高含硫天然气净化装置在线腐蚀监测系统优化

李 煌

（中国石化达州天然气净化有限公司，四川 达州 636156）

0 引言

某天然气净化装置采用甲基二乙醇胺法脱硫、三甘醇法脱水、常规克劳斯二级转化法硫磺回收、加氢还原吸收尾气处理的工艺，处理的原料天然气中硫化氢含量约15%，二氧化碳含量约8%，装置腐蚀失效的后果极其严重，所以在设计选材及腐蚀监测等方面需尽可能提高安全系数。装置腐蚀监测技术包括在线腐蚀探针[1]、腐蚀挂片[2]、超声波在线定点测厚[3]、腐蚀调查、全面检验、工艺介质化验分析等。该厂采用电感探针进行在线腐蚀监测，通过对比在线腐蚀监测数据、装置全面检验及腐蚀调查结果，优化在线腐蚀监测局部布点，更合理地实现装置在线腐蚀监测，确保装置安全稳定运行。

1 主要腐蚀机理

1.1 H2S-CO2-H2O腐蚀

湿硫化氢对金属有极强的腐蚀性，在钢材表面生产硫化亚铁造成腐蚀减薄。

同时硫化氢还是一种很强的渗氢介质，可以提供氢原子，氢原子在钢材内部扩散溶解，易造成硫化氢应力腐蚀开裂。

湿二氧化碳在60℃以下对金属腐蚀不明显，100℃左右对金属有严重的均匀腐蚀和点蚀，150℃以上生成FeCO3保护膜可降低金属腐蚀速率[4]。

主要腐蚀部位：

原料气管线、原料气过滤器底部及排污管线、吸收塔底部、闪蒸汽管线、贫富胺液换热器及富胺液侧管线、再生塔及顶部管线、再生塔底重沸器及返塔管线、放空管线等。

1.2 高温硫化腐蚀

在高温条件下，活性硫与金属直接反应，发生均匀腐蚀。在（240～340）℃时，硫化物开始分解，生成硫化氢，硫化氢的腐蚀也很严重。高温硫腐蚀开始时腐蚀速度很快，一定时间后形成硫化铁保护膜后腐蚀速度会恒定，保护膜脱落后，腐蚀将重新加剧。

主要腐蚀部位：

克劳斯炉壳体、硫冷却器及进出口管线、催化转化反应器等。

1.3 硫酸露点腐蚀

来自脱硫单元的酸性气体在克劳斯炉内和O2完全燃烧产生SO2，SO2的水溶液H2SO3对金属的腐蚀性较强，腐蚀产物为FeSO3。当系统中O2过剩时，过程气中的少量SO2会被氧化成SO3。当温度低于400℃时，SO3与水蒸气结合生成硫酸蒸汽，在系统的低温部位或系统开停工的低温段冷凝为稀H2SO4，对金属腐蚀性更强，腐蚀产物为FeSO4。

主要腐蚀部位：

硫冷器管板角焊缝及进出口管线、克劳斯炉壳体、催化转化反应器人孔、尾气焚烧炉及余热锅 炉等。

2 在线腐蚀监测布点

根据装置主要腐蚀风险及选材情况，对重点腐蚀部位布置在线腐蚀监测电感探针（如表1所示）。

表1 在线腐蚀监测系统各监测点参数

3 装置运行、全面检验及腐蚀调查

对装置运行期间在线腐蚀监测数据、装置检修全面检验及腐蚀调查情况进行统计分析，摸清装置实际腐蚀情况，为在线腐蚀监测布点提供基础。

3.1 装置运行期间在线腐蚀监测数据

装置运行期间，发现再生塔底重沸器气相返回管线探针、第二级硫冷器入口管线探针、急冷水泵出口管线探针腐蚀速率存在偏高现象，对3根探针进行逐一分析。

再生塔底重沸器气相返回管线探针材质为碳钢，该部位温度为128℃左右，介质为酸性气体，运行中可能带液滴，普通碳钢的腐蚀速率较高为正常现象。管线材质为碳钢复合316L，运行不存在安全 风险。

第二级硫冷器入口管线探针材质为碳钢，该部位正常运行温度为289℃，介质为酸性气体，该处探针在停工吹硫过程中出现腐蚀速率升高现象，应为工况变化导致钝化膜损坏引起腐蚀加剧。管线材质为碳钢复合316L，运行不存在安全风险。

急冷水泵出口管线探针材质为碳钢，该部位介质为酸性水，普通碳钢腐蚀速率较高为正常现象。该部位管线材质为碳钢，面临腐蚀速率较高的风险，设计时考虑到腐蚀因素，将该管线腐蚀裕量调整为6mm，短期内不存在安全风险。

3.2 装置检修全面检验及腐蚀调查

利用检修机会，对装置整体腐蚀情况开展了全面检验和腐蚀调查。

（1）在线腐蚀监测探针从管线底部插入的部位，容易集聚杂物，造成不必要的损坏；

（2）高压高含硫部位不锈钢管线、设备均无明显腐蚀，部分复合管线存在剥离情况，但不影响 使用；

（3）富胺液、半富胺液碳钢管线，特别是大于60℃的富胺液碳钢管线腐蚀情况严重；

（4）贫胺液过滤器入口管线冲刷腐蚀情况 严重；

（5）急冷水对碳钢管线腐蚀情况严重；

（6） 随着运行时间的增加，蒸汽、凝结水管线腐蚀穿孔现象增加；

（7）随着氯离子的积累，含硫化氢的不锈钢管线、设备存在较高腐蚀风险；

（8）循环水对碳钢管线、设备的腐蚀普遍存在；

（9）高温硫腐蚀、硫酸露点腐蚀普遍存在；

（10）硫磺加水对碳钢、不锈钢的腐蚀较严重，出现过316L管线腐蚀穿孔现象。

4 在线腐蚀监测布点优化

根据装置腐蚀检监测、腐蚀调查等结果，实施技改、加强运行管理等措施，如对装置急冷水管线材质由碳钢升级为316L，对富胺液碳钢管线材质由碳钢升级为316L，对胺液中氯离子进行了脱除，加强运行期间胺液过滤，加强硫磺回收单元保温管理等，加强装置防腐蚀管理。针对装置存在的腐蚀因素，对在线腐蚀监测系统开展了布点优化，更好地展现装置腐蚀趋势。

（1）将所有管线底部插入的探针改为水平或上部插入；

（2）统一探针材质与管线材质；

（3）取消急冷水出口管线探针；

（4）新增急冷塔顶部出口管线、富胺液管线、贫胺液过滤器入口管线、半富胺液泵出口管线探针。

5 结语

在线腐蚀监测系统可以实时监控装置整体的腐蚀情况，对指导装置操作运行、提供检维修策略有较大的意义。根据检监测及腐蚀调查结果，优化探针布点，能更全面地实现装置腐蚀监测，提高装置整体防腐蚀水平。但探针式在线腐蚀监测系统仅能监测到装置整体腐蚀趋势，无法实现具体部位的实际壁厚监测。可通过布置在线定点测厚或人工定点测厚监测装置重点部位腐蚀实际情况，针对性、指导性会更强。