轻烃裂解炉进料线腐蚀原因分析及维护策略

摘要：本文叙述了中石油某石化分公司220 kt/a乙烯装置F-105裂解炉第四组轻烃进料线泄漏的过程，通过对漏点处取样进行宏观形貌检查、成分分析、测厚和涡流检测、理化检验等方法查明轻烃进料线发生泄漏的原因，从而制定裂解炉运行维护措施，延长裂解炉长周期平稳运行，保证乙烯装置效益。

关键词：裂解炉；轻烃进料；泄漏；减薄；维护措施

裂解炉进料线是裂解炉的最重要的管线之一，其运行状况直接关系到裂解炉长周期平稳运行和乙烯装置的效益和产量。中石油某石化分公司220 kt/a乙烯装置共有七台裂解炉，其中F-101/102/105为SRT-IV型炉，F-105可裂解加工石脑油、碳五和轻烃，分为四组进入对流段顶部进行预热。2021年12月5日，发现5#裂解炉（备用）轻烃第四组进料线在进入对流段前直管段母材处发生泄漏，具体腐蚀泄漏原因分析如下。

一、工艺流程介绍

1.工艺简述

原料装置来的常温状态下的轻烃通过进罐线接入并储存在轻烃罐T-112，用轻烃泵P-111从储罐抽出，输送的轻烃经过流量控制阀至轻烃进料预热器E-110、轻烃气化塔C-110进行加热，预热后的轻烃注硫后分别进入1#、2#、3#、5#裂解炉，轻烃进料原则流程图见图一。

图1轻烃进料原则流程图

F-105裂解炉，简称5#炉，为SRT-Ⅳ型裂解炉，稀释比0.3～0.75，停留时间0.12秒，排烟温度120—140℃，热效率93—94%。5#裂解炉运行过程主要分为投料生产、烧焦和高温备用三个阶段，工作介质主要为石脑油、轻烃、碳五、稀释蒸汽，设计/操作温度为315/260℃，设计/操作压力为0.45/0.25MPa。

轻烃进料线投用时间2017年7月30日，累计运行时间288天，管内介质为轻烃、压力0.6MPa，温度50~60℃；管线规格：88.9*5.49mm；管线材质20#；管道流速：1.7m/s。

2.管线参数及泄漏部位

图2漏点处管线示意图

第四组轻烃进料线内介质正常工况下为轻烃，管线规格为φ88.9*5.49mm，工作压力0.6MPa,工作温度为60℃~80℃，管线介质为石脑油、轻烃、稀释蒸汽。泄漏时处于高备状态，内部积存介质为稀释蒸汽凝液及部分石脑油。

二、故障排查处理

为查明5#炉第四组轻烃进料线腐蚀机理和其它三组进料线运行情况，对四组进料线、进料总线、对流段内部管线均进行测厚和涡流扫查，两种检测手段对比发现其他三组进料线在调节阀后直管段及弯头部位均存在不同程度减薄现象，局部减薄已超过40%以上，不满足装置安全平稳运行的要求，对四组轻烃进料线从调节阀后至进对流段前所有的管线和弯头进行更换[2]。

三、腐蚀检查

1.宏观腐蚀形貌

图3为腐蚀穿孔部位外部腐蚀形貌。从图中可以看出，腐蚀穿孔部位呈不规则椭圆形，大小为5×7mm，穿孔外表面光洁，无腐蚀产物及蚀坑。将直管沿管线轴向剖开，观察其内部腐蚀形貌。由图4可知，直管内表面有明显流体冲刷痕迹，内壁附着层状腐蚀产物，腐蚀产物表面呈红褐色，局部黄色，内部有黑色疏松状产物。由图5可知，腐蚀产物沿整个管内壁分布，腐蚀产物积存较多区域位于泄露点沿介质流向正上方，垢层厚度约为5mm左右。

图3腐蚀漏点处外部腐蚀形貌           图4腐蚀漏点处内部腐蚀形貌

图5垢层最厚处剖面图                  图6漏点部位壁厚测试

2.漏点区域壁厚分布

对漏点周围进行壁厚检测，均发现不同程度的减薄，最小壁厚值为1.77mm，具体部位数值见图6。

3.涡流扫查

使用脉冲涡流扫查仪对5号裂解炉1、2、3、4组轻烃进料线（共计22处部位）进行扫查，发现9处部位（单线图标红部位如图7）疑似减薄，涡流扫查异常部位结果如下图8所示，具体测厚数据如表-1所示。

