丙烷罐的腐蚀分析和防腐措施.doc

丙烷罐的腐蚀分析和防腐措施 大连东北核工业设备无损检测有限公司 1 引子 内蒙某公司丙烷脱沥青装置建于1989年4月，设计原料为减压渣油（硫含量0.381%）,2000年7月对丙烷罐（位号为：R-6-12丙烷储存罐）检查，未发现异常。2002年以来由于加工原油硫含量增加，2006年9月检修时，该设备由于出现严重氢鼓泡及母材腐蚀而报废。2 R-6-12的基本情况2.1 丙烷的主要工艺流程装置中的丙烷是作为溶剂使用的，通过萃取，将减压渣油中的沥青脱去获得轻、重脱沥青油，丙烷在生产中是循环使用的。丙烷的流程是：新丙烷（自气分装置来）和回收丙烷（萃取后通过临界回收、蒸发回收和汽提回收系统的丙烷）储存在R-6-12中，通过丙烷泵和丙烷增压泵将丙烷输送至丙烷萃取塔。萃取后的丙烷和沥青进入回收系统分离出丙烷，再返回R-6-12循环使用。2.2 丙烷罐的主要技术参数设计压力：3.0Mpa；操作压力：2.2Mpa；设计温度：50；操作温度：40；介质：混合丙烷、水；规格：2400180030mm；材质：16MnR.2.3 丙烷罐的概况丙烷罐的钢材均为正火的C-Mn钢，其化学成分见表1。设备焊后均经整体热处理，其热处理规范为6106351.5h。这台设备于1989年使用，在2000年的定期检测中，被有关部门安全等级评为一级。但2006年的9月发现管道有鼓泡，为此决定提前检修。表1 材料的化学成分 （%）项目CSiMnPSNiCuCr16MnR0.160.371.350.0190.0283 R-6-12丙烷罐腐蚀的基本情况3.1 R-6-1丙烷罐采样数据和原料分析 R-6-12 本设备运行中，随着加工原油硫含量的增加（见表2、3），丙烷中H2S 含量相应增大，丙烷罐脱水中的铁离子浓度也逐渐增高（见表4），说明其腐蚀加剧。表2 原料中的硫含量（2004） （mg/m3）日期1.292.163.24.275.246.288.239.1310.3S含量0.821.7491.3991.5661.2671.6972.031.1271.890表3 系统丙烷H2S含量（2004） （mg/m3）日期2.254.216.27.158.49.2110.29V-8气相V-8液相12250725020750137501525013250192501025024250102502175097501875016250表4 R-6-12脱水铁离子浓度（2004） （mg/l）日期10.810.1010.1410.1810.2110.2410.312.11.217.8812.34.511.145.78注：R-6-12脱水中铁离子浓度最高时达42.93mg/l（2004年7月28日）。表5 R-6-12 脱水pH值（2004）日期7.227.267.298.28.58.98.168.198.238.26pH值4.95.15.24.74.54.64.05.04.14.43.2 R-6-12腐蚀情况介绍在脱沥青的生产中，丙烷循环使用，其H2S含量随着生产时间的延长而增加。为追求生产效益，丙烷不能经常更换，这使丙烷罐必然存在H2S腐蚀。为此，该公司委托当地锅炉压力容器检验研究所对丙烷罐进行检验。3.2.1 R-6-12检验结果（1） 外观检查对内壁宏观检查：R-6-12共发现母材氢鼓泡149处（大多分布在上部气相部位，下部仅有两处），直径30165mm。具体分布：北侧封头8处；筒节（1#8处；2#16处；3#20处；4#24处；5#12处；6#41处；7#13处；8#7处）。