火炬系统腐蚀原因分析及修复

火炬系统腐蚀原因分析及修复

冯成江 蒋义龙

大庆石化公司化工二厂丁辛醇造气车间 黑龙江 大庆 163714

摘要：火炬系统是化工装置必须的组成部分，保证火炬系统良好运行是保证装置安全生产和环境保护的前提，本文分析了装置火炬筒体腐蚀穿孔的原因和现象，并制定措施，结合火炬实际运行情况进行了技术改造和修复，保证了化工装置火炬的安全运行。

关键词：火炬；腐蚀；修复；筒体；分子封

1 前言：

分子密封器为火炬防回火有效设备，它是一个单独的设备，安装在火炬头和火炬筒体之间。化二火炬的分子封为倒吊钟式分子密封器。倒吊钟式分子密封器为目前国内外应用最为广泛的一种。适用于烃、烃类火炬气排放，其特点为耗密封介质量小，性能可靠，其阻力降一般同火炬筒体，耗气量一般按气体流速确定，即以火炬气总管直径确定，流速为0.03--0.05m/s。火炬分子封作用:是注入一定量的分子量比空气小的密封气体，如氮气或天然气作为密封气，防止火焰从火炬顶部倒入火炬筒体及排放总管内，以到达防止回火的目的，如果气源断了，火炬上游系统管线冷却，易造成整体管道负压，火焰与空气倒吸入管道与可燃气混合，从而造成闪爆

2 工艺流程简介

排放气体经过火炬总管被送到火炬分离罐 。火炬罐碳钢材质的卧式罐，其内径为2500mm，切线到切线的长度为5000mm，正常操作压力为0.001MPa.g。工艺废气穿过其顶部喷嘴，将夹带的液体或冷凝的气体留在 罐内。低压火炬同时也可处理己烯-1装置、丙酮氰醇装置和丙烯腈装置工艺废气。合成气净化系统、丙烯净化系统、羰基合成系统、丁醛精制系统、辛醇单元产生的工艺废气排入先高压火炬管网，再由高压火炬管网并入装置原有低压火炬管网。

在分离罐中收集的液体将由火炬分离罐泵打回装置。工艺气体由下到上通过火炬时，穿过其上部的分子封,分子封的作用是在火炬负荷发生变化时防止火焰反窜至火炬当中。穿过分子封后，气体进入火炬头，在火炬头上装有一个火嘴环，用以保持一个连续燃烧的导燃火焰（长明灯），以便点燃低压火炬和合成气装置的酸气火炬。废气燃烧是在水蒸汽环境下发生的，在火炬正常运行时，供应部分蒸汽（消烟蒸汽）保证燃烧充分，防止出现黑烟。

导燃火焰（火龙）火嘴的燃料是天然气，通过火焰发生器1703将火龙点燃，火焰发生器位于火炬泵房外东侧。在火焰发生器内，空气和天然气按一定比例进行混合，点燃后形成一条火龙，沿管线向上直至火炬头，将导燃火嘴点燃。也可通过控制室内火炬电子点火系统点燃火炬头。当火炬头需要点火时，应结合采用这两种点火方式，以便快速点燃火炬。

3 火炬系统腐蚀现象、原因分析

3.1火炬系统工作原理：

当装置投入运行时必须连续从火炬筒体的入口管道上通入分子量较空气轻的气体（如氮气或甲烷氢气），这些气体将集聚在分子密封器入口，分子密封器内有一个钟罩，使上行的气体经钟罩导向，再通过火炬头排出，同时阻止空气从火炬头顶端注入筒体内，以避免系统内形成爆炸性的混合气体，从而达到防止回火的目的，确保系统安全，使上行的气体先经分子密封器的钟罩导向，再通过火炬头燃烧，阻止空气从火炬筒体顶端流入筒体内。当火炬处于待命或小流量运行状态时，在分子密封器入口前端连续通入分子量较空气轻的吹扫气体（氮气、天然气），利用吹扫气体的浮力在分子密封器的钟罩内形成一个压力高于大气压的微正压区域，使得空气不能进入压力较高火炬内，从而阻止回火或内部爆炸。

3.2 腐蚀现象

由于分子封底部设置排液和清污口，保证分子封通道内部形成积液和雨水积聚。管道外壁保温，防止严寒的冬季发生排液管冻结事故。在分子封底部存液就易发生侵蚀现象，下图为检修发现火炬分子封底部角焊缝处有物料痕迹，焊缝处有裂纹，原因为该角焊缝处长期封液底部残渣堆积及冲刷腐蚀，导致有局部腐蚀开裂。易造成严重后果分子封底部焊缝裂纹扩大，易造成封液流失，分子封失效，造成火炬回火，导致空气进入火炬总管内部，导致总管内部氧含量超标造成总管及分子封爆炸事故。