图7轻烃进料线单线图   

图8异常管线扫查图  

表-1部分管线测厚数据

四、理化检验

1.漏点处电镜形貌

从图中可以看出，漏点附近金属呈现不规则丘陵状分布，可判断为由内而外导致的腐蚀穿孔，可观察到腐蚀微孔及成块状片状的腐蚀产物分布。

图9漏点处腐蚀形貌

2.能谱分析

对管线漏点蚀坑底部的表面成分进行能谱分析，发现主要成分以O、Fe、C元素为主，还含有少量S元素，见图10。

图10腐蚀坑底部能谱分析结果

对腐蚀产物进行能谱分析，结果如图11所示，垢样中主要含有O、Fe、C元素，还含有少量S，与漏点处能谱结果相同。腐蚀产物中的S和O为腐蚀性元素，主要来源于腐蚀介质中，表明腐蚀环境中存在含有S、O元素的腐蚀介质。

图11垢样能谱分析结果  

五、原因分析

1.运行阶段

5#裂解炉长期处于运行（生产→烧焦→高备→生产）状态，在高备状态下不饱和稀释蒸汽在管道中局部冷凝会产生一定量的液相水，当再次投入生产阶段时（轻烃线停用的状态下，阀后管道处于介质滞留区），由于石脑油中含有腐蚀性介质硫化物，这些硫化物会随着石脑油进入系统，反窜至轻烃线阀后介质滞留区，介质积存在管线内部，石脑油管线中的硫化物等腐蚀介质便溶于液相水中形成湿硫化氢腐蚀环境，且长期处于停滞态，形成稳定的电化学腐蚀，反应方程式如下：

负极：Fe-2e→Fe2+

正极：2H++2e→H2

总反应式：Fe+H2S→FeS+H2

2.烧焦阶段

在烧焦阶段，稀释蒸汽同样会反窜至轻烃线发生介质冷凝，其中稀释蒸汽中携带的溶解性氧与之前形成的腐蚀产物FeS发生反应，生成Fe2O3（呈红褐色），反应方程式如下：

负极：Fe-2e→Fe2+

正极：O2+2H2O+4e→4OH-

4FeS+3O2→2Fe2O3+4S

总反应式：4Fe+5O2+6H2O→4Fe(OH)3

Fe(OH)3不稳定易分解成Fe2O3·nH2O形成铁锈。由于5#炉在运行、烧焦、备用状态转换频繁，且轻烃以Fe、S、O为主的腐蚀产物处于“生成-剥离-生成”的循环状态，加剧管线腐蚀减薄，进而导致管线全面发生腐蚀，且局部腐蚀点穿孔。

六、结论及建议

1.在备用状态下，石脑油反窜倒流进入轻烃线内形成滞留区，在滞留区内，腐蚀性介质形成稳定的电化学腐蚀环境，造成管线全面腐蚀。腐蚀介质主要为石脑油中的硫化物及稀释蒸汽中携带的少量溶解氧。

2.5#裂解炉长期处于生产、烧焦、高备状态，轻烃进料线调节阀后区域长期介质处于滞留态，是发生腐蚀的根本因素。同时由于裂解炉在运行、烧焦、备用状态转换频繁，以铁、硫、氧为主的腐蚀产物处于“生成-剥离”的循环状态[1]，促使金属管道壁厚不断腐蚀减薄，直至穿孔泄漏。

3.轻烃进料线若依旧处于长期备用状态，建议对管线滞留段局部进行有效隔离或排空，降低腐蚀风险。

4.制定裂解炉每年管线检测计划，对裂解炉进料线定期检测，对检测出减薄的管线进行评估，存在运行风险的管线及时更换。

参考文献

[1] 唐春容,杨帆,吕小刚.进料线管弯头泄漏原因分析[J].理化检验(物理分册),2020,56(04):58-61.

《石油化工厂设备检修手册 加热炉》代有凡,中国石化出版社,2005