硫化氢汽提塔腐蚀分析与应对措施

硫化氢汽提塔腐蚀分析与应对措施

摘要：渣油加氢装置汽提塔属于装置硫化氢浓度最高的设备，汽提塔顶气主

要组成是轻烃和硫化氢，轻烃中携带少量氨，高浓度硫化氢和氨环境中的设备，

随着使用时间的延长，极易出现老化，腐蚀的概率会逐渐增大，设备腐蚀如果发

生泄漏，将直接影响安全生产，泄漏出的硫化氢、轻烃等会导致人员中毒和设备

着火爆炸等事故。

关键词：汽提塔高浓度硫化氢轻烃中毒腐蚀

1.设备概述

某公司渣油加氢装置采用CLG公司的上流式+固定床渣油加氢脱硫工艺技术，以哈萨克斯坦、南疆及北疆原油的减压重蜡油和减压渣油为原料，分为反应和分

馏系统，反应系统为两个系列，采用单开单停设计，分馏部分采用主汽提塔＋分

馏塔流程，在汽提塔除去轻烃和硫化氢，降低分馏塔材质要求。

2.腐蚀原因分析

2.1汽提塔铵盐结晶造成的垢下腐蚀。目前本装置汽提塔顶温度的控制指标

是130-180℃，汽提塔顶气主要组成是轻烃和硫化氢，轻烃中携带部分氨，会发

生如下反应：

NH3+H2S——NH4HS

硫氢化铵的结晶温度在150℃左右，正好和塔顶操作温度一致，因而流出物

在塔顶空冷器内被冷却过程中，容易在汽提塔顶挥发性线及后路设备形成铵盐结晶，沉积后结垢，引起垢下腐蚀，进而形成腐蚀穿孔，造成汽提塔顶空冷器泄漏。2017年6月26日，渣油装置汽提塔顶空冷器EA-3003泄漏，两系列停工至退守

状态，装置停工检修。2017年11月22日，发现渣油装置汽提塔顶空冷器EA-3003泄漏，23日工艺降低汽提塔顶操作压力，带压堵漏，堵漏后没有泄漏。

2.2管道弯头处冲刷腐蚀。影响此形式腐蚀的主要因素有：①氨和硫化氢的

浓度，浓度越大，腐蚀越严重；②管内流体的流速，流速越高，腐蚀趋剧烈。根

据对汽提塔顶介质和操作工艺的分析，在目前塔顶压力下，可以判断塔顶气相流

动速度确实很高，在弯道部分会直接发生冲刷，造成管道的冲刷腐蚀。

2020年11月2日，测定EA3001出口西侧第一个回弯头减薄至2.4mm，不利

于装置安全生产，需要隔离EA3001西侧空冷更换减薄处管线。

2.3 H2S-NH3-H20型腐蚀。第一，汽提塔C-3001采用气体蒸汽进行气体，操

作不稳定时，难免会有水分带至塔顶；第二，反应系统由于操作原因，也会带水

至汽提塔，当汽提塔顶有NH4HS存在时，就能发生H2S-NH3-H20型腐蚀。这种腐

蚀的区域一般在高流速或湍流区及死角的部位，发生的温度范围在38～204℃之间，正好是气体塔空冷器的温度区间。

2.4当系统中有水、酸性化合物等存在时，极易发生湿硫化氢，其中以水的

影响尤其严重。根据国家质量技术监督局1999年颁发的《压力容器安全技术监

察规定》中对湿硫化氢应力腐蚀环境的定义，结合本装置汽提塔的特性，分析得

出在汽提塔顶发生的反应形式为湿硫化氢腐蚀中的均匀腐蚀。它由电化学腐蚀引

起的表面腐蚀，使设备壳壁均匀减薄。电化学腐蚀和反应产生的氢原子扩散至钢

中引起的。机理如下：

H2S H++HS-

HS- H++S2-

Fe Fe2++2e（阳极反应）

Fe2++S2- FeS

Fe2++HS- FeS +H+

2H++2e 2H

H2 (阴极反应)

