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航煤加氫裝置凝結(jié)水外部線腐蝕及預(yù)防

2019-07-19 09:44:21 作者：本網(wǎng)整理來源：設(shè)備管理與防腐分享至：

一設(shè)備概況

1裝置簡介

某石化公司煉油廠60萬噸/年航煤加氫裝置是航煤加氫精制裝置，兼含柴油加氫精制工藝，裝置生產(chǎn)操作單元可分為壓縮機、反應(yīng)和分餾三大部分。

2統(tǒng)凝結(jié)水外部線流程圖

航煤加氫裝置凝結(jié)水外部線流程，凝結(jié)水自E-502管程出口至界區(qū)送往二循二單元加氫凝結(jié)水線至二循一共有39個彎頭，其中DN80彎頭11個，DN50彎頭28個，其中主要問題集中在DN50的彎頭處與其相接的直管段處。因為建北加氫現(xiàn)場蒸汽伴熱均疏水器直排，所以建北凝結(jié)水線主要為E-502疏水器后路，平時出裝置壓力為0.5-0.8Mpa。管線材質(zhì)為20#鋼。（該鋼屬于優(yōu)質(zhì)低碳碳素鋼，冷擠壓、滲碳淬硬鋼。該鋼強度低，韌性、塑性和焊接性均好。抗拉強度為253-500MPa，伸長率≥24%）

二泄露分析

從理論上說，蒸汽凝結(jié)水是純凈的、高品質(zhì)的水，不會對其載體產(chǎn)生腐蝕，但在實際應(yīng)用中，蒸汽中或多或少都含有雜質(zhì)，特別是工業(yè)用蒸汽中含有不少氣體雜質(zhì)，在蒸汽凝結(jié)過程中溶入凝結(jié)水中，同時在凝結(jié)水的輸送過程中也會溶入一定的氣體，對凝結(jié)水的載體----輸送管道產(chǎn)生腐蝕，腐蝕嚴重的會造成大量的凝結(jié)水無法回收，使大量的水資源和熱量白白浪費。如果能弄清楚產(chǎn)生腐蝕的原因，然后在對癥下藥，防與治相結(jié)合，可有效防止凝結(jié)水的腐蝕，從而避免水資源和熱量的浪費。這些都是客套話，重要解決的是我們可以將處理凝結(jié)水線花費的精力和時間去投入更有價值的工作中去。

查閱資料，得知造成凝結(jié)水線泄露的原因有多種，凝結(jié)水腐蝕產(chǎn)物分析主要是Fe3O4和Fe2O3，LIMS系統(tǒng)里可查，這與一般蒸汽管線中的腐蝕產(chǎn)物基本相同，產(chǎn)生腐蝕有幾個方面原因。

1凝結(jié)水的氧腐蝕

01凝結(jié)水中氧氣的來源

產(chǎn)生氧腐蝕的前提條件是凝結(jié)水中必須有O2，凝結(jié)水中O2的來源，是蒸汽中含有一定量的O2，在凝結(jié)過程中溶入凝結(jié)水中，有鍋爐的設(shè)備另外做分析，就我們裝置來說E-502主熱來源3.8MPa蒸汽攜帶一定量的氧氣，帶到凝結(jié)水系統(tǒng)中。

02氧腐蝕的機理

凝結(jié)水中氧腐蝕的形式是氧去極化腐蝕，其腐蝕產(chǎn)物隨著載體材質(zhì)的不同而不同。凝結(jié)水的輸送管道一般是鋼制管材，其腐蝕產(chǎn)物是鐵的氧化物，其反應(yīng)方程式如下：

陽極反應(yīng)：Fe → Fe2+ + 2e （2-1）

陰極反應(yīng)：O2 + 2H2O + 4e → 4OH- （2-2）

以上反應(yīng)的產(chǎn)物Fe2+在水中會與相關(guān)物質(zhì)進一步進行反應(yīng)，其過程：

Fe2++2OH- →Fe（OH）2（2-3）

4Fe（OH）2+2H2O+O2→ 4Fe（OH）3 （2-4）

Fe（OH）2+2Fe（OH）3 → Fe3O4 + 4H2O （2-5）

以上腐蝕產(chǎn)物中，F(xiàn)e（OH）2在有氧的條件下是不穩(wěn)定的，可以轉(zhuǎn)變?yōu)?alpha;-FeOOH、γ-FeOOH或Fe3O4，α-FeOOH的顏色是黃色的，γ-FeOOH的顏色是橙色的，F(xiàn)e3O4的顏色是黑色的；F e（OH）3是表示三價鐵的氫氧化物，化學(xué)組成實際上并不像其化學(xué)式那么簡單，常常是各種含水氧化鐵的混合物，可以寫成Fe2O3·nH2O或Fe2O3，F(xiàn)e2O3又有α- Fe2O3和γ- Fe2O3之分，α- Fe2O3的顏色是磚紅至黑色，γ- Fe2O3的顏色是褐色，受污染的凝結(jié)水的顏色是紅褐色，且腐蝕越嚴重，顏色越深，就是因為凝結(jié)水中含有以上腐蝕產(chǎn)物。

