航煤加氢装置凝结水外部线腐蚀及预防

2019-07-19 09:44:21 作者：本网整理来源：设备管理与防腐分享至：

一设备概况

1装置简介

某石化公司炼油厂60万吨/年航煤加氢装置是航煤加氢精制装置，兼含柴油加氢精制工艺，装置生产操作单元可分为压缩机、反应和分馏三大部分。

2统凝结水外部线流程图

航煤加氢装置凝结水外部线流程，凝结水自E-502管程出口至界区送往二循二单元加氢凝结水线至二循一共有39个弯头，其中DN80弯头11个，DN50弯头28个，其中主要问题集中在DN50的弯头处与其相接的直管段处。因为建北加氢现场蒸汽伴热均疏水器直排，所以建北凝结水线主要为E-502疏水器后路，平时出装置压力为0.5-0.8Mpa。管线材质为20#钢。（该钢属于优质低碳碳素钢，冷挤压、渗碳淬硬钢。该钢强度低，韧性、塑性和焊接性均好。抗拉强度为253-500MPa，伸长率≥24%）

二泄露分析

从理论上说，蒸汽凝结水是纯净的、高品质的水，不会对其载体产生腐蚀，但在实际应用中，蒸汽中或多或少都含有杂质，特别是工业用蒸汽中含有不少气体杂质，在蒸汽凝结过程中溶入凝结水中，同时在凝结水的输送过程中也会溶入一定的气体，对凝结水的载体----输送管道产生腐蚀，腐蚀严重的会造成大量的凝结水无法回收，使大量的水资源和热量白白浪费。如果能弄清楚产生腐蚀的原因，然后在对症下药，防与治相结合，可有效防止凝结水的腐蚀，从而避免水资源和热量的浪费。这些都是客套话，重要解决的是我们可以将处理凝结水线花费的精力和时间去投入更有价值的工作中去。

查阅资料，得知造成凝结水线泄露的原因有多种，凝结水腐蚀产物分析主要是Fe3O4和Fe2O3，LIMS系统里可查，这与一般蒸汽管线中的腐蚀产物基本相同，产生腐蚀有几个方面原因。

1凝结水的氧腐蚀

01凝结水中氧气的来源

产生氧腐蚀的前提条件是凝结水中必须有O2，凝结水中O2的来源，是蒸汽中含有一定量的O2，在凝结过程中溶入凝结水中，有锅炉的设备另外做分析，就我们装置来说E-502主热来源3.8MPa蒸汽携带一定量的氧气，带到凝结水系统中。

02氧腐蚀的机理

凝结水中氧腐蚀的形式是氧去极化腐蚀，其腐蚀产物随着载体材质的不同而不同。凝结水的输送管道一般是钢制管材，其腐蚀产物是铁的氧化物，其反应方程式如下：

阳极反应：Fe → Fe2+ + 2e （2-1）

阴极反应：O2 + 2H2O + 4e → 4OH- （2-2）

以上反应的产物Fe2+在水中会与相关物质进一步进行反应，其过程：

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）

以上腐蚀产物中，Fe（OH）2在有氧的条件下是不稳定的，可以转变为α-FeOOH、γ-FeOOH或Fe3O4，α-FeOOH的颜色是黄色的，γ-FeOOH的颜色是橙色的，Fe3O4的颜色是黑色的；F e（OH）3是表示三价铁的氢氧化物，化学组成实际上并不像其化学式那么简单，常常是各种含水氧化铁的混合物，可以写成Fe2O3·nH2O或Fe2O3，Fe2O3又有α- Fe2O3和γ- Fe2O3之分，α- Fe2O3的颜色是砖红至黑色，γ- Fe2O3的颜色是褐色，受污染的凝结水的颜色是红褐色，且腐蚀越严重，颜色越深，就是因为凝结水中含有以上腐蚀产物。

