口管線腐蝕穿孔;硫磺回收裝置高溫?fù)胶烷y閥芯腐蝕、2 級(jí)硫冷凝器管束腐蝕穿孔;液硫脫氣泵(P-2001B)伴熱管與夾套連接處彎頭穿孔、TK-2001 蒸汽管立管斷裂、液硫池(TK-1001)低壓蒸汽支管漏點(diǎn)等失效問(wèn)題。文中系統(tǒng)分析了問(wèn)題產(chǎn)生的原因,并提出詳細(xì)的解決辦法。


1 硫磺回收聯(lián)合裝置腐蝕機(jī)理


硫磺回收聯(lián)合裝置腐蝕類型主要有:H2S-H2O型腐蝕,NH4HS 垢下腐蝕、沖刷腐蝕,CO2-H2O 型腐蝕,H2SO4H2SO3凝液腐蝕,高溫硫腐蝕。


1.1 H2S-H2O型腐蝕


在H2S-H2O 型腐蝕環(huán)境中,H2S 首先在水中發(fā)生電離,使水具有酸性,F(xiàn)e 在H2S 水溶液中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)生成FeS,引起腐蝕。濕H2S 對(duì)設(shè)備其它重要腐蝕形式是應(yīng)力腐蝕破裂,主要由于H2S-H2O型的腐蝕環(huán)境使壞氫分子形成環(huán)境被破壞,導(dǎo)致氫原子易于滲入金屬內(nèi)部,引起金屬氫脆和開(kāi)裂,濕H2S 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的形式包括氫鼓泡、氫開(kāi)裂、硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂以及應(yīng)力導(dǎo)向氫致開(kāi)裂。一般發(fā)生在應(yīng)力相對(duì)集中或鋼材有缺陷的部位,與設(shè)備材質(zhì)的性能、受力狀態(tài)等有關(guān)。腐蝕初級(jí)階段由于FeS 膜的形成,阻止了腐蝕的發(fā)生和發(fā)展,但在設(shè)備凝液形成和流體介質(zhì)沖刷的情況下,F(xiàn)eS膜脫落致使管線的腐蝕速率增加。典型腐蝕部位有酸性水氣體塔、溶劑再生塔塔頂氣相管線、酸性氣管線及塔頂回流系統(tǒng),急冷塔塔盤(pán)等。


1.2 NH4HS垢下腐蝕


塔頂氣相抽出,經(jīng)過(guò)空冷器冷卻之后是汽水混合物,酸性水中的H2S、NH3、Cl-等其它雜質(zhì)在一定的條件下能反應(yīng)生成NH4HS、NH4Cl 等銨鹽。銨鹽存在易發(fā)生垢下腐蝕和沖蝕,在溫度低于120 ℃左右時(shí)NH4HS 結(jié)晶析出,在流速部位較低的部位結(jié)構(gòu)沉積,結(jié)構(gòu)不僅會(huì)因堵塞引起設(shè)備功能下降,也會(huì)造成電化學(xué)垢下腐蝕。


在流速較大的地方也會(huì)引起銨鹽的沖刷腐蝕,在沖刷力作用下設(shè)備腐蝕部位不斷腐蝕、脫落、壁厚減薄,最后泄露破壞。典型的腐蝕部位有酸性水汽提裝置塔頂高溫氣相部分。


1.3 CO2-H2O型腐蝕


游離或化合的CO2 與水在高溫部位(≥90 ℃)易發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。由于胺液選擇性差,造成大量CO2溶解于胺液,最終以H2CO3的形式與金屬發(fā)生反應(yīng)。在介質(zhì)的不斷沖刷下腐蝕速率加快。典型的腐蝕部位有溶劑再生裝置塔頂高溫氣相部分。


