徐志鵬

摘要：某石化企業(yè)凝析油分離裝置于2018年12月完成整改修復(fù)，2019年1月正式投用，凝析油處理量為500萬噸/年，凝析油原料為澳大利亞凝析油和南帕斯凝析油混合原油，混合比例為1：1。該裝置脫乙烷塔系統(tǒng)分別在2019年12月8日發(fā)生了液化氣泄漏事件，給裝置平穩(wěn)運(yùn)行帶來重大安全隱患。為避免類似事件發(fā)生，文中通過分析失效管段腐蝕泄漏原因，討論制定相應(yīng)的防腐措施，為類似企業(yè)發(fā)現(xiàn)相同案例提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

關(guān)鍵詞：液化氣;管道;內(nèi)腐蝕;防腐技術(shù);失效分析

Analysis and Countermeasures on Corrosion of De-ethanizer Tower Return Line Piping

XU Zhi-Peng

（Fujian Fuhaichuang Petrochemical Co.， Ltd.， Zhangzhou 363000， Fujian， China）

Abstract：The condensate separation unit of a petrochemical company completed rectification and repair in December 2018， and was officially put into operation in January 2019. The condensate processing capacity is 5 million tons per year， and the condensate raw material is mixed crude oil from Australia condensate and South Perth condensate， with a mixing ratio of 1：1. On December 8， 2019， deethanizer system of the unit had liquefied gas leakage， bringing major safety risks to the smooth operation of the unit. In order to avoid the occurrence of similar events， this paper analyzes the causes of corrosion leakage of the failed pipe section， discusses the formulation of the corresponding anti-corrosion measures， and provides experience for similar enterprises to find the same case.

Key Words： Liquefied gas; Pipeline; Internal corrosion; Corrosion protection technology; Failure analysis

1 穿孔管道所在系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)介

文中腐蝕穿孔管道在凝析油裝置脫乙烷塔系統(tǒng)，該系統(tǒng)脫丁烷塔的塔頂產(chǎn)物經(jīng)脫乙烷塔底換熱器升溫至82.2℃進(jìn)入脫乙烷塔第6層，脫乙烷塔底設(shè)置1臺(tái)脫乙烷塔重沸器，脫乙烷塔頂?shù)暮蛉剂蠚饨?jīng)脫乙烷塔頂冷凝器冷凝冷卻至50℃，進(jìn)入脫乙烷塔頂回流罐進(jìn)行油氣分離。未冷凝的含硫燃料氣則繼續(xù)送至輕烴吸收塔，脫乙烷塔頂回流罐底部的冷凝產(chǎn)物由脫乙烷塔回流泵抽出作為脫乙烷塔回流。從脫乙烷塔底出來的LPG產(chǎn)物經(jīng)由脫乙烷塔底換熱器后送至脫硫醇系統(tǒng)，進(jìn)行液化石油氣脫硫醇的工藝程序。工藝流程簡(jiǎn)圖如圖1所示。圖1中加粗的線條為腐蝕泄漏的管道。

2泄漏管道參數(shù)

泄漏的管道為脫乙烷塔的回流線（回流泵至脫乙烷塔），該管道具體參數(shù)見表1。

從表1可以看出，泄漏實(shí)際發(fā)生當(dāng)日，脫乙烷塔回流管線工作壓力、工作溫度均未超設(shè)計(jì)值。

3對(duì)泄漏管段進(jìn)行失效分析

3.1? 宏觀檢查

失效管段如圖2所示，失效管段由三通和左右焊接的兩段直管段組成，主管外徑89mm，長(zhǎng)495mm，實(shí)測(cè)最大壁厚5.1mm，三通長(zhǎng)165mm，三通上通尺寸為φ57mm×5mm。三通右側(cè)外表面可見穿孔一處，孔徑3mm，另三通右側(cè)接管出現(xiàn)大面積減薄開裂。

對(duì)失效管件進(jìn)行內(nèi)部觀察，如圖3所示。發(fā)現(xiàn)三通中部偏左側(cè)局部有大量腐蝕產(chǎn)物堆積，腐蝕產(chǎn)物呈“山峰”狀，最厚處達(dá)20mm，該部位管內(nèi)孔徑明顯減小，該部位左側(cè)管內(nèi)壁均有腐蝕產(chǎn)物層附著，厚度不均但一般不超過3mm，有腐蝕產(chǎn)物層覆蓋的部位金屬管壁厚約為5mm，垢下均勻腐蝕;三通中部正對(duì)三通上通的部位出現(xiàn)明顯的腐蝕臺(tái)階，呈“層臺(tái)”狀，中部及右側(cè)不均勻減薄，穿孔部位邊緣及開裂部位邊緣為最小壁厚處，開裂部位邊緣壁厚最小為0.3mm，腐蝕減薄表面局部有較薄的黑色腐蝕產(chǎn)物層，沒有腐蝕產(chǎn)物層附著的表面較為光滑，呈紅褐色;在堆積的腐蝕產(chǎn)物層下及三通上通根部可見蜂窩狀腐蝕坑。

3.2 取樣分析部位及分析內(nèi)容

在失效管段上取樣進(jìn)行試驗(yàn)分析，取樣部位及分析內(nèi)容見圖4。

3.3 化學(xué)成分分析

根據(jù) GB/T 4336-2016《碳素鋼和中低合金鋼多元素含量的測(cè)定火花放電原子發(fā)射光譜法（常規(guī)法）》，對(duì)該試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表2，滿足標(biāo)準(zhǔn)ASTM A106《高溫用無縫碳鋼管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》對(duì)材料的化學(xué)成分要求。

