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(1.中國石油天然氣股份有限公司大慶石化分公司，黑龍江 大慶 163714； 2.中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院大慶化工研究中心，黑龍江 大慶 163714)

乙烯裝置是以石油或天然氣為原料，主要生產(chǎn)高純度乙烯和丙烯，同時(shí)也生產(chǎn)多種石油化工副產(chǎn)品[1]。乙烯裂化爐汽包是吸收裂解氣熱量產(chǎn)生蒸汽用于熱量循環(huán)利用的重要設(shè)備，操作條件:高溫高壓，材質(zhì)一般選用耐蝕合金，主要發(fā)生二氧化碳腐蝕、振動(dòng)疲勞和沖刷腐蝕等。表現(xiàn)形式一般為內(nèi)壁蝕坑、角焊縫開裂等。汽包的腐蝕不僅影響著裝置長周期的運(yùn)行，同時(shí)引起較大的安全隱患。該文結(jié)合某石化廠乙烯裝置裂解爐汽包腐蝕調(diào)查，對(duì)其進(jìn)行腐蝕分析，并提出相應(yīng)的腐蝕防護(hù)措施。

1 汽包風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)API 581，采用基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)(RBI)技術(shù)對(duì)乙烯裂解爐汽包進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[2-7]，汽包運(yùn)行參數(shù)見表1,評(píng)估結(jié)果見圖1。由圖1可知汽包封頭和筒體均存在二氧化碳腐蝕、高溫氧化腐蝕、振動(dòng)疲勞和沖刷腐蝕；失效可能性為3，失效后果為D，屬于中高風(fēng)險(xiǎn)。

表1 汽包主要參數(shù)

2 腐蝕檢查

2.1 腐蝕情況

對(duì)乙烯裂解爐汽包(位號(hào)1號(hào)至7號(hào))進(jìn)行腐蝕檢查，發(fā)現(xiàn)共性問題如下：①汽包內(nèi)壁(含封頭和筒體)存在密集點(diǎn)蝕(見圖2)；②內(nèi)件螺母松動(dòng)脫落(見圖3)。

非共性問題有：①2號(hào)汽包內(nèi)壁下半部分存在條紋狀腐蝕坑(見圖4)； ②6號(hào)汽包內(nèi)分布器與內(nèi)壁角焊縫1處開裂(見圖5)。

2.2 檢驗(yàn)檢測

(1)超聲波測厚

采用超聲波測厚儀對(duì)汽包進(jìn)行厚度檢測(內(nèi)壁檢測)，結(jié)果見表2。

圖4 內(nèi)壁條紋狀腐蝕坑

圖5 角焊縫裂紋

部 件設(shè)計(jì)壁厚/mm實(shí)測壁厚最小值/mm1號(hào)2號(hào)3號(hào)4號(hào)5號(hào)6號(hào)7號(hào)封頭6868.5 67.6 68.5 68.5 70.0 68.8 69.0筒體8889.289.089.0 89.3 89.6 89.0 88.9

由表2可知,汽包封頭實(shí)測壁厚最小值為67.6 mm，汽包筒體實(shí)測壁厚最小值為88.9 mm，可以認(rèn)定此次腐蝕檢查的汽包并不存在均勻減薄。

(2)硬度測試

采用便攜式里氏硬度計(jì)對(duì)2號(hào)和6號(hào)汽包人孔側(cè)封頭、焊縫及筒體進(jìn)行硬度測試，結(jié)果見表3。由表3可以看出，與2號(hào)汽包相比，6號(hào)汽包的硬度值略微偏低。

表3 汽包硬度 HL

(3)汽包給水采樣

對(duì)近3個(gè)月汽包給水采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果見表4。由表4可以看出,汽包給水的鐵質(zhì)量濃度一直處于控制指標(biāo)范圍以內(nèi)，而pH值則偏低，pH值偏低容易形成內(nèi)壁腐蝕。

表4 汽包給水采樣數(shù)據(jù)

3 腐蝕分析

(1)二氧化碳腐蝕

金屬在潮濕的二氧化碳環(huán)境(碳酸)中發(fā)生的腐蝕，稱之為二氧化碳腐蝕[2]。二氧化碳腐蝕的損傷形態(tài)主要是坑蝕，受影響材料包括碳鋼和低合金鋼。汽包給水中不可避免的含有微量二氧化碳，會(huì)對(duì)汽包封頭、筒體和內(nèi)件產(chǎn)生二氧化碳腐蝕，形成坑蝕。此次腐蝕檢查汽包內(nèi)壁(含封頭和筒體)存在不同程度的密集點(diǎn)蝕(圖2)。發(fā)生二氧化碳腐蝕的同時(shí)，汽包還有可能會(huì)發(fā)生二氧化碳應(yīng)力腐蝕開裂。