03氧腐蚀的特征

凝结水的氧腐蚀属于溃疡腐蚀，腐蚀发生后在金属的表面形成一个个鼓包，直径从1mm～30mm不等，鼓包的表面是黄褐色到砖红色，由上述的各种氧腐蚀产物组成，去除这些腐蚀产物后，金属的表面是一个个腐蚀坑。凝结水氧腐蚀一旦形成，就很难阻止腐蚀过程的继续，其原因是在腐蚀点上，由于腐蚀产物的阻挡，水中溶解氧扩散到这一点的速度减慢，形成了腐蚀点四周O2的浓度大于腐蚀点上O2的浓度，腐蚀点四周成为阴极，腐蚀点（金属表面某点）成为阳极，阳极（Fe）的腐蚀中被消耗，其产物----Fe2+会缓慢地通过腐蚀产物向溶液中扩散，与溶液中的相关物质继续反应，产生新的腐蚀产物，氧腐蚀这样继续下去。

酸碱度：PH值越小，腐蚀速度越快，PH值越大，腐蚀速度越慢，PH值在中性点附近，其腐蚀速率曲线是水平的，PH值对其影响不大。PH值小，水中含有一定量的H+离子，凝结水的腐蚀不仅有氧腐蚀，同时还有酸腐蚀，所以腐蚀速度快；PH值大（一般认为PH>7）可以在金属的表面形成保护膜，阻碍了氧腐蚀，因而其腐蚀速度慢；PH值在中性点附近发生的腐蚀是氧去极化反应，水中溶解氧扩散到金属表面的速率是氧腐蚀速率的决定因素，因而其腐蚀速率与PH关系不大。腐蚀速率曲线在中心点附近的水平段的长短与温度有关，温度越高水平段越短，按其规律推测，当温度升高到某一值时，水平段可能消失。

氧浓度：凝结水中O2的浓度越大，氧腐蚀的速度越大，但当PH>7，金属的表面会形成一层致密的保护膜，阻碍氧腐蚀的继续。

温度：温度越高，氧腐蚀的速度越快。氧腐蚀的速度决定于O2扩散到金属表面的速度，扩散速度快，氧腐蚀的速度也快。当温度升高时，各种物质（包括O2）的扩散速度增加，同时水溶液的电阻降低，加速腐蚀电池阴阳两极的电极过程，氧腐蚀速度加快。

2凝结水的酸腐

蚀凝结水中的酸性物质主要是溶入凝结水中的CO2形成弱电解质----H2CO3，H2CO3分解为H+和HCO3-。

CO2+H2O=H2CO3 （2-6）

H2CO3=H++HCO3- （2-7）

CO2的来源：凝结水中的CO2主要来源于蒸汽，蒸汽中的CO2气体的主要来源是蒸汽锅炉补给水中游离CO2和碳酸盐类在炉内受热分解，其反应方程式为：

2NaHCO3→Na2CO3+CO2+H2O （2-8）

酸腐蚀的机理：CO2进入凝结水后形成碳酸（H2CO3）。H2CO3是一种弱酸，在水中电离的H+不多，但凝结水是比较纯净的水，含盐量小，缓冲性差，即使像H2CO3这样的弱酸也会使PH值有较大的下降，当纯水中CO2为1mg/L时，纯水的PH值由7.0降至5.5。同时随着H+在腐蚀中不断消耗式2-7的电离平衡被打破，反应向右进行，不断电离出H+供腐蚀反应使用，直至H2CO3消耗完毕。CO2腐蚀的阳极反应和阴极反应方程式如下：

阳极反应：Fe → Fe2+ + 2e （2-9）

阴极反应2H+ + 2e→ H2 （2-10）

CO2腐蚀的腐蚀产物是易溶的，不会沉积在金属表面，所以CO2腐蚀是均匀腐蚀，不会形成保护膜。

3.交变应力的影响，加速腐蚀泄漏

工艺用汽随生产需要调整，所产生的凝结水量变化比较大；因此我们计划在开春时期气温回升时，对E-502疏水器进行调节，将凝结水出装置压力控制在0.5-0.6MPa，出装置压力直接体现水流速度，水流速度越大，水中各物质的扩散速度加大，从而加快氧腐蚀。在金属表面形成钝化膜的情况下，当水流速度大到一定数值时会因水流的机械冲刷作用，破坏钝化膜，发生冲刷腐蚀。凝结水的水流速度不会太快，因而一般情况下不会产生冲刷腐蚀。但是，这种情况不包括本装置，航煤加氢凝结水外部线，DN50管径太细。