03氧腐蝕的特征

凝結(jié)水的氧腐蝕屬于潰瘍腐蝕，腐蝕發(fā)生后在金屬的表面形成一個個鼓包，直徑從1mm～30mm不等，鼓包的表面是黃褐色到磚紅色，由上述的各種氧腐蝕產(chǎn)物組成，去除這些腐蝕產(chǎn)物后，金屬的表面是一個個腐蝕坑。凝結(jié)水氧腐蝕一旦形成，就很難阻止腐蝕過程的繼續(xù)，其原因是在腐蝕點上，由于腐蝕產(chǎn)物的阻擋，水中溶解氧擴散到這一點的速度減慢，形成了腐蝕點四周O2的濃度大于腐蝕點上O2的濃度，腐蝕點四周成為陰極，腐蝕點（金屬表面某點）成為陽極，陽極（Fe）的腐蝕中被消耗，其產(chǎn)物----Fe2+會緩慢地通過腐蝕產(chǎn)物向溶液中擴散，與溶液中的相關(guān)物質(zhì)繼續(xù)反應(yīng)，產(chǎn)生新的腐蝕產(chǎn)物，氧腐蝕這樣繼續(xù)下去。

酸堿度：PH值越小，腐蝕速度越快，PH值越大，腐蝕速度越慢，PH值在中性點附近，其腐蝕速率曲線是水平的，PH值對其影響不大。PH值小，水中含有一定量的H+離子，凝結(jié)水的腐蝕不僅有氧腐蝕，同時還有酸腐蝕，所以腐蝕速度快；PH值大（一般認為PH>7）可以在金屬的表面形成保護膜，阻礙了氧腐蝕，因而其腐蝕速度慢；PH值在中性點附近發(fā)生的腐蝕是氧去極化反應(yīng)，水中溶解氧擴散到金屬表面的速率是氧腐蝕速率的決定因素，因而其腐蝕速率與PH關(guān)系不大。腐蝕速率曲線在中心點附近的水平段的長短與溫度有關(guān)，溫度越高水平段越短，按其規(guī)律推測，當(dāng)溫度升高到某一值時，水平段可能消失。

氧濃度：凝結(jié)水中O2的濃度越大，氧腐蝕的速度越大，但當(dāng)PH>7，金屬的表面會形成一層致密的保護膜，阻礙氧腐蝕的繼續(xù)。

溫度：溫度越高，氧腐蝕的速度越快。氧腐蝕的速度決定于O2擴散到金屬表面的速度，擴散速度快，氧腐蝕的速度也快。當(dāng)溫度升高時，各種物質(zhì)（包括O2）的擴散速度增加，同時水溶液的電阻降低，加速腐蝕電池陰陽兩極的電極過程，氧腐蝕速度加快。

2凝結(jié)水的酸腐

蝕凝結(jié)水中的酸性物質(zhì)主要是溶入凝結(jié)水中的CO2形成弱電解質(zhì)----H2CO3，H2CO3分解為H+和HCO3-。

CO2+H2O=H2CO3 （2-6）

H2CO3=H++HCO3- （2-7）

CO2的來源：凝結(jié)水中的CO2主要來源于蒸汽，蒸汽中的CO2氣體的主要來源是蒸汽鍋爐補給水中游離CO2和碳酸鹽類在爐內(nèi)受熱分解，其反應(yīng)方程式為：

2NaHCO3→Na2CO3+CO2+H2O （2-8）

酸腐蝕的機理：CO2進入凝結(jié)水后形成碳酸（H2CO3）。H2CO3是一種弱酸，在水中電離的H+不多，但凝結(jié)水是比較純凈的水，含鹽量小，緩沖性差，即使像H2CO3這樣的弱酸也會使PH值有較大的下降，當(dāng)純水中CO2為1mg/L時，純水的PH值由7.0降至5.5。同時隨著H+在腐蝕中不斷消耗式2-7的電離平衡被打破，反應(yīng)向右進行，不斷電離出H+供腐蝕反應(yīng)使用，直至H2CO3消耗完畢。CO2腐蝕的陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)方程式如下：

陽極反應(yīng)：Fe → Fe2+ + 2e （2-9）

陰極反應(yīng)2H+ + 2e→ H2 （2-10）

CO2腐蝕的腐蝕產(chǎn)物是易溶的，不會沉積在金屬表面，所以CO2腐蝕是均勻腐蝕，不會形成保護膜。

3.交變應(yīng)力的影響，加速腐蝕泄漏

工藝用汽隨生產(chǎn)需要調(diào)整，所產(chǎn)生的凝結(jié)水量變化比較大；因此我們計劃在開春時期氣溫回升時，對E-502疏水器進行調(diào)節(jié)，將凝結(jié)水出裝置壓力控制在0.5-0.6MPa，出裝置壓力直接體現(xiàn)水流速度，水流速度越大，水中各物質(zhì)的擴散速度加大，從而加快氧腐蝕。在金屬表面形成鈍化膜的情況下，當(dāng)水流速度大到一定數(shù)值時會因水流的機械沖刷作用，破壞鈍化膜，發(fā)生沖刷腐蝕。凝結(jié)水的水流速度不會太快，因而一般情況下不會產(chǎn)生沖刷腐蝕。但是，這種情況不包括本裝置，航煤加氫凝結(jié)水外部線，DN50管徑太細。