3.4? 腐蝕產(chǎn)物成分分析

在大量積垢部位和腐蝕減薄表面分別取樣進(jìn)行EDS和XRD分析，分析結(jié)果見圖5和表3。結(jié)果表明積垢成分為FeS2、FeCO3、Fe3O4和少量FeS，減薄處表面附著物成分為Fe3O4、FeCO3、FeS2和少量 Fe2O3，兩處取得的腐蝕產(chǎn)物成分相似但各組分含量存在明顯差異，積垢處FeS2含量高，腐蝕減薄部位主要為Fe3O4和FeCO3，F(xiàn)eS2含量相對(duì)較少，EDS分析結(jié)果中的S元素含量也說明了這一點(diǎn)。

產(chǎn)物中鐵的氧化物、FeS和FeS2的存在說明，介質(zhì)中硫化氫參與反應(yīng)，氧化物是由鐵的硫化物在空氣中氧化形成;FeCO3是二氧化碳與鐵反應(yīng)的產(chǎn)物[1]。腐蝕是在硫化氫和二氧化碳聯(lián)合作用下發(fā)生的，介質(zhì)中若含有氧，則促進(jìn)腐蝕。

3.5? 失效管段介質(zhì)成分分析

因失效管段在脫乙烷塔塔頂回流罐至脫乙烷塔的回流線上，通過對(duì)脫乙烷塔塔頂回流罐介質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而推斷失效管段介質(zhì)情況。表4為2019年6月10日至2019年12月9日每隔7日的化驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過表4可以看出CO2、H2S在9月30日至10月7日這一時(shí)間段內(nèi)含量較其他時(shí)期嚴(yán)重偏高，產(chǎn)生的原因與該時(shí)段原料硫化氫含量高有較大關(guān)系。

3.6? 微觀腐蝕形貌分析

采用掃描電子顯微鏡對(duì)腐蝕產(chǎn)物堆積部位的金屬表面、嚴(yán)重腐蝕減薄部位的金屬表面及穿孔部位附近的金屬表面的微觀腐蝕形貌進(jìn)行觀察，分別見圖6、圖7、圖8。結(jié)果表明，各部位具有相似的腐蝕形貌，腐蝕部位可見晶粒晶面和晶粒邊界，具有酸性水腐蝕特征。

4管段腐蝕泄漏綜合分析

4.1 檢驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

（1）材料化學(xué)成分滿足標(biāo)準(zhǔn)要求;

（2）積垢成分為FeS2、FeCO3、Fe3O4和少量FeS，減薄處表面附著物成分為Fe3O4、FeCO3、FeS2和少量Fe2O3，積垢處FeS2含量高，腐蝕減薄部位主要為Fe3O4和 FeCO3;

（3）通過回流罐介質(zhì)分析，該失效管道所在的回流管線介質(zhì)含有CO2、H2S、O2，其中H2S在9月30日至10月7日這一化驗(yàn)時(shí)間段內(nèi)嚴(yán)重偏高;

（4）從腐蝕部位的形貌可看出沖刷腐蝕的跡象，腐蝕部位的微觀形貌可見晶粒晶面和晶粒邊界，具有酸性水腐特征。

4.2? 分析討論

材料的化學(xué)成分滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，說明管材材質(zhì)符合要求。

各腐蝕部位具有相似的腐蝕形貌，腐蝕產(chǎn)物主要為FeS2、FeCO3和Fe3O4，F(xiàn)eS2是H2S的腐蝕產(chǎn)物，F(xiàn)eCO3是CO2的腐蝕產(chǎn)物，管道損傷形式為均勻減薄和局部減薄，符合酸性水（H2S+ CO2）腐蝕特征，在有氧存在時(shí)易發(fā)生局部腐蝕或者層積垢下局部腐蝕[2]。

該失效管件三通在調(diào)節(jié)閥閥后，調(diào)節(jié)閥閥后流速加快，在沖刷腐蝕的加持下，使硫化亞鐵保護(hù)膜被破壞，可以在短時(shí)間內(nèi)造成腐蝕穿孔泄漏[3]。

5結(jié)論與對(duì)策

5.1 結(jié)論

該管段失效是在硫化氫和二氧化碳聯(lián)合作用下發(fā)生的，介質(zhì)中有氧，促進(jìn)腐蝕。調(diào)節(jié)閥閥后流速加快，在沖刷腐蝕的加持下，管線可以在短時(shí)間內(nèi)造成腐蝕穿孔泄漏。

5.2 對(duì)策

（1）控制介質(zhì)含量H2S分壓含量、CO2的分壓、氧含量。從源頭上把關(guān)，控制原料不超裝置設(shè)防值;建立生產(chǎn)過程H2S、CO2含量的警報(bào)值。

（2）加強(qiáng)定點(diǎn)測(cè)厚腐蝕監(jiān)測(cè)工作。尤其在變徑處、調(diào)節(jié)閥閥后等高流速或湍流區(qū)域處易發(fā)生局部腐蝕，應(yīng)進(jìn)行定期測(cè)厚[3]。

（3）根據(jù)該腐蝕機(jī)理、制定相應(yīng)的技改措施，例如增加緩蝕劑注入口等。

參考文獻(xiàn)

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[3]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別：GB/T 30579-2014[S].中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.