是凝结水管线堵漏处理，频繁停投热应力大幅度变化，管线打开过程，管线存水的冷凝，通气时造成的水击，加刷腐蚀进程。

4凝结水汽液共存，冲刷腐蚀

凝结水管线泄漏多于蒸汽管线，主要原因是凝结水汽液共存，对管道弯头等流向发生变化部位的冲刷力很强，造成冲刷腐蚀穿孔，不论凝结水成酸性或碱性，都会加剧腐蚀弯头的冲刷腐蚀，可以说是一类物理腐蚀，但是涉及腐蚀的均是起化学反应的状态，由此我们想对弯头的冲刷做一个分析，假设管线里没有蒸汽，均是凝结水，这种情况是否可能，对此进行分析。

冲刷腐蚀，最主要为气液夹带对管壁进行冲刷，对管道进行硬损伤的腐蚀。我们分析的着手点在于，凝结水出装置的管线中，水的性质。

相关知识：气体的“液化温度”随着压强的增大而升高。实验表明，“液化温度”跟温度之间的关系是非线性的。随着“液化温度”的升高，每升高1℃所需要增加的压强数越来越大。当“液化温度”升高到某一数值以上时，无论怎样增大压强，气体都不会液化，这个温度的数值叫做临界温度，气体处于临界温度时，能够使气体液化的最小压强叫临界压强。例如，水蒸气的临界温度为374.5℃，临界压强为22.12MPa。显然，某种物质临界温度是这种物质“液化温度”的极限，它是这种物质的气态能够变成液态的最高温度。这就是水蒸汽的最高温度，374.5℃，无论你怎么加热，温度是不会上升的。

上图更加清晰的显示出水的三相温度压力曲线图，方便大家观看，我又寻找详细的数据在我们E-502凝结水出装置压力范围内，找到了水气的临界温度。

0.5MPa工作压力时，水汽临界温度为151℃， 0.6MPa工作压力时，水汽临界温度为158℃ ，0.7MPa工作压力时，水汽临界温度为164℃ ，0.8MPa工作压力时，水汽临界温度为169℃。然后3.25日中班，监测凝结水出装置压力为0.55MPa 温度为157℃ 由此数据可以得知在此压力温度下，管线内的介质是已蒸汽形态进入后路的。但是有两项问题E-502疏水器两个自由浮球式疏水器，已使用多年，疏水效果不明显。

E-502疏水器副线有内漏情况。因此可以推断，在后路管线温度降低，连续弯头阻力造成后路压力的损耗，其蒸汽介质必然会以气液夹带的形式，对管线进行冲刷。可以确定冲刷腐蚀这种物理相腐蚀的存在，外加其后路大多数是DN50的管线，相同条件下，细管径的管线介质流速要高于粗管径的管线，冲刷程度更为明显。

三预防及整改措施

减缓凝结水管线泄漏的措施，可以自以下几方面考虑：

1、严格按指标控制锅炉用水和补水，提高蒸汽品质。

2、进入管网的凝结水，在入网前进行强力疏水，更换更好的疏水器，进行水汽分离。

3、适当增加凝结水管道口径，减缓凝结水流速，适应凝结水流量大幅度变化，减缓冲刷腐蚀。

4、凝结水管线流向发生大幅度变化的管件，适当增加壁厚，增加抗腐蚀裕度；对于主要凝结水管线考虑采用强度较高钢材，如：15CrMo。

5、凝结水管线的设计上尽可能减少三通和弯头。

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