羅傳武

（中海石油建滔化工有限公司）

某公司年產(chǎn)45 萬噸合成氨裝置引用KBR成套工藝技術(shù)的合成氨裝置高壓冷凝液回收系統(tǒng)，在使用過程中依次發(fā)生了汽提后工藝?yán)淠豪鋮s器和工藝?yán)淠哼M出口換熱器的腐蝕泄漏、工藝?yán)淠浩崴?nèi)壁的沖刷腐蝕、外送脫鹽水裝置的管線腐蝕泄漏。 檢維修過程中多次購置設(shè)備，導(dǎo)致反復(fù)投資，給企業(yè)發(fā)展帶來不可估量的損失，筆者從腐蝕機理、設(shè)備設(shè)計和選型等方面著手，分析產(chǎn)生腐蝕的原因，并提出相應(yīng)的改進對策。

1 工藝系統(tǒng)、設(shè)備及管道簡介

1.1 工藝系統(tǒng)

KBR 工藝流程如圖1 所示，工藝?yán)淠夯厥障到y(tǒng)采用汽提分離操作手段， 從原料氣分離器（142D1） 出來的工藝?yán)淠涸诤铣裳b置回收利用。 工藝?yán)淠褐泻? 000mg/m3的氨、3 000mg/m3的二氧化碳、 大約1 000mg/m3的甲醇、高級醇類和胺。 在送往脫鹽水系統(tǒng)之前，總量為66 899kg/h 的工藝?yán)淠河?21J/JA 泵送，70℃工藝?yán)淠涸诠に嚴(yán)淠哼M出口換熱器（188C1/C2/C3）殼側(cè)預(yù)熱，然后經(jīng)由一個分離器進入工藝?yán)淠浩崴?30D）頂部，在工藝?yán)淠浩崴信c中壓蒸汽逆流接觸而被汽提，脫出不溶的二氧化碳、甲醇、氨和胺。 回收后的冷凝液含有5mg/m3氨、5mg/m3二氧化碳、大約35mg/m3甲醇和高級醇類、10mg/m3胺，汽提后的冷凝液中還有2.5mg/m3的金屬。 工藝?yán)淠航?jīng)中壓汽提體后，經(jīng)188C1/C2/C3 這3 臺換熱器管側(cè)冷卻，再送入汽提后冷凝液冷卻器（174C1/C2）最終冷卻至46℃， 回收到脫鹽水裝置經(jīng)處理合格后送回合成氨裝置作為鍋爐給水循環(huán)再用。

圖1 工藝流程簡圖

1.2 設(shè)備及管道

工藝?yán)淠浩崴榱⑹?填料塔。頂部有除沫器和入口液體分布器；中間有兩個床層，每層上面都有一個液體分布器，每層下面都有一層不銹鋼環(huán)安裝在一個底部不銹鋼氣體分布板上，并固定在隔板上，兩個床層隨機裝填鮑爾環(huán)（格力齊） 填料； 下段是液體儲存區(qū)。 該設(shè)備采用GB 150—1998/JB 4710—1992 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)計制造。設(shè)備主要部件材料如下：

下部筒體 16MnR

中部筒體 16MnR/304

上部筒體 16MnR/304

封頭 16MnR/304

碳鋼的腐蝕裕度為6.4mm/a， 不銹鋼的腐蝕裕度為0mm/a。

工藝?yán)淠哼M出口換熱器為3 臺串聯(lián)布置的列管式換熱器，采用GB 150—1998、GB 151—1999 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)計制造， 殼/管側(cè)為工藝?yán)淠合嗷ソ粨Q熱量而預(yù)熱/冷卻，設(shè)備主要部件材料如下：

殼體 0Cr18Ni9

管板 16MnⅡ

管箱 0Cr18Ni9

管箱法蘭 0Cr18Ni9Ⅱ

封頭 0Cr18Ni9

拉桿 Q235-A

折流板 Q235-A

碳鋼的腐蝕裕度為3mm/a， 不銹鋼的腐蝕裕度為0mm/a。

汽提后冷凝液冷卻器為2 臺串聯(lián)布置的列管式水冷器，采用GB 150—1998、GB 151—1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范設(shè)計制造，殼側(cè)走工藝?yán)淠?，管?cè)走冷卻水，設(shè)備主要部件材料如下：

殼體 16MnR

封頭 Q235-A

管箱 Q235-A

管板 16MnⅡ

換熱管 20

折流板 Q235-A

碳鋼的腐蝕裕度為3mm/a。

高壓工藝?yán)淠夯厥障到y(tǒng)主要管線有188C3入口管線（PC1003-4″-6P1J-PP（25））、130D 入口管線 （PC1004-6″-6P1J-PP （51））、130D 出 口 管 線（PC1005-6″ -6P6-PP （51））、174C1 入 口 管 線（PC1011-4″ -6P6-PP （25））、174C2 出 口 管 線（PC1012-4″-6P6-PP（0）），依據(jù)KBR 公司標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范全部選用無縫鋼管。

