揚(yáng)子石化2#催化冷卻吸收塔標(biāo)高105米處運(yùn)行中發(fā)生腐蝕穿孔泄漏，通過(guò)分析吸收塔進(jìn)出口煙氣組分、煙囪頂冷凝液PH值、材料選用、施工質(zhì)量控制及工藝操作等影響因素，比對(duì)材料替代方案，確認(rèn)煙囪選用317L進(jìn)行整體更換，解決了腐蝕泄漏問題。

揚(yáng)子石化2#催化裂化裝置煙氣脫硫脫硝單元采用了DUPONT-BELCO公司的EDV5000濕法洗滌技術(shù)，在T-101冷卻吸收塔水平急冷段，在急冷水的作用下將170℃煙氣降至58℃。在NOx氧化反應(yīng)區(qū)，利用臭氧使NOx氧化成N2O5，并與煙氣中的水蒸汽形成硝酸；在吸收段，利用3層吸收噴嘴吸收液的逆向接觸，脫除煙氣中的硝酸、SO2以及粗顆粒等；同時(shí)，煙氣中的過(guò)剩臭氧使吸收劑中的亞硫酸鈉及亞硫酸氫鈉轉(zhuǎn)化成硫酸鈉。凈化后的煙氣上升進(jìn)入過(guò)濾模組段，通過(guò)28個(gè)濾清模塊上的清洗噴頭洗滌，進(jìn)一步除去煙氣中的顆粒與酸霧。洗滌后的煙氣通過(guò)6個(gè)水珠分離器進(jìn)一步分離煙氣中所夾帶的液滴后，從冷卻吸收塔上部煙囪排放。通過(guò)脫硫脫硝單元，降低再生煙氣中的SO2、NOx及催化劑粉塵含量，實(shí)現(xiàn)煙氣達(dá)標(biāo)排放。

1 設(shè)備概況

煙氣脫硫脫硝單元冷卻吸收塔T101由中國(guó)石化洛陽(yáng)工程有限公司設(shè)計(jì)，寧波天翼石化重型設(shè)備制造有限公司制造，2014年7月投入使用。設(shè)備主要由筒體、水珠分離系統(tǒng)、過(guò)濾模組、急冷噴頭、臭氧注入管、煙囪筒體等部分組成，總高為119700mm，下部筒體直徑為Φ6900mm，上部煙囪直徑為Φ3050mm，殼體材料為S30403+Q345R，不銹鋼復(fù)合層厚度為3mm。冷卻吸收塔運(yùn)行參數(shù)見表1。

表1 冷卻吸收塔運(yùn)行參數(shù)表

2 問題描述

2016年6月27日，煙囪東側(cè)離地面105米處出現(xiàn)腐蝕穿孔，穿孔部位在筒體環(huán)焊縫上部約300mm處（如圖1所示），該處筒節(jié)壁厚為3+14mm。

由于腐蝕泄漏位置離地面很高，且周圍沒有可供檢查和檢測(cè)的操作平臺(tái)，無(wú)法測(cè)量煙囪的腐蝕區(qū)域大小和剩余壁厚，這加大了評(píng)估煙囪強(qiáng)度和可靠性的難度，給裝置的安全生產(chǎn)帶來(lái)重大隱患2017年設(shè)備檢修期間，經(jīng)對(duì)拆下來(lái)的舊煙囪檢查，發(fā)現(xiàn)腐蝕部位主要集中在煙囪頂向下20米的范圍內(nèi)，尤其是靠近頂部區(qū)域，腐蝕更嚴(yán)重。在煙囪頂部拆除的第一段內(nèi)，即標(biāo)高EL100160以上部分，檢查出有6處腐蝕較為嚴(yán)重的部位，其中有一處已腐蝕穿孔（105米處），第二段上部第二筒節(jié)中間區(qū)域有一處明顯腐蝕減薄的位置。腐蝕狀況和分布情況見圖2及表2，圖中實(shí)線部分為縱、環(huán)焊縫。

圖1 脫硫塔煙囪腐蝕示意圖

圖2 煙囪頂部腐蝕區(qū)域分布圖

表2 煙囪筒節(jié)腐蝕情況統(tǒng)計(jì)

