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1、I N C O N E L6 0 0 管道失效原因及对策 陈颖锋 ( 福建炼油化工有限公司，福建泉州3 6 2 8 0 0 ) 摘要：湿式空气高压氧化系统是国内首套从国外引进用来处理废碱液的环保装置，在该系统投用 四个月后，其I n e o n e l6 0 0 管道出现严重减薄并导致破裂泄漏，影响到炼厂的长周期安全生产，通过 分析管线减薄原因，提出了相应对策并得以应用，解次了管线减薄的问题，也为此装置的改进提供 了依据和案例。 关链词：减薄；腐蚀；碱；I n c o n e l ；磨损 T h eR e a s o no fI n v a l i d a t i o ni nt h eI n
2、 c o n e l 6 0 0P i p e l i n e s a n dS o m eC o u n t e r m e a s u r e s C H E NY i n g f b 哩 ( F u j i a r LP e t r o c h e m i c a l C o m p a r t yl l m i t e d ，q u a n z h o u3 6 2 8 0 0 ) A b s t r a c t ：T h es y s t e mo fo x y g e n a t i n gt h eh i g hp r e s sw e ta t m o s p h e r ei
3、 st h ef i r s te n v l m m e n t a le q u i p m e n t f e t c h e di nt od e a lw i t ht h ew a s t ea l k a l il i q u i d A f t e rt h es y s t e m p u ti n t op r o d u c t i o n4m o n t h s ，T h eI N C O N E L 6 0 0p l p e l i n sW e I eb a d l yt i l i t m e da n dt h ep i p e sb e g a nt ol e
4、 a k ，t h e s es f f e t e dt h es a f e t yo ft h ep r o - d u c t i o ni nt h el o n gi l i a t h i sn e v e rh a p p e n e dt ot h eb a r g a i n e r ，f r o mt h ea n a l y s i n go ft h er e a s o nw h yt h e p i p e l i n e sw e r et h i n n e d ，w 8p r o d d e d8 0 M ec o u n t e I T O e a s l
5、 1 r e s ，a n dt h e ns e l v e dt h ep r o b l e m A n dt h e ns i r e s o m er e f e r e n c et oi m p r o v et h ee q u i p m e n t K e yw o r d s ：t h i n ；c o r r o s i o nw a s ea l k a l i ；l n c o n e l ；a b r a s i o n 1 前言 炼化企业脱硫醇装置需排放大量的碱渣，以 4 0 0 万t 炼油厂为例，每年约排放2 5 0 0 t 。这些碱渣 因含有一定量的游离碱、
6、酚盐、各种硫化物，国内一 般采用酸化处理，在生产中因反应放热而产生恶臭 气体，严重污染周围环境，且处理效果不佳，有时无 法达到国家规定的排放标准。而国外采用的湿式空 气高压氧化系统( 简称W A O ) 采用一个连续的密闭 工艺装置，碱渣与空气在反应器中充分混合，并在高 温、高压等作用下，将硫化物转变为硫酸盐等，同时 降低碱渣中有机物的浓度，以达到废水排放标准。 为保护环境，减少废水污染，某公司投资3 0 0 多 万美元从国外引进了一套湿式空气高压氧化系统。 该系统包含工艺技术和三个集成装置，其主体材料 采用l n e o n e l 6 0 0 合金，为国内首次引进。 W A O 系统累计投
7、用四个月后，发现其反应器出 1 1 2 口管道泄漏，影响了正常生产。对于I n e o n e l6 0 0 合 金管道在这么短的使用时间出现失效，有必要进行 原因分析，并采取针对性的措施，延长管道使 用寿命。 2 管道失效原因分析 2 1 失效情况 W A O 系统主要由高压反应器、螺杆压缩机和几 台换热器等设备组成，设计压力1 2M P a ，温度3 0 0 ，加工介质为碱液( p H 值为6 1 0 ) ，设备管道采 用的主体材质为I n c o n e l6 0 0 合金。W A O 系统联调 且试运行半年后，在反应器出口管道的第一个弯头 处出现泄漏，如图1 所示。经查为母材上的一条8
8、 h i m 裂纹，测厚结果近裂纹处最薄仅1 3m m ，将弯 头切开后发现内部流道有明显的减薄现象，如图2 所示。 图1 第一次发现裂纹处 图2 弯头内部状况 实际生产时间3 2 3 9 h ，管道采用2 ”S e h 4 0 ( 实际壁2 2 初步的分析和采取的措施 厚为3 7 6m m ) ，计算管道的减薄速率l n e o n e l6 0 0 为镍基合金，其高温抗腐蚀性能较 为O 0 1 8 2r a m d ；好，主要的力学性能和化学成分见表1 。 表1I n c o n e l6 0 0 合金的性能和成分 材料号 A S T MB 1 6 8U N SN O6 6 0 0 成分