2 設(shè)備及管道投用、檢修、更新改造歷史

2.1 汽提后工藝?yán)淠豪鋮s器

174C1/C2 設(shè)備2003 年8 月投用。 投用8 個月后174C1 管束 （殼側(cè)進液端） 出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象；2004 年10 月更換174C1， 運行3 個多月又開始泄漏。2005 年3 月委托設(shè)計院設(shè)計將材料升級為0Gr18Ni9，2006 年3 月更換174C1/C2， 投用后運行正常；2008 年8 月5 日發(fā)現(xiàn)174C1 的進口接管出現(xiàn)泄漏，重新更換接管。

2.2 工藝?yán)淠哼M出口換熱器

188C1/C2/C3 設(shè)備2003 年8 月投用。2005 年1 月發(fā)現(xiàn)與188C1/C2/C3 相連接的管道彎頭焊縫出現(xiàn)腐蝕穿孔泄漏， 帶壓堵漏監(jiān)控運行；2006 年5 月對188C1/C2/C3 殼側(cè)進行內(nèi)窺鏡檢查， 發(fā)現(xiàn)該設(shè)備內(nèi)件腐蝕嚴(yán)重， 管束呈彎曲狀，2006 年委托設(shè)計院設(shè)計 （將內(nèi)件材料升級為0Gr18Ni9），2007 年3 月更換188C1/C2/C3，投用后運行正常。

2.3 工藝?yán)淠浩崴?/h3>

130D 設(shè)備2003 年8 月投用。2003 年6 月進行內(nèi)件安裝時發(fā)現(xiàn)除沫網(wǎng)尺寸過大而不能安裝到位， 后對除沫網(wǎng)進行修改；2003 年8 月投用以來，初期運行良好，2003 年10 月發(fā)現(xiàn)汽提塔壓差PDI1069 （設(shè) 計值2kPa） 由8kPa 急 劇 上 升 至400kPa，2004 年2 月檢查發(fā)現(xiàn)汽提塔下段完好，但分布器被吹翻， 固定分布器的卡子全部被吹走，采用間斷焊接的方法將分布器固定在支撐板上；2004 年5 月發(fā)現(xiàn)除沫網(wǎng)、 塔盤分布器的固定螺栓松動，緊固螺栓，運行后塔內(nèi)壓差依然偏高；2004 年6 月23 日130D 底部人孔泄漏，檢查發(fā)現(xiàn)130D 底部人孔沖刷出約深10mm、寬10mm 的兩條溝槽， 采用507 焊條補焊打磨修復(fù)；2006 年2月檢查發(fā)現(xiàn)130D 上段筒體內(nèi)壁沖刷腐蝕嚴(yán)重，下段筒體完好；2009 年3 月檢查發(fā)現(xiàn)130D 上段筒體內(nèi)壁沖刷腐蝕嚴(yán)重，下段筒體完好。

2.4 174C2 出口管線

174C2 出口管線PC1012-4″-6P6-PP（0）將回收的工藝?yán)淠核偷浇缤夤霉こ堂擕}水裝置進行處理，依據(jù)KBR 公司規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，該管道的選材為A53-B 無縫碳鋼管，為緩解脫鹽水裝置處理高含F(xiàn)e2+工藝?yán)淠汉凸に嚴(yán)淠狠斔凸芫€中繼續(xù)腐蝕問題，2007 年4 月更換管線， 材料升級為0Cr18Ni9。

3 腐蝕機理分析

3.1 腐蝕的根本原因

經(jīng)130D 汽提后的工藝?yán)淠撼嗜跛嵝裕╬H值在6.5 左右）。裝置開停車過程中低溫變換爐內(nèi)發(fā)生的甲醇副反應(yīng)，低溫變化爐出口工藝氣中的甲醇含量高，并溶解在工藝?yán)淠褐?，造成工藝?yán)淠汉推岷蠊に嚴(yán)淠旱膒H 值都偏低、呈酸性。 低溫變化爐采用的是銅鋅鋁系催化劑，在較低溫度下容易發(fā)生變換反應(yīng)的副反應(yīng)，如：

CO+2H2=CH3OH+Q

CO2+3H2=CH3OH+H2O+Q

CO+H2=HCHO

CO2+H2=CO+H2O

2CH3OH=CH3OCH3+H2O

2CO+4H2=C2H5OH+H2O

除以上副產(chǎn)物外，還有諸如丙醇、丙酮及丁醇等雜醇。 雜醇類物質(zhì)均有羥基團，其中氧原子電負性大，氫以離子態(tài)游離傾向明顯，氫氧鍵產(chǎn)生極性，極性越強酸性越強，工藝蒸汽冷凝液因溶解了雜醇物質(zhì)，pH 值在5.5～6.5。