3 腐蝕原因分析

3.1煙氣脫硫脫硝機(jī)理

冷卻吸收塔的主要反應(yīng)在急冷和吸收段完成。在急冷段，煙氣沿水平方向與臭氧接觸，將煙氣中的NOX氧化成N2O5，N2O5再與煙氣中的水蒸汽結(jié)合生成硝酸；在吸收段，上升的煙氣與含有25%濃度NaOH的溶液逆向接觸，脫除煙氣中的SO2。冷卻吸收塔內(nèi)存在的主要化學(xué)反應(yīng)如下：

事實(shí)表明：在煙氣進(jìn)煙囪之前，塔內(nèi)介質(zhì)之間的反應(yīng)并沒有全部完成，其中SO3與水蒸汽的反應(yīng)還在繼續(xù)。

3.2 工藝條件分析

3.2.1 濕法脫硫工藝分析

從運(yùn)行數(shù)據(jù)上看，冷卻吸收塔T-101分離效果明顯，催化劑粉塵、SO2、NOx等主要指標(biāo)完全達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)見表1。但煙囪頂部出現(xiàn)腐蝕泄漏，這表明頂部區(qū)域的環(huán)境與我們?cè)人J(rèn)為的存在出入。通過(guò)查閱有關(guān)資料以及與貝爾格技術(shù)人員交流，認(rèn)為濕法脫硫工藝對(duì)SO3的脫除效果不好。該工藝對(duì)SO2脫除率約95%，但對(duì)造成濕煙氣腐蝕的主要成分SO3脫除率很低，一般為30%～50%左右，而且在200℃以下煙氣中SO3全部以H2SO4蒸氣形式存在。

3.2.2 水溶液的分析比較

在6月30日和7月21日兩次煙囪冷凝液采樣做水質(zhì)分析，PH值為2.3～2.4，呈強(qiáng)酸性，Cl-和SO42-質(zhì)量濃度見表2，而同時(shí)對(duì)煙囪下部濾清模塊中過(guò)濾液的分析，其PH值在6.9左右，說(shuō)明酸液在煙囪段聚集形成，并且沿?zé)焽璩隹诜较驖舛仍谠黾?，在煙囪頂部位置達(dá)到峰值。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是凈煙氣中殘留的SO3和水蒸汽反應(yīng)生成H2SO4，與煙囪器壁上的水珠結(jié)合后形成硫酸液滴。隨著煙氣上升越高，煙氣中夾帶的堿液含量將越低，硫酸根中和反應(yīng)生成硫酸鈉的能力越弱，這就導(dǎo)致煙囪越往上其夾帶溶液的酸值越高。煙囪頂部酸性溶液在煙氣的托力和液滴自身重力作用下，當(dāng)液滴承受重力大于煙氣脫力時(shí)，酸性液滴就沿著煙囪內(nèi)壁向下運(yùn)動(dòng)，使筒體上部區(qū)域長(zhǎng)期處于強(qiáng)酸環(huán)境中。并且，在凸起的焊縫部位，酸性溶液更易積聚，因而對(duì)焊縫的腐蝕更為嚴(yán)重見表3所示。

3.2.3 其他元素對(duì)腐蝕的影響

3.2.3.1 氯離子的影響

煙氣中的氯離子主要來(lái)自原料油，從表3可看到，煙脫塔各組分水溶液中CL-含量相當(dāng)高，氯離子的存在會(huì)使冷卻吸收塔中奧氏體不銹鋼設(shè)備發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。主要原因是設(shè)備制造時(shí)存在焊接殘余應(yīng)力和鈍化膜帶來(lái)的附加應(yīng)力，氯離子使金屬表面局部的保護(hù)膜破裂，破裂處的基體金屬形成微電池陽(yáng)極，產(chǎn)生陽(yáng)極溶解，在拉應(yīng)力作用下保護(hù)膜反復(fù)形成和反復(fù)破裂，就會(huì)使局部金屬腐蝕加劇，最后形成孔洞?？锥吹拇嬖谠斐蓱?yīng)力集中，更加速了孔洞表面的塑形變形和保護(hù)膜破裂，最終導(dǎo)致金屬應(yīng)力腐蝕開裂。