1.4 H2SO4、H2SO3凝液腐蝕


酸性氣在制硫系統(tǒng)中燃燒形成的SO2、SO物質(zhì),爐壁襯里會(huì)出現(xiàn)裂紋,則裂紋深處爐壁,或者未封蓋的液硫池人孔部位進(jìn)入雨水等易形成的H2SO4、H2SO3凝液腐蝕。爐壁人孔蓋板以及液硫池伴熱管線的腐蝕就呈現(xiàn)出十分典型的H2SO4、H2SO3凝液腐蝕形態(tài)。


1.5 高溫硫腐蝕


在高溫環(huán)境下(高于200 ℃),活性硫及硫化物直接與金屬發(fā)生反應(yīng),引起設(shè)備的均勻腐蝕。其腐蝕速率與環(huán)境溫度、介質(zhì)流速、硫化物形態(tài)及設(shè)備材質(zhì)有關(guān)。典型的腐蝕部位有制硫燃燒爐及尾氣焚燒爐爐頭、爐體,余熱鍋爐,反應(yīng)器入口加熱器及高溫?fù)胶烷y等。


2 硫磺回收聯(lián)合裝置腐蝕現(xiàn)狀


硫磺回收聯(lián)合裝置自試運(yùn)行以來(lái),管線設(shè)備腐蝕問(wèn)題從未間斷,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致人員傷亡、非計(jì)劃停工及環(huán)保事故。


2.1 酸性水汽提裝置腐蝕現(xiàn)狀


酸性水汽提裝置重點(diǎn)監(jiān)控部位是:酸性水汽提塔塔頂出口管線、空冷、回流罐及回流罐進(jìn)出口、回流泵進(jìn)出口管線、酸性水罐、正壓水封罐、安全水封罐、含氨酸性氣至硫磺裝置管線。實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、2。

表1 非加氫型酸性水汽提裝置腐蝕情況

防腐保溫,橋梁防腐,線塔防腐,鐵塔防腐,高空防腐,鋼結(jié)構(gòu)防腐,鋼結(jié)構(gòu)防火,管道防腐,管道保溫,儲(chǔ)罐防腐,儲(chǔ)罐清洗,3pe防腐鋼管,防腐公司

表2 加氫酸性水汽提裝置腐蝕情況

防腐保溫,橋梁防腐,線塔防腐,鐵塔防腐,高空防腐,鋼結(jié)構(gòu)防腐,鋼結(jié)構(gòu)防火,管道防腐,管道保溫,儲(chǔ)罐防腐,儲(chǔ)罐清洗,3pe防腐鋼管,防腐公司

 

汽提塔頂?shù)墓芫€和設(shè)備的腐蝕較突出,原因是約113 ℃的氣相物質(zhì)從塔頂抽出后在冷卻過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)H2S 露點(diǎn)腐蝕、NH4HS 垢下腐蝕、沖刷腐蝕等。對(duì)于酸性水儲(chǔ)罐、水封罐由于罐頂及液位波動(dòng)部位凝液的形成,使得這些部位的局部腐蝕減薄和焊縫應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂較為突出。在整個(gè)管線系統(tǒng)中,盡管原料酸性水等物料中酸性物質(zhì)的含量較高。但由于FeS 膜的形成,阻止了腐蝕的發(fā)生和發(fā)展,故在設(shè)備凝液形成和流體介質(zhì)沖刷的情況下,管線的腐蝕速率大多情況下<0.125 mm/a。


2.2 溶劑再生提裝置腐蝕


此類腐蝕主要在再生塔頂酸性氣冷卻過(guò)程中形成,腐蝕物質(zhì)是H2S、CO2,溫度為40~60 ℃時(shí),會(huì)形成CO2-H2O 腐蝕,當(dāng)溫度<120 ℃時(shí),濕H2S 腐蝕突出。實(shí)際運(yùn)行中,1 套再生塔頂回流罐進(jìn)出口短接發(fā)生3 次穿孔泄漏,后冷器殼體出口短接發(fā)生穿孔泄漏,回流泵進(jìn)出口管線腐蝕減薄嚴(yán)重,對(duì)于貧富胺液,腐蝕的發(fā)生同腐蝕性介質(zhì)含量有關(guān),但同溫度關(guān)系更為密切,實(shí)際運(yùn)行中,溫度高于90 ℃的貧、富胺液管線的腐蝕減薄均較為明顯,見(jiàn)表3、4。

