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郝相敏 ,王庆军 ,邵承宏 ,朱忠亚
摘 要:常压塔顶换热器碳钢管束腐蚀速率达到5mm/ a ,使用10 个月就报废。2000 年6 月采用了082Cr2AlMo 管束,使用至今已有26 个月,从未发生过腐蚀泄漏。实践证明,08Cr2AlMo 管束在常顶系统换热中的应用是成功的。
关键词:常顶换热器;腐蚀泄漏;08Cr2AlMo 管束
大连西太平洋石化公司常减压装置加工能力7000kt/ a ,以炼制中东原油为主。该装置的4 台常顶换热器E01～E04 的腐蚀一直是常减压装置的薄弱点,到1999 年腐蚀泄漏达14 次,到2001 年6月3 台管束报废,成为生产的“瓶颈”。
1 常顶换热器腐蚀概况
1.1 工艺条件
常顶换热器工艺条件见表1。
1.2 检查鉴定
a) 生产中“一脱三注”工艺防腐做的较好,尽管如此,由于炼制油品的多样性、不规律性,所以工艺防腐化学药剂的投放量波动很大,从而导致常顶系统换热器的使用寿命差异较大,最短的一台寿命仅为10 个月,通过测厚测算其平均腐蚀速率为5mm/ a 。
b) 气相段的腐蚀大于液相段的腐蚀,腐蚀产物中夹杂黄色颗粒状物质。
2 腐蚀机理[1 ]
常顶系统的腐蚀是HCl2H2 S2H2O 腐蚀体系,H2S 和HCl 电离生成H+ ,为发生电化学腐蚀创造了条件。腐蚀反应如下[2 ,3 ] :
H2 S = H+ + HS-
HCl = H+ + Cl -
阴极反应 Fe = Fe2 + + 2e
阳极反应 2H+ + 2e = 2H →H2
二次过程 S2 + + 2e = FeS ↓
常顶系统的腐蚀速率据文献[2 ]介绍最高可达20mm/ a ,主要以坑蚀、孔蚀、应力腐蚀形式出现。
3 试验研究
为解决常顶换热器的频繁腐蚀报废问题,先从试验入手了解08Cr2AlMo 及相关金属材料在海水、海水+ H2S、循环水中的腐蚀行为。1999 年11月,委托大连理工大学、中科院沈阳金属腐蚀研究所对08Cr2AlMo 及相关材料进行了在上述腐蚀介质中的腐蚀对比试验。
3.1 试验金属材料
20 号碳钢、12Cr2AlMoV、07CrCuAlMoTi 、082Cr2AlMo 、321 不锈钢、2507 双相钢。
3.2 试验腐蚀介质
大窑湾天然海水、海水充H2 S 气体、大连西太平洋石化公司第一循环水场循环水。
313 试验温度
设定环境温度为28 ℃。海水中测试阳极极化曲线温度为: 35 ℃,60 ℃,80 ℃;海水+ H2S 测试阳极极化曲线温度为:45 ℃,60 ℃(本试验是将5 %的H2 S + 95 %N2 标准气体向500mL 容器中充1 小时,制备成饱和H2 S 溶液) ;工业循环水的测试阳极极化曲线温度为:
35 ℃(本试验采用恒温水浴控制) 。
3.4 试验内容
a) 阳极极化曲线测试
试验装置采用PARC MODEL 175 信号发生器,princeon 173 型恒电位仪和586 计算机,数据由计算机采集处理。参比电极为Ag/ AgCl 电极,辅助电极为Pt 片。试样采用硅胶涂敷,有效面积1cm2 。经除锈、脱脂处理后的试样浸入溶液中,稳定30min ,测定自腐蚀电位,从该电位开始正向扫描,扫描速度为60mV/ min。
b) 腐蚀速率的计算
介质中的阳极极化20mV ,扫描速度为5mV/min。用强极化区确定阳极、阴极塔菲尔斜率ba ,bc ,在线性极化区内确定极化阻抗Rp (Ω/ cm2 ) ,从而可得到腐蚀速率Icorr :
Icorr = B/ Rp
式中: B = ba ×bc/ 21303 ( ba + bc)
将Icorr换算成腐蚀速率V 的公式为:
V = 3127 ×Icorr ×A/ ( n ×D) μm/ a
式中: A ———原子量;
n ———得失电子数;
D ———密度。
3.5 试验结果〔4〕
a) 08Cr2AlMo 等不同金属材料在不同温度海水中的腐蚀情况比较