鼓泡大多在壁厚7.013.7mm，高度在36mm。（2） 内壁裂纹检查对R-6-12鼓泡进行荧光MT检测发现19处鼓泡开裂，长度大多为23mm，最长40mm。对R-6-12鼓泡所在的板材进行MT检查，抽查均发现有裂纹，裂纹长度大多24mm，最长15mm。在母材上选择裂纹较集中部位进行打磨消除，其裂纹数量随打磨范围增大而增加。对接焊缝100%MT检测均未发现裂纹类缺陷。（3） 超声检测情况对R-6-12在外壁对北侧封头和第一筒节上部母材进行横波斜扫查，在深度1417mm范围均有呈草状反射讯号（说明母材内部有小裂纹反射）；在内壁对鼓泡所在板材进行斜探头检测，在深度1014mm范围也有呈草状反射讯号，与外壁检测相似。用直探头和测厚仪对鼓泡处剩余测厚度进行测定。对接焊缝经100%UT检测。未发现级以上的缺陷。（4） 金相及硬度对R-6-12的焊缝、鼓泡壁、鼓泡所在母材及未发现鼓泡板材进行金相分析，金相组织均正常，鼓泡上及其周围母材表面裂纹尖端基本呈沿晶状态，属氢致开裂。（5） 硬度测定 对各部位所测试 的R-6-12硬度值基本正常。3.2.2 R-6-12检验 （1） 外观检查 对内壁宏观检查，内表面均匀腐蚀严重，未发现有氢鼓泡。 （2） 内壁裂纹检查 对内壁板材MT检测抽查，未发现开裂现象；对接焊缝100%MT检测未发现裂纹类缺陷。 （3） 超声检测情况 在外壁对北侧封头和第一筒节下部母材进行横波斜扫查，未发现超标缺陷反射讯号；在内壁对板材进行斜探头、直探头抽查，未发现超标缺陷反射讯号，对接焊缝经100%UT检测，未发现级以上的缺陷。 （4） 金相及硬度 对焊缝、板材进行金相分析，金相组织均正常，硬度测定所测试各部位硬度值基本正常。4 综合分析由于原油的硫含量高，使得炼制出来的油品及化工半成品不能进行严格的脱硫和脱水处理，常含有超标的硫化氢和水分，从而形成湿硫化氢环境，导致硫化物应力腐蚀破裂、氢诱导裂纹和氢鼓泡等，发生与氢有关的损伤。有关资料介绍在湿硫化氢环境下，中低强度钢的氢致开裂敏感性较高，而高强度钢的硫化物应力腐蚀开裂敏感性较高。中等强度16MnR储藏钢在湿硫化氢环境中，主要是母材发生氢诱导裂纹和氢鼓泡，从而在材料内部产生大量的分层缺陷，导致储藏罐有效壁厚减薄，对设备的安全运行造成危险。存在于材料中沿带状珠光体分布的长条形MnS是引起16MnR钢发生腐蚀破坏最重要的冶金因素，因此减少含硫量可提高材料的抗硫化氢腐蚀性能。 R-6-12 的腐蚀情况：大面积出现氢鼓泡（HB），并集中在容器的上半部（下半部较少），两台容器各有10多处鼓泡出现开裂（HIC）。在容器的上半部基本上属气相，下半部为液相，气相丙烷区的腐蚀比液相严重得多，大的 直径达到2030cm，小的仅有35cm。当地锅炉压力容器检验所对R-6-12检验的结论为内壁鼓泡裂纹及鼓泡附近部位的裂纹尖端大多呈沿晶开裂，从形态上看为氢致开裂。对部分鼓泡打磨后发现鼓泡层的厚度超过材质壁厚的1/3，已无法进行修理，最后不得不进行报废处理。5 丙烷罐H2S腐蚀的防护措施5.1 提高钢材的质量氢鼓泡（HB）、氢致开裂（HIC）都与材料中的S、P等杂质的含量有关。目前国内外，抗HIC钢板主要采用控制合金元素含量，降低S、P等杂质的含量，控制夹杂物的形状，减少偏析，采用热控轧技术降低带状组织，并细化晶粒。制造、焊接后，进行焊后热处理也是有益的。对于轧制材料可以通过下面方法提高HIC的抗力：(1)采用低硫钢，应控制在0.003%以下；（2）控制夹杂物的形状；（3）减少偏析；（4）采用控轧。5.2 工艺防腐工艺防腐主要是通过脱硫的方法