硫化氢汽提塔腐蚀检查与腐蚀分析*

(合肥通用机械研究院有限公司 国家压力容器与管道工程技术研究中心，安徽 合肥 230031)

蜡油加氢装置是炼油厂常见的加氢装置之一。某炼油厂蜡油加氢装置以常减压蒸馏装置减压深拔蜡油和焦化装置的蜡油为原料，生产石脑油、柴油和加氢蜡油。该装置设计产能1.0 Mt/a，装置年开工时数8 400 h。该装置于2011年投用，2018年停工检修期间发现H2S汽提塔(塔-0201)进料段附近筒体和塔盘存在严重腐蚀。

1 设备概况

自热低压分离器(容-0104)来的热低分油和冷低压分离器(容-0106)来的冷低分油汇合后进入H2S汽提塔(塔-0201)，在塔-0201内通过蒸汽汽提，以除去大部分H2S。塔顶油气经冷却后进入塔顶回流罐，塔底油气经换热升温进入分馏塔，流程示意见图1。

图1 硫化氢汽提塔工艺流程示意

塔-0201顶部封头和筒体材质为16MnR+0Cr13复合板，厚度为(12+3)mm；上部变径段和中间筒体材质为20R+0Cr13，厚度为(20+3)mm；下部变径段、下部筒体和底部封头材质为20R，厚度为32 mm；塔盘材质为0Cr13，厚度为4 mm。

2 腐蚀检查

2018年停工检修期间，对H2S汽提塔(塔-0201)进行腐蚀检查，结果如下：(1)从上往下数，第二人孔内壁有密集腐蚀坑，深约3mm，见图2；(2)第二人孔处，进料分布管有腐蚀沟槽，深约2 mm，见图3；(3)第二人孔处，塔-0201筒体内壁有3处腐蚀坑，深约1.5 mm，见图4；(4)第二人孔向下4～7层塔盘及溢流堰腐蚀穿孔，见图5和图6；(5)第三人孔筒体内壁有腐蚀坑，深约3 mm，见图7；(6)第三人孔处，塔-0201筒体内壁有腐蚀坑，深约5 mm，见图8；(7)顶部封头、底部封头等其他位置未见明显腐蚀。

图2 第二人孔内壁腐蚀坑

图3 进料分布管腐蚀沟槽

图4 第二人孔处筒体内壁腐蚀坑

图5 第二人孔向下第4层塔盘溢流堰

图6 第二人孔向下第4层塔盘

图7 第三人孔内壁腐蚀坑

图8 第三人孔筒体内壁腐蚀坑

3 腐蚀分析

3.1 高温H2S/H2腐蚀

碳钢或低合金钢等在高温临氢条件下与硫化物反应发生的腐蚀，称为高温H2S/H2腐蚀[1]。

加氢原料中的硫及硫化物在加氢反应过程中转化为H2S，与溶解在低分油中的少量H2一同进入H2S汽提塔，形成了H2S/H2腐蚀环境。塔-0201的进料温度为260 ℃，也就是说塔-0201进料段(第二和第三人孔附近)处于一种高温H2S/H2腐蚀环境。H2S与金属表面发生腐蚀，生成一层硫化物膜，但H2的存在，会不断侵入硫化物膜，造成膜的疏松多孔，因而H2S腐蚀就不断进行，形成多层锈皮结构，这与塔-0201筒体内壁腐蚀形貌基本一致。

根据GB/T 26610.4—2014《承压设备系统基于风险的检验实施导则 第4部分：失效可能性定量分析方法》中腐蚀速率的确定方法[2-3]，在218～524 ℃温度区间，温度越高，高温H2S/H2的腐蚀速率越大。该装置塔-0201的进料温度为260 ℃，已高于高温H2S/H2的阈值(218 ℃)，处于发生高温H2S/H2腐蚀的温度区间，而H2S汽提塔进料段附近是塔内温度最高的位置，因此也是高温H2S/H2腐蚀速率最高的位置。

采用基于风险的检验(RBI)评估软件，对塔-0201进料段筒体进行RBI评估，评估结果见图9。由图9可以看出，塔-0201进料段附近筒体会发生高温H2S/H2腐蚀(理论腐蚀速率为0.177 8 mm/a)，这与之前的腐蚀分析结果一致。

3.2 冲刷腐蚀

高温硫腐蚀生成的腐蚀产物FeS附着在金属表面，可以阻止腐蚀性介质与金属进一步接触，从而抑制腐蚀。但是，塔-0201内蒸汽自下而上流动，会冲刷附着在金属表面的FeS，促使高温H2S/H2腐蚀进一步发生。除此之外，蒸汽的自下而上流动，还会直接对塔-0201内壁、塔盘及进料分布管等产生冲刷。

图9 塔-0201进料段筒体RBI评估结果

3.3 湿硫化氢腐蚀

塔-0201进料段附近内构件较多，温度分布不均匀，蒸汽自下而上流动，遇冷会形成凝结水，形成湿硫化氢腐蚀环境，对塔-0201内壁、塔盘及分布管等造成湿硫化氢腐蚀。采用X射线衍射仪(XRD)对塔盘腐蚀产物进行分析，结果见图10。由图10可能看出腐蚀产物主要是Fe2O3和FeS，这也在一定程度上证明塔-0201进料段发生了湿硫化氢腐蚀[4]。

图10 塔-0201腐蚀产物XRD分析

4 建议措施

4.1 材质升级

SH/T 3096—2012《高硫原油加工装置设备和管道设计选材导则》针对加氢装置H2S汽提塔的选材建议[5]：进料口以上及以下1 m范围内筒体推荐使用碳钢+06Cr13，其余筒体推荐使用碳钢，塔盘推荐使用06Cr13。该装置H2S汽提塔(塔-0201)的选材是符合此要求的，但是仍然发生了比较严重的腐蚀，可以考虑进行材质升级[6]。

4.2 降低负荷及增加蒸汽量

加工负荷过大而汽提蒸汽量不足时，汽提效果差，汽提塔中下段介质中残留H2S含量过高，从而导致高温H2S/H2腐蚀速率较高。某厂加工负荷长期超过设计值，在2011年检修时发现H2S汽提塔进料段附近存在严重腐蚀；后调整加工负荷和增加汽提蒸汽量，在2014年检修时，观察到腐蚀有所减缓[7]。此案例对该装置具有参考意义，通过降低加工负荷或者增加汽提蒸汽量，保证汽提效果，可以有效降低腐蚀速率。

5 结 语

(1)检查发现H2S汽提塔进料段附近筒体和内构件发生严重腐蚀。腐蚀分析表明，该部位存在高温H2S/H2腐蚀、冲刷腐蚀和湿硫化氢腐蚀。RBI评估结果显示，H2S汽提塔进料段附近筒体发生高温H2S/H2腐蚀，理论腐蚀速率为0.177 8 mm/a。塔盘腐蚀产物XRD(X射线衍射)分析结果显示，腐蚀产物主要为Fe2O3和FeS，RBI评估结果、腐蚀产物分析结果与腐蚀分析结果基本一致。

(2)H2S汽提塔进料段附近发生腐蚀的案例很多。尽管该案例中塔-0201材质符合相关标准要求，但仍然发生了严重腐蚀。对H2S汽提塔进行材质升级，降低加工负荷或者增加汽提蒸汽量来减缓腐蚀。