通过研究不同金属材料在海水中阳极极化行为发现:35 ℃,45 ℃和60 ℃海水中阳极活化性能由弱到强的情况,即在不同温度下,6 种金属材料的腐蚀速率由小到大的顺序如下:
2507 双相不锈钢, SUS321 , 08Cr2AlMo , 122Cr2AlMoV ,07CrCuAlMoTi ,20 号碳钢。
在不同温度的海水中08Cr2AlMo 的腐蚀速率仅次于2507 双相钢和SUS321 不锈钢。
b) 08Cr2AlMo 等不同金属材料在海水+ H2 S中的腐蚀情况比较
通过研究不同金属材料在海水+ H2 S 中的阳极极化曲线比较发现:不论在35 ℃,还是在60 ℃,80 ℃海水+ H2 S 中,6 种金属材料的阳极极化稳定性依次为:
2507 双相钢, SUS321 , 07CrCuAlMoTi , 082Cr2AlMo ,12Cr2AlMoV ,20 号碳钢。
c) 08Cr2AlMo 等不同金属材料在35 ℃循环水中的腐蚀情况比较。
在工业循环水中,阳极极化行为影响的试验发现阳极极化稳定性依次为:
2507 双相钢, SUS321 不锈钢, 08Cr2AlMo ,07CrCuAlMoTi ,12Cr2AlMoV ,20 号碳钢。
d) 试验腐蚀速率
1) 在35 ℃海水中,6 种金属材料的腐蚀速率见表2。
08Cr2AlMo 在35 ℃海水中的腐蚀速率为0.696μm/ a ,是碳钢腐蚀速率1.0μm/ a 的69.6 %。耐蚀性顺序由大到小为:
2507 双相不锈钢, SUS321 , 12Cr2AlMoV , 082Cr2AlMo ,07CrCuAlMoTi ,20 号碳钢。
2) 在35 ℃海水+ H2 S 中,6 种金属材料的腐蚀速率见表3。
由表3 可见,08Cr2AlMo 在35 ℃海水+ H2 S 中的腐蚀速率为110μm/ a ,是碳钢腐蚀速率1.4μm/ a的71 %。
3) 在35 ℃工业循环水中,6 种金属材料的腐蚀速率如表4 所示。
由表4 可见,在35 ℃工业顺环水中,6 种金属材料的耐蚀性由强到弱按下列顺序排列:
2507 双相不锈钢, SUS321 , 08Cr2AlMo , 122Cr2AlMoV ,20 号碳钢,07CrCuAlMoTi 。
在35 ℃工业循环水中,08Cr2AlMo 的耐蚀性能仅次于2507 双相钢和SUS321 不锈钢。
SUS321 不锈钢未见明显腐蚀,08Cr2AlMo 基本为均匀腐蚀,20 号碳钢出现了严重的点蚀。
4 08Cr2AlMo 管束在常顶换热器中的应用
通过试验,对08Cr2AlMo 的使用有了深层次的了解,再结合南京炼油厂、茂名石化公司在常压系统的成功使用经验,2000 年4 月决定采用由江阴兴澄钢管有限公司提供的08Cr2AlMo 钢管制作一台换热器用于常顶E201 换热器中。截止现在已使用26 个月,未出现腐蚀泄漏。2001 年2～3月检修期间,又将其余3 台碳钢管束全部更换为08Cr2AlMo 材质管束,使用至今已有14 个月,也同样未发生腐蚀泄漏。
5 08Cr2AlMo 管束在常顶的使用效果
在2001 年4 月检修中,对08Cr2AlMo 管束进行了宏观检查和测厚,结果显示:表面呈现均匀性腐蚀形貌。管壁厚大多数为2.4mm～2.45mm ,没有发现点蚀、孔蚀等腐蚀现象,情况良好。同期使用的位于壳程中气相部位的碳钢管束比液相部位腐蚀严重的多,且U 形部位比直管段部位严重的多。清洗后检查气相部位呈现大面积的腐蚀坑,深度普遍为0.3mm～0.5mm ,最大的腐蚀出现在管束的U 形部位,腐蚀坑深达1.8mm。
6 结论
实践证明,炼制以中东高含硫原油为主的常顶系统换热器管束采用08Cr2AlMo 新材料,能较好地解决HCl + H2S + H2O 的腐蚀问题。2002 年5月在硫磺回收装置再生塔顶冷却器(壳程H2 S 含量达到96 % ,温度70 ℃,压力012MPa) 再次采用了08Cr2AlMo 管束。
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