(2)振動(dòng)疲勞

設(shè)備或構(gòu)件在振動(dòng)載荷或不穩(wěn)定流體流動(dòng)等動(dòng)態(tài)載荷作用下，引起了交變振動(dòng)，產(chǎn)生疲勞開裂。振動(dòng)疲勞的損傷形態(tài)主要是高應(yīng)力點(diǎn)或結(jié)構(gòu)不連續(xù)處萌生裂紋，受影響材料包括所有工程材料。汽包中的水蒸氣產(chǎn)生不穩(wěn)定流體流動(dòng)，其振動(dòng)導(dǎo)致汽包內(nèi)件螺母松動(dòng)脫落。6號(hào)汽包內(nèi)分布器與內(nèi)壁角焊縫1處開裂主要是振動(dòng)疲勞所致。

(3)沖刷腐蝕

沖刷腐蝕是指固體、液體和氣體或其任意之間組合發(fā)生沖擊或相對(duì)運(yùn)動(dòng)，造成材料表面層機(jī)械剝落加速腐蝕的過程。沖刷可以在很短的時(shí)間內(nèi)造成材料局部嚴(yán)重?fù)p失，典型情況有沖刷形成的坑、溝、銳槽、孔和波紋狀形貌，且具有一定的方向性。2號(hào)汽包內(nèi)壁下半部分存在條紋狀腐蝕坑，主要是由沖刷腐蝕所致。

(4)其他

汽包還可能會(huì)發(fā)生高溫氧化、滲碳等腐蝕。汽包所用材料NS111是一種固溶強(qiáng)化型鐵鎳基耐蝕合金，抗氧化性、抗介質(zhì)腐蝕性和高溫下抗?jié)B碳性能良好，所以發(fā)生高溫氧化和滲碳的概率較小。目前未發(fā)現(xiàn)高溫氧化和滲碳現(xiàn)象。

4 腐蝕防護(hù)

針對(duì)乙烯裂解爐汽包發(fā)生的腐蝕，結(jié)合腐蝕分析和實(shí)際生產(chǎn)情況，提出以下防護(hù)措施。

(1)控制汽包給水水質(zhì)，重點(diǎn)控制汽包給水的pH值和氧含量；

(2)控制汽包工藝，避免操作溫度、操作壓力和介質(zhì)流速的大幅波動(dòng)；

(3)加強(qiáng)對(duì)汽包的定期巡檢和壁厚監(jiān)測，并在每次大修時(shí)對(duì)汽包進(jìn)行重點(diǎn)檢驗(yàn)，特別是對(duì)于角焊縫容易開裂的地方。

5 結(jié) 語

(1)乙烯裝置裂解爐汽包封頭、筒體和內(nèi)件均存在不同程度的密集坑蝕是因?yàn)槎趸几g所致，內(nèi)件螺母松脫是因?yàn)檎駝?dòng)所致。除此之外，汽包還有可能會(huì)發(fā)生沖刷腐蝕、高溫氧化腐蝕和滲碳等。

(2)對(duì)汽包進(jìn)行RBI評(píng)估，評(píng)估結(jié)果顯示汽包封頭和筒體存在二氧化碳腐蝕、蠕變和高溫氧化腐蝕，失效可能性為3，失效后果為D，屬于中高風(fēng)險(xiǎn)，RBI評(píng)估結(jié)果與腐蝕調(diào)查和腐蝕分析結(jié)果基本一致。

(3)裂解爐汽包處于高溫高壓的工作環(huán)境，其安全穩(wěn)定運(yùn)行影響到整個(gè)乙烯裝置的安全長周期運(yùn)行;因此需要控制汽包給水水質(zhì)和維持汽包工藝穩(wěn)定，避免操作溫度、操作壓力和介質(zhì)流速的大幅波動(dòng)，并加強(qiáng)汽包的定期巡檢和壁厚監(jiān)測，并在每次大修時(shí)要對(duì)汽包進(jìn)行全面檢驗(yàn)。

(編輯 王菁輝)