煙氣脫硫裝置TP304L不銹鋼管道和設備腐蝕分析

 浙江至德鋼業有限公司通過分析催化裂化裝置鍋爐煙氣脫硫項目中不銹鋼材料的管道和設備腐蝕泄露事故，從設計選材、管道輸送介質成分、不銹鋼特性、施工控制過程等方面對管道、設備腐蝕情況進行分析，并提出了改進措施和防腐建議。

一、概述

 某煉化公司1400kt/噸催化裂化裝置煙氣脫硫裝置采用胺液再生濕法煙氣脫硫技術。該技術在脫除煙氣中硫氧化物的同時還可有效脫除固體顆粒物，回收高濃度二氧化硫氣體，作為硫磺回收裝置的生產原料，實現污染物的資源化利用，減少脫硫后的高濃度含鹽污水排放。管道材質除少量美標材料N08367 （6Mo不銹鋼）外，其余大部分設備、管道材質為304L不銹鋼管。

二、管道、設備的腐蝕情況

 1. 管道內部的焊縫

 該裝置建成投入運行30天后，貧、富胺液管道（材料為TP304L）相繼開始出現泄漏現象，運行40天后泄露點達13處。通過對現場泄漏點進行外觀檢查，焊口未發現砂眼、開裂現象。部分管線內部焊縫兩側的熱影響區不同程度出現了坑腐蝕、點腐蝕現象。

 2. 換熱器

 因腐蝕泄漏嚴重，裝置被迫停車。隨后對裝置內換熱器全部抽芯檢查，其他設備開人孔檢查，管道拆卸閥門檢查。發現換熱器殼體復合層、管束和管板，同樣出現嚴重腐蝕。有些管束中間穿透性點狀腐蝕。在管板、防沖板等非焊接區同樣出現大面積腐蝕。換熱器殼體內部出現大面積腐蝕，特別是容器底部更加腐蝕嚴重，腐蝕狀態像豆腐渣，并且大塊腐蝕掉。

 3. 閘閥和彎頭

 至德鋼業通過拆卸管道閥門檢查發現，部分管線彎頭焊縫熱影響區和出于流經介質下端腐蝕嚴重，管道彎頭支架焊接部位內壁腐蝕。閘閥內部出現嚴重大面積點狀腐蝕，腐蝕嚴重的區域一般在流經介質下端６點位置。

二、腐蝕問題檢驗分析

 為找出TP304L不銹鋼管、設備腐蝕失效原因，從宏觀觀察、腐蝕區形貌、材質成分、腐蝕產物分析、焊縫區域金相組織、施工過程控制等方面入手進行分析，并制定以下試驗方案。

 1. 宏觀觀察腐蝕區位置和腐蝕程度

 宏觀觀察管道、設備重點彎頭及焊接區域，確定腐蝕區位置和腐蝕程度。所有腐蝕管道、設備材質均為304L不銹鋼或321不銹鋼，焊接接頭中焊縫及熱影響區腐蝕程度比母材嚴重，法蘭、閥門也有不同程度的腐蝕。但檢查發現：材質為N08367的管道、設備的焊接接頭、母材未發現腐蝕現象。

 2. 確認腐蝕區域形貌與腐蝕類型

 觀察腐蝕區形貌，確定腐蝕類型。觀察到腐蝕區域形貌，法蘭機加工面、焊縫熱影響區出現密集大、小坑，符合“坑蝕”的典型特征。

 3. 分析沒有明顯腐蝕現象的焊接接頭

 采用光譜分析分別對母材、熱影響區和焊縫區域進行材質分析，確定材質成分是否符合標準。為了進一步確定TP304L不銹鋼管道的母材、焊接接頭材質性質，特委托山東省特種設備安全工程技術研究所對沒有明顯腐蝕現象的焊接接頭做了光譜、能譜和金相分析。分析設備采用德國光譜儀，分析結果見表。母材、焊接接頭的化學成分與質量證明文件相符合。

 4. 分析管道腐蝕產物

 選取兩組不同規格和部位的管道腐蝕處切下試樣，切割過程中對腐蝕區域進行保護，防止污染腐蝕區域，提取出焊縫中的腐蝕產物進行能譜分析，確定腐蝕產物。根據能譜對管道焊縫處腐蝕產物的分析，發現腐蝕產物中Ｓ元素含量較高，同時有的地方含有較大量的鋁和硅，且含有一定量的氯離子。

 5. 分析接頭腐蝕區域金相

 對焊接接頭腐蝕區域和未發生腐蝕的區域進行金相試驗，確定材質組織變化。對腐蝕較為嚴重的焊接接頭分別按照母材、熱影響區、熔合區、焊縫區的順序進行金相試驗，對比焊后各個區域組織性能變化情況。腐蝕嚴重的母材、焊縫、熱影響區等金相組織見圖。

