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航煤加氫裝置凝結水外部線腐蝕及預防
發布時間：2019-07-23 來源：容大檢測 瀏覽量：2465次
導讀：
一設備概況
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，裝置生產操作單元可分為壓縮機、反應和分餾三大部分。
2統凝結水外部線流程圖
航煤加氫裝置凝結水外部線流程，凝結水自E-502管程出口至界區送往二循二單元加氫凝結水線至二循一共有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。因為建北加氫現場蒸汽伴熱均疏水器直排，所以建北凝結水線主要為E-502疏水器后路，平時出裝置壓力為0.5-0.8Mpa。管線材質為20#鋼。（該鋼屬于優質低碳碳素鋼，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，蒸汽凝結水是純凈的、高品質的水，不會對其載體產生腐蝕，但在實際應用中，蒸汽中或多或少都含有雜質，特別是工業用蒸汽中含有不少氣體雜質，在蒸汽凝結過程中溶入凝結水中，同時在凝結水的輸送過程中也會溶入一定的氣體，對凝結水的載體----輸送管道產生腐蝕，腐蝕嚴重的會造成大量的凝結水無法回收，使大量的水資源和熱量白白浪費。如果能弄清楚產生腐蝕的原因，然后在對癥下藥，防與治相結合，可有效防止凝結水的腐蝕，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，得知造成凝結水線泄露的原因有多種，凝結水腐蝕產物分析主要是Fe3O4和Fe2O3，LIMS系統里可查，這與一般蒸汽管線中的腐蝕產物基本相同，產生腐蝕有幾個方面原因。
1凝結水的氧腐蝕
01凝結水中氧氣的來源
產生氧腐蝕的前提條件是凝結水中必須有O2，凝結水中O2的來源，是蒸汽中含有一定量的O2，在凝結過程中溶入凝結水中，有鍋爐的設備另外做分析，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，帶到凝結水系統中。
02氧腐蝕的機理
凝結水中氧腐蝕的形式是氧去極化腐蝕，其腐蝕產物隨著載體材質的不同而不同。凝結水的輸送管道一般是鋼制管材，其腐蝕產物是鐵的氧化物，其反應方程式如下：
陽極反應：Fe → Fe2+ + 2e （2-1）
陰極反應：O2 + 2H2O + 4e → 4OH- （2-2）
以上反應的產物Fe2+在水中會與相關物質進一步進行反應，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）
以上腐蝕產物中，Fe（OH）2在有氧的條件下是不穩定的，可以轉變為α-FeOOH、γ-FeOOH或Fe3O4，α-FeOOH的顏色是黃色的，γ-FeOOH的顏色是橙色的，Fe3O4的顏色是黑色的；F e（OH）3是表示三價鐵的氫氧化物，化學組成實際上并不像其化學式那么簡單，常常是各種含水氧化鐵的混合物，可以寫成Fe2O3·nH2O或Fe2O3，Fe2O3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，受污染的凝結水的顏色是紅褐色，且腐蝕越嚴重，顏色越深，就是因為凝結水中含有以上腐蝕產物。
03氧腐蝕的特征
凝結水的氧腐蝕屬于潰瘍腐蝕，腐蝕發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物組成，去除這些腐蝕產物后，金屬的表面是一個個腐蝕坑。凝結水氧腐蝕一旦形成，就很難阻止腐蝕過程的繼續，其原因是在腐蝕點上，由于腐蝕產物的阻擋，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，其產物----Fe2+會緩慢地通過腐蝕產物向溶液中擴散，與溶液中的相關物質繼續反應，產生新的腐蝕產物，氧腐蝕這樣繼續下去。
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值在中性點附近發生的腐蝕是氧去極化反應，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，溫度越高水平段越短，按其規律推測，當溫度升高到某一值時，水平段可能消失。
氧濃度：凝結水中O2的濃度越大，氧腐蝕的速度越大，但當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。
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。當溫度升高時，各種物質（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凝結水的酸腐
蝕凝結水中的酸性物質主要是溶入凝結水中的CO2形成弱電解質----H2CO3，H2CO3分解為H+和HCO3-。
CO2+H2O=H2CO3 （2-6）
H2CO3=H++HCO3- （2-7）
CO2的來源：凝結水中的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和碳酸鹽類在爐內受熱分解，其反應方程式為：
2NaHCO3→Na2CO3+CO2+H2O （2-8）
酸腐蝕的機理：CO2進入凝結水后形成碳酸（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，反應向右進行，不斷電離出H+供腐蝕反應使用，直至H2CO3消耗完畢。CO2腐蝕的陽極反應和陰極反應方程式如下：
陽極反應：Fe → Fe2+ + 2e （2-9）
陰極反應2H+ + 2e→ H2 （2-10）
CO2腐蝕的腐蝕產物是易溶的，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.交變應力的影響，加速腐蝕泄漏
工藝用汽隨生產需要調整，所產生的凝結水量變化比較大；因此我們計劃在開春時期氣溫回升時，對E-502疏水器進行調節，將凝結水出裝置壓力控制在0.5-0.6MPa， 出裝置壓力直接體現水流速度，水流速度越大，水中各物質的擴散速度加大，從而加快氧腐蝕。在金屬表面形成鈍化膜的情況下，當水流速度大到一定數值時會因水流的機械沖刷作用，破壞鈍化膜，發生沖刷腐蝕。凝結水的水流速度不會太快，因而一般情況下不會產生沖刷腐蝕。但是，這種情況不包括本裝置，航煤加氫凝結水外部線，DN50管徑太細。
是凝結水管線堵漏處理，頻繁停投熱應力大幅度變化，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凝結水汽液共存，沖刷腐蝕
凝結水管線泄漏多于蒸汽管線，主要原因是凝結水汽液共存，對管道彎頭等流向發生變化部位的沖刷力很強，造成沖刷腐蝕穿孔，不論凝結水成酸性或堿性，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反應的狀態，由此我們想對彎頭的沖刷做一個分析，假設管線里沒有蒸汽，均是凝結水，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，凝結水出裝置的管線中，水的性質。
相關知識：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越來越大。當“液化溫度”升高到某一數值以上時，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，某種物質臨界溫度是這種物質“液化溫度”的極限，它是這種物質的氣態能夠變成液態的最高溫度。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，我又尋找詳細的數據在我們E-502凝結水出裝置壓力范圍內，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，監測凝結水出裝置壓力為0.55MPa 溫度為157℃ 由此數據可以得知在此壓力溫度下，管線內的介質是已蒸汽形態進入后路的。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疏水器副線有內漏情況。 因此可以推斷，在后路管線溫度降低，連續彎頭阻力造成后路壓力的損耗，其蒸汽介質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，外加其后路大多數是DN50的管線，相同條件下，細管徑的管線介質流速要高于粗管徑的管線，沖刷程度更為明顯。
三預防及整改措施
減緩凝結水管線泄漏的措施，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。
2、進入管網的凝結水，在入網前進行強力疏水，更換更好的疏水器，進行水汽分離。
3、適當增加凝結水管道口徑，減緩凝結水流速，適應凝結水流量大幅度變化，減緩沖刷腐蝕。
4、凝結水管線流向發生大幅度變化的管件，適當增加壁厚，增加抗腐蝕裕度；對于主要凝結水管線考慮采用強度較高鋼材，如：15CrMo。
5、凝結水管線的設計上盡可能減少三通和彎頭。
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標簽：
蘇公網安備 32020502000190號