表3 1套溶劑再生裝置腐蝕情況

防腐保溫,橋梁防腐,線塔防腐,鐵塔防腐,高空防腐,鋼結(jié)構(gòu)防腐,鋼結(jié)構(gòu)防火,管道防腐,管道保溫,儲(chǔ)罐防腐,儲(chǔ)罐清洗,3pe防腐鋼管,防腐公司

表4 2套溶劑再生裝置腐蝕情況

防腐保溫,橋梁防腐,線塔防腐,鐵塔防腐,高空防腐,鋼結(jié)構(gòu)防腐,鋼結(jié)構(gòu)防火,管道防腐,管道保溫,儲(chǔ)罐防腐,儲(chǔ)罐清洗,3pe防腐鋼管,防腐公司

2.3 硫磺回收裝置腐蝕現(xiàn)狀


硫磺回收裝置重點(diǎn)腐蝕部位是:硫磺回收裝置的尾氣急冷塔、急冷水空冷器、爐前酸性氣管線、過(guò)程氣管線腐蝕較為嚴(yán)重。硫磺回收設(shè)備的腐蝕監(jiān)測(cè)不易進(jìn)行,通過(guò)管線測(cè)厚監(jiān)測(cè)到的腐蝕主要是酸性氣和過(guò)程氣的腐蝕,這與酸性氣、過(guò)程氣中所含有大量的腐蝕性介質(zhì)密切相關(guān)。當(dāng)燃燒形成的SO2、SO3出現(xiàn),爐壁襯里會(huì)出現(xiàn)裂紋,則裂紋深處爐壁的H2SO4、H2SO3凝液腐蝕就十分嚴(yán)重。經(jīng)檢查,爐壁人孔蓋板的腐蝕就呈現(xiàn)出十分典型的H2SO4、H2SO3 凝液腐蝕形態(tài),腐蝕情況見(jiàn)表5。

表5 2套硫磺回收裝置腐蝕情況

防腐保溫,橋梁防腐,線塔防腐,鐵塔防腐,高空防腐,鋼結(jié)構(gòu)防腐,鋼結(jié)構(gòu)防火,管道防腐,管道保溫,儲(chǔ)罐防腐,儲(chǔ)罐清洗,3pe防腐鋼管,防腐公司

 

3 硫磺回收聯(lián)合裝置腐蝕典型案例分析


3.1 液硫及管線腐蝕案例分析 


1 液硫泵及管線腐蝕情況對(duì)硫磺回收聯(lián)合裝置的液硫池、成型機(jī)、包裝線等進(jìn)行試車。液硫池195-TK-2001 西側(cè)脫氣區(qū)裝填固體硫磺200 t,發(fā)現(xiàn)液硫池蒸汽伴熱管線(材質(zhì)為316L)損壞,遂將液硫池中硫磺全部送至成型系統(tǒng)。排查發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)液硫脫氣泵(P-2001B)伴熱管與夾套連接處彎頭穿孔、液硫泵葉片腐蝕、TK-2001 蒸汽管立管斷裂、液硫池(TK-1001)低壓蒸汽支管漏點(diǎn)等失效。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)損壞管線進(jìn)行能譜分析,結(jié)果得知腐蝕產(chǎn)物主要成分是:氧化物、碳化合物、硫化合物等。 