 從圖中可以看出：

     a. 顯示母材是典型的奧氏體不銹鋼；

     b. 顯示熱影響區組織變得稍微粗大，但仍然是奧氏體組織；

     c. 是發生腐蝕的熔合區金相為典型的不銹鋼焊接柱狀晶，母材還是奧氏體結構；

     d. 是發生腐蝕的焊縫金相組織，均為典型的不銹鋼焊接后產生的柱狀晶，是焊接后的正常金相組織。金相組織中均未發現沿晶微裂紋，材質沒有發生沿晶腐蝕，說明腐蝕原因與焊接沒有直接關聯。

 6. 分析施工過程

  查看施工過程控制資料和焊接工藝參數是否正確，確定施工質量是否存在缺陷。施工方使用的管材及管件均為甲方購買，且到貨后均具有質量證明文件，并對質量證明文件與實物進行了審查并核對；同時根據SH3501-2011《石油化工有毒、可燃介質管道工程施工及驗收規范》第“5．2．6”條的規定對管材及管道組成件進行了主要合金元素含量光譜驗證檢驗，并做好了記錄，合金成分符合標準。

  現場施焊的所有焊工全部持證上崗，并按照要求進行現場考試，考試合格后監理發放焊工操作證?，F場焊接所使用的焊接材料都是嚴格按照焊接工藝評定報告中的焊材牌號和規格進行采購，并經業主、監理審批。

  現場管線焊接全部采用氬電聯焊，管線RT檢測比例嚴格按照圖紙要求的檢測等級進行。并根據SH3501-2011第“7．5．7”條要求的比例進行抽檢，現場抽檢部位全部由監理指定進行。經過檢測的焊口全部合格，檢測報告完整。管線安裝完成后全部進行了水壓試驗，并經監理、車間及工程處確認，試驗記錄完整。

 7. 分析管道輸送介質

 分析管道輸送介質與管道材質耐腐蝕性。根據管道說明表可知管線中輸送介質的操作溫度為63～104℃，管線中輸送介質的ｐＨ值達到3.52，呈強酸性，氯離子、硫酸含量超高。

三、TP304L不銹鋼管耐腐蝕性分析

 TP304L不銹鋼管具有良好的耐腐蝕性能是由于其表面上富鉻氧化膜（鈍化膜）的形成，鉻使不銹鋼在氧化性介質中生成一層十分致密的氧化膜，使不銹鋼鈍化，降低了不銹鋼在氧化性介質中的腐蝕速度，使不銹鋼的耐腐蝕性能提高。鎳是奧氏體形成主要元素，保證材料為奧氏體特性。

 TP304L奧氏體不銹鋼盡管有好的綜合耐腐蝕能力，但國外研究發現，介質溫度和硫酸濃度對奧氏體不銹鋼的腐蝕速度有很大影響。根據有關資料顯示，不含鉬的不銹鋼例如Cr18-Ni8型（TP304L）不銹鋼，不宜用于耐硫酸腐蝕；（鉬）＝2％～3％的316、316L、316H等是可供選用的耐硫酸腐蝕材質的最低牌號。同樣，鉬＝2％～3％的一些鐵素體＋奧氏體雙相不銹鋼如022Cr25Ni6Mo2N等耐硫酸性能相當或優于鉬＝2％～3％的奧氏體不銹鋼；鉬≥4％的高鉬不銹鋼，其耐硫酸性能又比一般 鉬＝2％～3％的不銹鋼的高。

 對照圖發現，TP304L不銹鋼管道在輸送含硫酸介質時，介質溫度不得超過40℃，硫酸濃度不得超過５％。而煙氣脫硫輸送管線中的介質溫度為63～104℃，硫酸濃度＞13％?？梢娫O計采用TP304L不銹鋼管道不符合本項目稀硫酸輸送介質管道、設備的要求，是造成管道和設備腐蝕的主要原因。2205雙相不銹鋼和904L超級不銹鋼可以作為稀硫酸管道、設備選材。

四、結束語

 因部分管道和設備腐蝕陸續造成泄漏，煙氣脫硫裝置投用一個月后被迫停車，其中５臺換熱器基本報廢，管道閥門需要大面積更換。通過對TP304L不銹鋼管道、設備腐蝕的原因分析發現，流經介質中含有大量硫酸、一定量的氯離子，且pH值較低，并在較高溫度的環境下使用，管道選用TP304L的Cr18-Ni8型奧氏體不銹鋼是不合適的。

 根據以上情況，筆者提出如下建議：①. 管材、設備宜選用UN08367鋼，以提高耐蝕等級；②. 適當去除流經管道、設備中介質的氯離子；③. 按照操作工藝參數，控制流經介質硫酸的濃度和溫度；④. 冷卻吸收塔上段重新計算在內壁貼覆材質為UN08367鋼板厚度，以提高設備的耐腐蝕性。