是凝結(jié)水管線堵漏處理，頻繁停投熱應(yīng)力大幅度變化，管線打開過程，管線存水的冷凝，通氣時造成的水擊，加刷腐蝕進程。

4凝結(jié)水汽液共存，沖刷腐蝕

凝結(jié)水管線泄漏多于蒸汽管線，主要原因是凝結(jié)水汽液共存，對管道彎頭等流向發(fā)生變化部位的沖刷力很強，造成沖刷腐蝕穿孔，不論凝結(jié)水成酸性或堿性，都會加劇腐蝕彎頭的沖刷腐蝕，可以說是一類物理腐蝕，但是涉及腐蝕的均是起化學(xué)反應(yīng)的狀態(tài)，由此我們想對彎頭的沖刷做一個分析，假設(shè)管線里沒有蒸汽，均是凝結(jié)水，這種情況是否可能，對此進行分析。

沖刷腐蝕，最主要為氣液夾帶對管壁進行沖刷，對管道進行硬損傷的腐蝕。我們分析的著手點在于，凝結(jié)水出裝置的管線中，水的性質(zhì)。

相關(guān)知識：氣體的“液化溫度”隨著壓強的增大而升高。實驗表明，“液化溫度”跟溫度之間的關(guān)系是非線性的。隨著“液化溫度”的升高，每升高1℃所需要增加的壓強數(shù)越來越大。當(dāng)“液化溫度”升高到某一數(shù)值以上時，無論怎樣增大壓強，氣體都不會液化，這個溫度的數(shù)值叫做臨界溫度，氣體處于臨界溫度時，能夠使氣體液化的最小壓強叫臨界壓強。例如，水蒸氣的臨界溫度為374.5℃，臨界壓強為22.12MPa。顯然，某種物質(zhì)臨界溫度是這種物質(zhì)“液化溫度”的極限，它是這種物質(zhì)的氣態(tài)能夠變成液態(tài)的最高溫度。這就是水蒸汽的最高溫度，374.5℃，無論你怎么加熱，溫度是不會上升的。

上圖更加清晰的顯示出水的三相溫度壓力曲線圖，方便大家觀看，我又尋找詳細的數(shù)據(jù)在我們E-502凝結(jié)水出裝置壓力范圍內(nèi)，找到了水氣的臨界溫度。

0.5MPa工作壓力時，水汽臨界溫度為151℃， 0.6MPa工作壓力時，水汽臨界溫度為158℃ ，0.7MPa工作壓力時，水汽臨界溫度為164℃ ，0.8MPa工作壓力時，水汽臨界溫度為169℃。然后3.25日中班，監(jiān)測凝結(jié)水出裝置壓力為0.55MPa 溫度為157℃ 由此數(shù)據(jù)可以得知在此壓力溫度下，管線內(nèi)的介質(zhì)是已蒸汽形態(tài)進入后路的。但是有兩項問題E-502疏水器兩個自由浮球式疏水器，已使用多年，疏水效果不明顯。

E-502疏水器副線有內(nèi)漏情況。因此可以推斷，在后路管線溫度降低，連續(xù)彎頭阻力造成后路壓力的損耗，其蒸汽介質(zhì)必然會以氣液夾帶的形式，對管線進行沖刷。可以確定沖刷腐蝕這種物理相腐蝕的存在，外加其后路大多數(shù)是DN50的管線，相同條件下，細管徑的管線介質(zhì)流速要高于粗管徑的管線，沖刷程度更為明顯。

三預(yù)防及整改措施

減緩凝結(jié)水管線泄漏的措施，可以自以下幾方面考慮：

1、嚴格按指標控制鍋爐用水和補水，提高蒸汽品質(zhì)。

2、進入管網(wǎng)的凝結(jié)水，在入網(wǎng)前進行強力疏水，更換更好的疏水器，進行水汽分離。

3、適當(dāng)增加凝結(jié)水管道口徑，減緩凝結(jié)水流速，適應(yīng)凝結(jié)水流量大幅度變化，減緩沖刷腐蝕。

4、凝結(jié)水管線流向發(fā)生大幅度變化的管件，適當(dāng)增加壁厚，增加抗腐蝕裕度；對于主要凝結(jié)水管線考慮采用強度較高鋼材，如：15CrMo。

5、凝結(jié)水管線的設(shè)計上盡可能減少三通和彎頭。

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