宋保峰
中国石油化工股份有限公司天津公司，天津市滨海新区 300270
摘要：本文针对烷基化装置异丁烷系统腐蚀情况进行了介绍、分析，并给出了解决措施。
关键词：异丁烷 球罐 腐蚀
1．前言
烷基化装置异丁烷球罐，设计容积1000m3，2019年异丁烷球罐首检过程中发现15处裂纹，除对开裂部位进行维修外，并对开裂原因进行了分析。
2．异丁烷球罐介绍及检验发现问题
异丁烷球罐主要存放纯度85%左右异丁烷。工艺用途有三个，一是用于开工系统垫料；二是生产过程中当原料烷烯低到不满足工艺要求时，为装置间歇补充异丁烷；三是装置异丁烷过剩时向球罐返送异丁烷储存。2019年异丁烷球罐首检过程中发现15处裂纹，1处位于焊缝，其余位于组装工卡具焊接部位，分布在球罐下半球体1/3范围内。其中位于下级板与赤道带相交焊缝旁工卡具部位的一处裂纹较深，打磨深度为5.5mm，其余深度小于2mm。
裂纹分布示意图见图1，裂纹及打磨后的形貌见图2、图3、图4。
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3．采取措施
针对定期检验发现裂纹问题，公司专门组织技术人员对球罐进行了扩测，包括硬度检测、磁粉检测、金相检测和壁厚检测。
3．1.硬度检测
对所有焊接接头进行100%硬度检测，包括焊缝、母材和热影响区，数值在120-179(HB)之间，最大硬度出现在焊缝上。满足标准≤200HB要求。
3．2.磁粉检测
对球罐所有焊缝和工卡具部位进行荧光磁粉复测。发现存在5处裂纹， 2处位于焊缝上，其余3处为工卡具部位，深度均小于2mm。定检和扩测检出的裂纹分布详见图5。
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图5 两次检验裂纹分布
3．3.金相检测
在打磨深度5.5mm裂纹附近的母材、裂纹附近的焊缝、热影响区和母材处进行金相检测，组织均正常。金相组织见图6、图7、图8、图9。
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图9焊缝附近母材组织-100倍
3．4.壁厚检测
对球罐壁板进行壁厚抽查，赤道以上罐壁厚度在20.7mm-22.4mm之间；赤道以下罐壁厚度在21.3mm-23.0mm之间。鉴于球罐投用时间比较短，从测厚数据上可以看出球罐存在一定的腐蚀。
3.5．硬度检测
查球罐制造文件，球罐制造后对5道焊缝进行了硬度检测，在100-127（HB）之间，满足标准≤200HB要求。未见工卡具去除部位的硬度检测报告。详见图11。
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图11 设备制造硬度报告
3．6.磁粉检测
查球罐制造文件，球罐制造后对所有焊缝进行磁粉检测全部为Ⅰ级合格。未见工卡具去除部位的磁粉检测报告。
4．工艺分析
4.1. 查2019年的分析数据，硫化氢含量大多处于未检出的状态，最高值为0.8ppm，且球罐操作温度为常温，说明球罐不存在湿硫化氢破坏。
4.2. 开车以来，烷基化进料硫含量化验频繁超标（控制指标为≤50mg/kg），2019年硫含量分析132次，超标58次。装置长期低于50%负荷运行，并且负荷不稳定。硫含量超标和负荷不稳定会造成烷基化副反应（多支链硫酸酯）增加，在流出物脱酸、碱洗、水洗系统中难以彻底清除，在异丁烷塔底分解出二氧化硫，并与流出物水洗过程中带入的水份形成亚硫酸，对异丁烷系统管线、设备造成腐蚀。这点可以从脱异丁烷塔顶回流罐切水的PH值得到验证，2019年回流罐切水的PH值分析108次，超标85次，大多处于3-5之间，最低值为2.68。
4.3.装置异丁烷循环系统与T-004球罐有互供料流程，在装置异丁烷富裕时进入T-004球罐储存，循环异丁烷系统中含有酸性介质物料会进入T-004球罐。
5．球罐裂纹原因综合分析
烷基化进料组分硫含量超标，容易造成烷基化副反应增加，发生如下反应生成的脂类，并聚合生成大量可溶于酸的物质。
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烷基化反流出物在进入脱异丁烷塔前会经过碱洗和水洗，但碱洗和水洗仅对反应流出物中的参与酸有很好的脱除效果，酸酯脱除效果不理想。这些酸酯进入脱异丁烷塔，在异丁烷塔底高温下分解产生SO2，SO2会随着塔顶气相进入塔顶冷凝冷却系统，遇水形成亚硫酸。装置异丁烷过剩时会送往T-004球罐，导致在球罐液位以下存在酸腐蚀环境。
在球罐组焊过程中，受球皮尺寸、弧度以及焊接能量、错边量等因素的影响，容易在焊缝处产生残余应力，尽管球罐制造完成后进行了整体热处理，焊缝局部还会存在残余应力。
在球罐组焊过程中，工卡具的焊接没有指定合理的焊接工艺，容易出现焊接电流过大，导致工卡具与母材熔深过深，去除时打磨不彻底，局部会存在残余应力。
在酸环境下，焊缝及工卡具部位存在残余应力，导致发生应力腐蚀开裂。
6．结论及措施
6．1.结论
球罐裂纹成因是在酸环境下，焊缝及工卡具部位存在残余应力，导致发生应力腐蚀开裂。
6．2.措施
6．2.1修复
对此处裂纹处进行补焊处理，要求焊前进行预加热，补焊后进行热处理、磁粉和超声检测。
根据《特种设备安全技术规范》（TSG21-2016）修补属于重大维修，需设计单位书面同意，待设计单位对维修方案确认后对球罐进行修补。
6．2.2工艺防腐
在脱异丁烷塔顶空冷器前注入缓蚀剂（中和型），严格控制托异丁烷塔回流罐水包中PH值及铁离子。
6．2.3监检测
制定现场腐蚀在线监测方案。计划明年在循环异丁烷系统增加腐蚀探针或在线测厚系统。
今后针对球罐施工的工卡具焊接、去除，纳入焊接工艺要求范围，并在验收时针对工卡具位置做100%磁粉
6.2.4 流程优化
针对烷基化流出物由酸洗、碱洗、水洗优化为两级脱酸，到时能彻底消除异丁烷系统中的水份，异丁烷物料显酸性问题会得到彻底解决。
参考文献：
1．特种设备安全技术规范 TSG 21-2016
2．廖景娱，刘正义 金属构件失效分析。北京：化学工业出版社，2003
注：作者简介：宋保峰（1980—），男，河北沧州人。2004年7月毕业于河北科技大修机械系化工机械与设备专业，获学士学位。现在中石化天津公司从事设备管理工作，高级工程师。