4 液硫泵及管線腐蝕分析水分隨著液面升高,從底部開(kāi)始腐蝕面逐步上升。從泵殼的腐蝕形貌以環(huán)狀腐蝕為主可得到驗(yàn)證。從立管減薄看,因內(nèi)壁沒(méi)有減薄,不是拉伸造成斷裂。伴熱管、立管、底部支管、泵、葉輪的腐蝕形貌相似,大面積的腐蝕是失效主因。液硫池有水分進(jìn)入的可能,初步推測(cè)主要的失效原因是H2O+O2 +S 生成H2SO3。在一定溫度下,泵、伴熱管、蒸汽管發(fā)生了不同程度的腐蝕。泵上部未接觸液硫,腐蝕程度輕微。蒸汽泄漏后,未及時(shí)采取關(guān)閉閥門(mén)等措施,是腐蝕加重的主因。立管斷裂是由于斷面減薄后,加上管線震動(dòng),產(chǎn)生疲勞進(jìn)而斷裂。液硫池低壓蒸汽管斷裂、伴熱管以及泵殼腐蝕主要發(fā)生在液硫界面,液硫池中可能有水存在,生成多種酸(H2SO4、H2SO3等)。對(duì)泵、立管而言,腐蝕從低位開(kāi)始發(fā)生,液位升高,腐蝕范圍不斷上升和擴(kuò)大。


5 液硫泵及管線腐蝕防護(hù)針對(duì)液硫池內(nèi)部泵及管線腐蝕現(xiàn)狀,確保液硫池伴熱線材質(zhì)及硫池內(nèi)壁腐蝕材料要符合要求。液硫池頂部人孔封蓋及時(shí)且無(wú)雨水或者其它液體介質(zhì)竄入情況。經(jīng)常檢查蒸汽管的聲音是否有異常,是否有泄露。發(fā)現(xiàn)有泄漏隱患及時(shí)處理,防止腐蝕擴(kuò)大。


3.2高溫?fù)胶烷y腐蝕案例分析


1 高溫?fù)胶烷y腐蝕情況生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)1 套制硫爐高溫?fù)胶烷y溫度調(diào)節(jié)異常。崗位人員立即將高摻閥改為手動(dòng)調(diào)節(jié)無(wú)反應(yīng),且現(xiàn)場(chǎng)閥門(mén)切至手動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)閥門(mén),閥門(mén)活動(dòng)靈活,但是高摻閥出口溫度沒(méi)有明顯變化。就此判定高溫?fù)胶烷y閥芯腐蝕嚴(yán)重。


2 高溫?fù)胶烷y腐蝕分析高溫?fù)胶烷y閥芯所處環(huán)境為800~1000 ℃,過(guò)程氣中含有大量S、SO2、H2S 及有機(jī)硫,經(jīng)過(guò)高溫氣體與低溫氣體混合達(dá)到所需反應(yīng)溫度。加上高速氣流沖刷,腐蝕加劇,完全符合高溫硫腐蝕類型。


3 高溫?fù)胶烷y腐蝕防護(hù)更換防腐蝕性能更好的高溫?fù)胶烷y,盡量采用蒸汽換熱或者電加熱。


3.3 塔頂回流部分腐蝕案例分析


1 塔頂回流部分腐蝕情況溶劑再生回流罐V-5002 入口下法蘭焊口腐蝕泄漏,向外呈噴射霧狀酸性氣,回流罐外保溫以及地面有酸性水。泄露點(diǎn)噴射出的酸性氣中硫化氫含量93%,便攜式報(bào)警儀持續(xù)報(bào)警。塔頂循環(huán)水后冷器管束腐蝕穿孔同時(shí)造成循環(huán)水質(zhì)量不合格。


2 塔頂回流部分腐蝕分析塔頂汽相溫度經(jīng)過(guò)空冷后溫度小于70 ℃,且高濃度H2S、CO2、H2O 及少量氯離子共同存在。塔頂回流罐及循環(huán)水后冷器管束腐蝕現(xiàn)狀分析,濕硫化氫腐蝕、沖刷腐蝕、電化學(xué)腐蝕共同作用的結(jié)果。


3 塔頂回流部分腐蝕防護(hù)將此部位材質(zhì)更換為防腐蝕性能更好的316。加強(qiáng)管線及設(shè)備焊口部分熱處理工藝降低應(yīng)力集聚。從工藝角度采用性能更好的二乙醇胺溶劑,既能降低裝置負(fù)荷又能減少用塔頂循環(huán)水換熱器管束腐蝕可能性。