3.2.3.2 釩元素的影響

催化原料中釩元素嚴(yán)重超標(biāo)，在再生器中生成V2O5，促進(jìn)SO2轉(zhuǎn)化為SO3，設(shè)計(jì)催化裝置原料中釩含量小于5ppm，統(tǒng)計(jì)2016年4月至5月原料分析，釩含量最大13.3ppm，最小6.73ppm，平均8.85ppm，嚴(yán)重超設(shè)計(jì)值。

表3 煙囪冷凝水水質(zhì)分析

圖1 原料中釩含量分析

3.3 材料性能分析

（1）材料耐腐蝕性能不足。T101的筒體材質(zhì)采用Q345R+S30403復(fù)合鋼板，不銹鋼復(fù)合層厚度為3mm，其耐腐蝕性和耐熱性較好，但在強(qiáng)酸性環(huán)境下，因其表面無(wú)法形成完好的鈍化膜而產(chǎn)生腐蝕減薄，筒體殘余應(yīng)力較高的部位（如筒體焊縫部位等）更容易受到腐蝕。

（2）制造或安裝過(guò)程存在缺陷。從煙囪的腐蝕部位來(lái)分析，7處腐蝕減薄有6處出現(xiàn)在焊縫部位，這說(shuō)明頂部焊縫處是易腐蝕部位。304L不銹鋼在焊接過(guò)程中存在焊接危險(xiǎn)溫度區(qū)間（為450～850℃），當(dāng)溫度達(dá)到這一范圍時(shí)，奧氏體中過(guò)飽和的碳向晶間處迅速擴(kuò)散并在晶粒邊界析出，析出的碳和鉻形成碳化鉻，這樣就大量消耗了晶界處的鉻，使晶界的耐腐蝕能力下降。若筒體安裝時(shí)焊接質(zhì)量控制不佳，堆焊的復(fù)合層性能低于304L，這樣遇到強(qiáng)酸環(huán)境時(shí)，局部腐蝕將加劇。另外，表面復(fù)合層堆焊時(shí)未達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，焊后未對(duì)焊縫酸洗鈍化等因素的存在，也會(huì)加速焊縫部位的腐蝕。

4 解決措施及效果驗(yàn)證

4.1優(yōu)化脫硫吸收塔的操作

煙脫吸收塔塔底循環(huán)漿液的pH值控制在7.0-7.5，濾清模塊的pH值控制在靠近7.5~8.0，PTU排液由11t/h提高至13-14t/h，提高濾清模塊水質(zhì)防結(jié)垢。

4.2 加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)控

每班使用PH值試紙檢測(cè)過(guò)濾模組模塊、底部漿液pH值一次，并將化驗(yàn)pH值數(shù)據(jù)做好特護(hù)記錄，出現(xiàn)誤差時(shí)及時(shí)聯(lián)系儀表對(duì)在線pH分析表進(jìn)行調(diào)校。對(duì)煙氣凝液定時(shí)做pH值分析，根據(jù)pH值大小調(diào)節(jié)注堿量，保證內(nèi)壁冷凝液的酸度在合適范圍。

4.3 煙囪材質(zhì)升級(jí)

4.3.1 煙囪選材

2016年10月26日，總部專家組針對(duì)揚(yáng)子石化催化裂化裝置冷卻吸收塔煙囪腐蝕穿孔召開專題會(huì)，根據(jù)會(huì)議討論的更換煙囪材質(zhì)升級(jí)選擇建議，初步確定煙囪材質(zhì)在317L、Q345R+Ti、Q345R+S22053和C-276四種材質(zhì)中選擇一種。公司在對(duì)這四種材質(zhì)從價(jià)格、采購(gòu)周期、焊接制造工藝等方面進(jìn)行分析比較，認(rèn)為：317L焊接性能最好；鈦材復(fù)合板對(duì)焊接環(huán)境要求比較高，焊接前對(duì)焊縫坡口處理要求高，同時(shí)需要采用惰性氣體保護(hù)焊，現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)焊接時(shí)有一定難度；雙相鋼復(fù)合板主要針對(duì)點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕防腐，焊接過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)鐵素體含量偏高或偏低，需要加大檢測(cè)比例，焊后需要進(jìn)行熱處理；C276焊接性能和防腐性能最優(yōu)。