3.3 腐蚀原因分析

（1）酸性环境下的化学腐蚀

由于火炬所排放的燃料气中有一定量的液体，在刚出装置时温度较高，燃料气裹携着液体向后路移动，虽经多级排凝空气体中还含有一定量的硫化氢，因而汇集到火炬的带酸性S²—离子液体较多。由 于火炬筒体长期处在潮湿的环境中，低压燃料气中的硫化氢等腐蚀性介质在水的作用下形成含S²— 离子的腐蚀性环境，并发生下述反应：

H₂S~-2H++S^2- Fe²⁺+S^z~~-FeS

腐蚀介质呈酸性，腐蚀产物在金属表面形成 疏松、脆性的硫化物外腐蚀层。由于腐蚀的持续 进行，硫化物不断剥离脱落。其结果是不断刷新金属表面，使金属表面受到严重的腐蚀破坏；化学腐蚀发生在底部火炬筒体的接口、接管等应力集中或存在缺陷处的金属表面，结果首先是应力集中和缺陷处出现蚀坑和开裂，从而导致局部腐蚀加剧和金属脆裂。

（2）露点腐蚀

低压燃料气中的硫化氢在排放时燃烧生成二氧 化硫和水，反应如下：

2H₂ S+30₂ = 2S0₂ + 2 H₂ 0

在髙温下，二氧化硫的一小部分转化成三氧 化硫，三氧化硫在潮湿环境下变成硫酸，在火炬筒体壁上形成酸露点。硫酸沿着筒体壁流下聚集在分子密封器及筒体下部，酸露点腐蚀后产生的 FeS0₄在二氧化硫及氧气的作用下又可生成硫酸铁，反应如下：

2FeS0₄ + S0_Z +0₂= Fe₂ (S0₄)₃ Fe₂(S0₄)₃

附着沉积在火炬筒体内壁上，形成一种酸性的、易吸潮的腐蚀层。当火炬排放结束后温度降到常温时，Fe₂(S0₄)₃即开始潮解，在火炬内表面形成强酸性的腐蚀环境。如果腐蚀产物没有及时清除，那么聚集酸液的部位将一直受到稀酸的腐蚀。

（3）高温硫化物腐蚀

燃料气在排放燃烧时，由于热的传导和辐射，使整个火炬筒体始终处在200〜150(TC的温度环境中，燃料气中的硫化氢在空气不足时燃烧生成硫，反应如下：

2H₂S+O_z=2S+2H₂〇

同时在有微量水存在时，硫化氢亦可与二氧 化硫反应生成硫，反应如下：

2H₂S+S0₂=2H₂0+3S

元素硫在350〜400'C时，很容易与碳钢直接 反应生成硫化亚铁,造成高温硫腐蚀：
Fc + S=FeS 这种腐蚀对碳钢的破坏作用相当严重。

（4）筒体结构使火炬底部易积聚腐蚀性物质

由于燃料气携带了大量的各生产装置所排放的杂质，另外装置至火炬沿线冲刷的脏物以及燃料气中酸性介质腐蚀下来的废淹，全部汇集到了火炬筒体底部，导致火炬筒体排液口经常不畅而阻塞。各种杂质长时间的淤积，使火炬底部区域成为一个腐物质沉积的死角。

4 防护对策

4.1增加底部筒体内的局部防护

考虑到更新改造的经济性、可行性及施工的 工期，更新的火炬筒体底部仍采用了与原设计相 同的材质。为提高底部筒体的抗腐蚀性能，在瓦 斯入口以下管段内壁喷涂了耐酸性介质腐蚀的沥 青漆。

4.2生产操作方面的改进

（1）增加装置至火炬设施沿途低压瓦斯管线各排凝点的排液次数，尽量减少向下游火炬带液；

（2）6〜10个月对每台火炬筒体底部进行一次清理，保持底部排液畅通；

（3）运行中的火炬，在每次排放瓦斯后要及时用低压蒸汽和氮气反吹筒体，以清理、疏通火炬筒体；

（4）在更新底部筒体时，对内底板与筒体间接触腐蚀性介质一侧的角焊缝要求光滑、饱满、完全焊透、没有缝隙和缺陷，并且通过着色、磁粉探伤检测。

参考文献：

1. 天然气放空系统火炬研究. 肖双斌.

2. SH 3009-3013 石油化工可燃性气体排放系统设计规范