向钢中扩散

根据平时的化验分析数据得知，汽提塔顶硫化氢含量经常高至20000mg/L以上，高浓度的硫化氢很容易造成设备腐蚀。

3.解决方法

3.1针对由H2S引起设备腐蚀，根据实验，NH3和H2S的摩尔浓度的乘

积>0.04％或<0.01％腐蚀性都较大，只有在0.01％～0.04％范围内腐蚀性较小，

所以在操作中，最好把NH3和H2S浓度的乘积的百分比控制在0.01～0.04％之间。

一般易发生腐蚀部位是形成湍流区弯头等处，若有Cl-及氧气的存在，会加

速腐蚀。腐蚀的速度与介质的流速也有关系，速度过慢，腐蚀介质易集存加剧腐蚀；流速过快，冲刷与NH4HS共同作用腐蚀也会加剧。因此要选择合适的流速而

且一定要避免偏流，在投用时就应注意。碳钢内介质流速为4.3～6.1m/s。下面

是高压空冷发生腐蚀的条件：

摩尔浓度[H2S]·[NH3]＜0.07，不会发生腐蚀

当介于0.07～0.2之间时也能出现腐蚀

当大于0.5时，肯定发生腐蚀

高分酸性水中NH4HS浓度≯4%，出现腐蚀的可能性较小。

对于在高温部位注软化水，在保证注水量足够的前提下要保证总注水量的20%在该部位为液态。高压空冷一般选用16MnR(HIC)或碳钢，碳钢使用温度应＜200℃，不然会发生氢腐蚀（纳尔逊曲线）。

根据以上腐蚀原理，本公司渣油加氢装置正在进行气体塔顶系统注水的技改，并在近期完成投用。

3.2防止高温硫化氢腐蚀办法有：①控制循环气中硫化氢浓度，不要超过规

定范围；②选用抗硫化氢腐蚀的钢材或采取防腐措施，如用不锈钢金属衬里或用

渗铝钢等。

防止湿硫化氢腐蚀的措施有：对介质中硫化氢含量较低、腐蚀不太严重的，

往往采用普通碳素钢，适当加大腐蚀裕度量，并在制造程序上加入消除应力的焊

后热处理。对腐蚀性中等的场合，可选用抗HIC的钢材，国外应用最为普遍的是SA516－Gr.65,70(HIC)（与16MnR相似）。

3.3加注缓蚀剂。所谓缓蚀剂，就是添加少量药剂到腐蚀介质中，能够显著

减缓金属腐蚀速度的物质。缓蚀剂可以吸附在金属表面上，形成单分子抗水性保

护层，多数缓蚀剂带有含氧、硫等原子的官能团，这些极性官能团吸附在金属表面，形成单分子保护膜，极性官能团和金属原子借它们之间的电子对结合，而缓

蚀剂分子中的羟基覆盖在金属表面则形成分子膜的外层，将金属和腐蚀性水相隔

离开来，避免了金属表面与酸性介质接触，同时能部分中和流体中的酸性物质，

调节流体的酸度，达到保护金属的目的。

由于分馏系统存在H2S等活性硫对设备具有腐蚀作用，为了防止腐蚀的发生，保护设备，本装置在汽提塔顶设置了缓蚀剂加注流程，由上游加氢裂化装置统一

调和后送至塔顶，加注过程严格按照工艺指标，达到保护设备的需求。

3.4材质升级。随着设备长时间使用后，它的使用寿命明显下降，设备材质

的消耗增大，抗防腐蚀性能减弱，一些相对薄弱的部位就会发生腐蚀，导致高浓

度的硫化氢发生泄漏。这些问题基本上都是无法避免的，只能通过科研手段，逐

渐的升级材质，或者在保证安全和成本的基础上，增加维修频率和更换频率，彻

底消除设备故障带来的隐患，本装置通过分析研判，2018年大检修期间，对汽提

塔顶空冷器进行更换。

3.5工艺改造。由于由于汽提塔顶空冷器EA-3003硫化氢含量非常高，设备

的腐蚀是很难避免，尤其是长周期运行，为了保证效益，减少了检修频率，腐蚀

程度、疲劳程度会更加严重，导致高浓度的硫化氢发生泄漏。因此，从补救方向

出发，如果设备存在泄漏，怎样把风险降到最低，在最低的时间控制事态的扩大，