9、N i C r F eCM n S i P 、S C u 质量分数( )9 7 2 1 4 一1 76 1 00 1 51 0 0 5 0 0 1 50 5 常温：叽= 5 5 0M P a 2 = 2 4 0 M P a H B ：1 9 5 发生工艺管线泄漏情况后，经与外方( 工艺供 应商) 联系商谈，初步认为是工艺参数设置问题，由 外方提出对工艺操作参数进行了调整，具体参数见 表2 。 表2 工艺参数的调整结果 项目 调整前调整后 稀释水量( m h ) 0 9 1 2 7 原料处理量( m 3 h ) 0 8 小于0 5 新鲜碱量( m 3 h ) 0 3 80 3 3 反应中部温度
10、2 6 52 5 0 残余氧含量( ) 4 5 5 7 系统供风量( k g h ) 8 7 0 8 7 0 原失效管道更换为新弯头和管道，按新调整的 工艺操作参数重新开工运行。在累计生产了2 1 3 1 h 后，通过测厚检查，发现反应器出口处弯头和管道的 壁厚减薄仍较为明显，计算减薄速率仍达0 0 1 5 3 m m d 。因此，此次工艺参数的调整，对管道减薄现 象有一些改善，但仍没有解决根本问题。 2 3 介质采样分析调查 为进一步分析失效原因，绘制了管道失效原因 分析故障树图。首先，对W A O 系统的碱渣原料( 物 料进口处) 及反应后的介质( 物料出口处) 分别进行 了采样。后一样品
11、经冷却沉淀后的情况如图3 所 示，分析的结果如表3 所示。 图3 物料出口样品 裹3 样品分析 分析项目 以干固体计算 ( 质量分数) 测定值干固体量所占的百分含量 ( 质量分数) ( ) 总固体量含量( )9 3 3 灰分( ) 9 6 0 S 含量( m k g ) 8 2 0 0 8 7 9 0 0 8 0 N i 含量( m g k g ) 1 5 4 0 0 01 6 5 0 0 01 6 5 0 c r 含量( 吲k s )3 1 8 l O 3 4 1 0 03 4 0 F e 含量( m g k g ) 4 2 8 0 04 5 9 0 04 6 0 & 含5 扩( m e ,
12、 k g ) 8 3 9 0 08 9 9 0 0 9 0 0 上述分析结果表明：固体物质中9 6 是灰分和 无机物( 试验测试到有无机盐如碳酸盐等存在) ， 1 1 3 1 6 5 是镍，3 4 是铬；而镍与铬的比例值恰好是 I n c o n e l6 0 0 合金的成分比值。其余9 是硅，这可 能是碱渣原料带来的。 外方将固体样品带回国外，进行光学显微镜分 析。如图4 、图5 所示。从图4 可看出中心部分与 周围整块颗粒形状不同而呈现不规则的盘卷形或丝 带形物质，可能是管道金属被摩擦切削下来的切屑。 而图5 中黑色中间部位有不规则的亮银色块，这些 可能是管线金属本体颗粒，如N i 、c
13、r 等金属颗粒在 光学显微镜下的形态。 图4 物料出口固体样品I 图5 物料出口固体样品2 2 4 对碱渣原料分析 针对化验分析中发现了9 硅的情况，进一步 对碱渣原料进行调查分析。系统所用的碱渣原料 为：F C C 来的废碱、3 0 的新鲜碱、新鲜水。通过采 样分析，3 0 的新鲜碱中不含沙石等杂质，清澈且是 用风压输送，不存在沙石来源。新鲜水可能有少量 沙石进入系统，开工初期在拆卸水线的Y 形过滤器 时清除出一些泥沙。对原料系统的两个从F C C 来 的废碱液原料罐进行清罐，发现原料罐底层淤积了 5c m 厚的黑绿色稀泥状物，对这些罐底淤积物采集 的样品进行定性分析可知：含有磺化酞氰钴(
14、F C C 催化剂) 、硫化亚铁和氧化铁。将样品经1 0 5 烘干 后定量分析( 质量分数) 为：2 2 有机物，0 0 3 8 1 1 4 硅，0 0 3 7 铝，6 0 4 铁，0 0 9 钴，约1 7 水分 ( 由于样品处理的损失，如用H F 酸处理样品会使大 量的硅损失，可能使硅偏低) 。 从样品的定量分析可以看出也存在s i 和A l ，其 比例也恰是F C C 催化剂的比例，可以推论F C C 的催 化剂进入了废碱液，成为硅的一个来源。 2 5 对管线及其附着物的检验分析 对失效的I n c o n e l6 0 0 合金管进行了内、外部宏观 检验；对直管和弯头进行了取样化学成分分
15、析、壁厚测 定和金相检验。对现场提取的管内及反应器内的4 组 附着物进行了x 射线衍射分析，分析结果如下： ( 】) I n c o n e l6 0 0 管内附着物主要为N i 、F e 等 金属； ( 2 ) I n c o n e l6 0 0 管裂纹处喷出物盐、碱类物质 ( 主要是：N a ，H ( C O ，) 2 H ：O ) ； ( 3 ) 反应器上法兰盖附着物为氧化物、硅酸 盐类； ( 4 ) 反应器内壁附着物为氧化物( 四氧化三铁 变体) 。 检验及试验结果表明：直管和弯头的化学成分符 合材料标准，金相组织正常l n e o n e l6 0 0 合金管的失 效部位存在严重的
16、冲刷腐蚀现象，直管和弯头的最小 壁厚仅约1 3l l l n l 。综合分析后认为冲刷腐蚀减薄是 l n c o n e l6 0 0 合金管的一个主要腐蚀失效机理。 2 6 对该段管线( 反应器出口) 的分析 反应器至换热器管路图6 所示。通过对此段管 道进行多次运行间歇期间的管道壁厚测试，数据表 明管线最易减薄的位置是反应器出口的第一弯头。 其次分别是接下来的各个弯头部位。减薄最少的是 垂直管段。反应器出口至法兰这段短接采用的是 2 ”S e h e d u l e1 6 0 的l r , e o n e l6 0 0 合金管，与之相连的法 兰另一端是2 ”S c h e d u l e 4 0 的l n e o n e l6 0 0 合金管，由 于S c h e d u l e1 6 0 的壁厚比S c h e d u l e 加厚