從防腐角度考慮：

Q345R+C276>Q345R+Ti>Q345R+S2205>317L

從焊接角度考慮：

317L>Q345R+C276>Q345R+S2205>Q345R+Ti

因此，從煙囪使用壽命、焊接工藝性能和現(xiàn)場(chǎng)施工等多方面角度考慮，冷卻吸收塔煙囪材質(zhì)選擇順序?yàn)椋?/span>Q345R+C276>317L>Q345R+Ti>Q345R+2205由于哈氏合金供貨周期較長(zhǎng)，綜合考慮本次冷卻吸收塔煙囪材質(zhì)采用317L。

4.3.2 煙囪更換范圍

根據(jù)設(shè)備腐蝕狀況，確定2017年檢修更換的部位為煙囪主體及上過(guò)渡段，具體位置為EL54460以上部分的過(guò)渡段及EL54660以上的內(nèi)筒及煙囪。

4.3.3 煙囪的拆除和安裝

煙囪的拆除分為四段，主要是考慮到舊煙囪腐蝕減薄情況不明，為降低吊裝風(fēng)險(xiǎn)，盡可能采用多段吊裝，拆除位置的標(biāo)高分別為EL100160、EL84060、EL66460和EL54460。拆除時(shí)采用先掛鉤、后落架，最后再割除的順序依次從上往下進(jìn)行。新筒節(jié)分四段到貨，上過(guò)渡段與長(zhǎng)為11.74米的筒節(jié)垂直組對(duì)，另外兩截水平組對(duì)。

組對(duì)過(guò)程中，要求施工人員控制焊縫錯(cuò)邊量不得超過(guò)3mm，另外焊接完成后，焊縫需經(jīng)20%的RT檢測(cè)，待檢測(cè)合格后，再將內(nèi)部焊縫余高磨平，以防投用后在焊縫處積液。地面預(yù)制完成后分兩次進(jìn)行新過(guò)渡段筒節(jié)和新煙囪筒節(jié)回裝。

新過(guò)渡段筒節(jié)組對(duì)時(shí)需先固定內(nèi)筒，在內(nèi)筒定位后，再組對(duì)外筒節(jié)。由于新過(guò)渡段的厚度為24mm，而舊筒節(jié)的厚度為24+3mm，新舊筒節(jié)不等厚，因此，在組對(duì)時(shí)要求以內(nèi)壁為基準(zhǔn)，并且要求過(guò)渡段下口焊縫錯(cuò)邊不得超過(guò)5mm。70米處焊口因壁厚相同，組焊相對(duì)要簡(jiǎn)單一些，但為保證焊接質(zhì)量，要求必須雙面焊。在地面時(shí)，過(guò)渡段內(nèi)筒筒節(jié)內(nèi)就利用內(nèi)支撐先搭好了組對(duì)用的腳手架，煙囪筒節(jié)外部利用平臺(tái)也搭設(shè)了組對(duì)用的腳手架，內(nèi)、外腳手架隨過(guò)渡段一起吊裝。

4.4 效果驗(yàn)證

2019年4月裝置檢修，為了驗(yàn)證煙囪更換后的效果，在煙囪內(nèi)搭設(shè)了30米高的腳手架（標(biāo)高約為73000mm）。站在架子頂上，通過(guò)目視檢查，在煙囪頂部區(qū)域未發(fā)現(xiàn)器壁有暗影、毛糙等可能存在腐蝕的部位，這表明2017年煙囪材質(zhì)的升級(jí)和更換效果良好。

5 結(jié)束語(yǔ)

本次冷卻吸收塔檢修通過(guò)更換煙囪，消除了煙囪漏點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)材質(zhì)升級(jí)，提高了煙囪抗腐蝕能力，解決了煙囪因材質(zhì)、施工問題而存在的安全隱患。另外，通過(guò)對(duì)內(nèi)件的檢查，掌握了冷卻吸收塔在運(yùn)行過(guò)程中存在的問題和器壁的腐蝕狀況，對(duì)今后的備品備件準(zhǔn)備及工藝操作的調(diào)整提供了依據(jù)。

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