CO2溶解于工藝蒸汽冷凝液中， 工藝?yán)淠簆H 值降低，維持在5.5 左右。 而A53-B、16MnR、Q235-A 及20 等碳鋼在弱酸性環(huán)境中易發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。

3.2 工藝系統(tǒng)設(shè)計原因

因為20 世紀(jì)80 年代，KBR 工藝設(shè)計在130D 汽提塔汽提時有添加聯(lián)胺的裝置， 而后續(xù)改進的KBR 工藝因為考慮到人性化和環(huán)保的原因，都刪除了添加聯(lián)胺的裝置。 而在設(shè)備詳細設(shè)計時沒有考慮到這個因素， 只考慮到188C1/C2/C3 處于工藝?yán)淠夯厥障到y(tǒng)汽提塔前，174C1/C2處于工藝?yán)淠夯厥障到y(tǒng)汽提塔后的因素。 因此188C1/C2/C3 管板材料選擇16MnⅡ，拉杠、折流板等材料選擇Q235-A， 其余部件材料為0Cr18Ni9；而174C1/C2 設(shè)備材料選擇均為碳鋼。

3.3 設(shè)計選材原因

依據(jù)SH 3059—1994 《石油化工企業(yè)管道設(shè)計器材選用通則》的規(guī)定：生活用水、工業(yè)用水、消防用水、蒸汽、熱水、冷凝水和腐蝕性不強的一般工業(yè)介質(zhì)通常采用碳素鋼，如Q215-A（低壓、管徑小時）、Q235-A（高壓、管徑大時）、20；耐腐蝕和高溫抗氧化通常采用鉻鎳奧氏體鋼，如1Cr18Ni9、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti 等。從工藝?yán)淠旱乃嵝原h(huán)境和上述選材原則可知，174C1/C2 換熱管的材料選擇錯誤，應(yīng)該選擇不銹鋼。

工程設(shè)計選擇腐蝕裕度為3mm/a 值得重新考慮，174C1/C2 封頭、 管箱的厚度都只有8mm，折流板厚度只有5mm； 因此從以上部件設(shè)計來看，設(shè)備使用1～2 年就得更換，明顯腐蝕裕度選擇不夠；188C1/C2/C3 內(nèi)件設(shè)計存在同樣的問題。

3.4 制造原因

2005 年8 月委托制作174C1/C2 時合同規(guī)定內(nèi)件接管均為0Cr18Ni9，2008 年8 月5 日174C1進口接管出現(xiàn)泄漏，檢查發(fā)現(xiàn)接管材料為16Mn、內(nèi)件（折流板、拉桿、折流板、定距管）等均為碳鋼材料。

4 采取對策及建議

高壓工藝?yán)淠夯厥障到y(tǒng)的腐蝕，造成工藝?yán)淠篎e2+含量高， 而Fe2+在脫鹽水系統(tǒng)不能被活性碳過濾器吸附，再次經(jīng)脫鹽水回到合成氨裝置鍋爐給水系統(tǒng)，經(jīng)聯(lián)胺還原為Fe3O4，沉積在爐水系統(tǒng)，這種狀況嚴(yán)重影響鍋爐安全運行；設(shè)備、管道腐蝕后多次造成工藝?yán)淠夯厥罩袛啵瑖?yán)重影響裝置的正常運行，排放的工藝?yán)淠涸斐森h(huán)境污染。 針對工藝?yán)淠合到y(tǒng)運行問題，建議采取以下對策：

a. 為徹底解決酸性工藝?yán)淠簩μ间摰母g， 建議將130D 出口管線PC1005-6″-6P6-PP（51）、174C1 入口管線PC1011-4″-6P6-PP （25）材料升級變更為304SS，管道壓力等級、保溫等保持不變。

b. 鑒于174C1/C2 為固定管板式換熱器，現(xiàn)場不具備更換內(nèi)件條件,建議整體更換，所有部件包括接管材料變更為304SS。

c. 130D 筒體材料由16MnR+304（貼襯）升級為爆炸復(fù)合板、整體更換。

d. 加強對工藝?yán)淠弘妼?dǎo)AI1017 的監(jiān)控并加大人工分析頻率；加強對所有鍋爐水的電導(dǎo)監(jiān)控及分析。

5 結(jié)束語

KBR 高壓工藝?yán)淠夯厥障到y(tǒng)的總體設(shè)計是好的， 但在個別設(shè)計細則的處理有些欠缺；工程技術(shù)人員在引進成套工藝包、設(shè)備選型、設(shè)計審查、項目建設(shè)、更新改造、合同執(zhí)行時宜統(tǒng)籌兼顧、綜合考慮性價比，科學(xué)選型，從而避免不必要的重復(fù)投資。