高压氢气压缩系统腐蚀结垢成因分析

高压氢气压缩系统腐蚀结垢成因分析

黄祥凯

福建省锅炉压力容器检验研究院福建福州350008

摘要：针对某氯碱公司两台S6D20型氢气增压机因出口管道出现严重结垢，出口阀受到污物堵塞，排油水管道和冷却器列管腐蚀穿孔等问题，致使压缩系统频繁停机，严重影响装置系统正常生产的情况，开展了氢气压缩系统腐蚀结垢的成因分析。

关键词：氢气，压缩系统，腐蚀，结垢，aspen模拟

氯碱工业是我国化学工业的重要支柱之一，生产产品在能源、农业、交通、机械等领域得到广泛应用。从20世纪末开始，我国的氯碱工业得到很大发展。烧碱产量在1990年位居世界第三，总产量达到331万吨，排在美日两国之后。我国烧碱产量在2000年达到了540万吨，其中的1/3是用离子膜电解法生产的。近年来氯碱厂烧碱生产能力随着行业发展持续快速扩张，在2011年，我国能够生产烧碱3412万吨/年，氯碱工业已成为我国国民经济中不可或缺的产业。氯碱生产过程中会副产大量氢气，近年来，我国氯碱行业每年副产氢气量达100×108Nm3左右。这些氢气的有效利用情况，直接关系到企业的利润和生产的安全。为此，氯碱生产企业针对自身实际情况，确定了各自的氢气最佳利用方式。目前，国际上对氯碱企业副产氢气的利用主要有三大方式：用作燃料、储运外销和转化为下游产品。

某氯碱公司富余氢气2000吨/年，采用电石法生产1，4丁二醇来消化副产氢气，以做到物尽其用，有效提高装置的经济效益。但用电石法生产1，4丁二醇需要用到压力达30MPa的高压氢气，为此，该装置系统中设有2台S6D20型氢气增压压缩机，以将压力为0.08MPa的上游氢气增压到30MPa，并送入BDO高压合成反应器。然而，自2009年装置投产至今，该氢气增压压缩系统一直存在出口管道结垢、出口阀受到污物堵塞、冷凝器腐蚀严重等问题，致使压缩系统频繁停机（轻则半个月停机一次，重则5-7天停机一次），每年由此引起的直接维修费近400万元，严重影响装置系统的正常生产，给企业带来巨大损失。有鉴于此，我们开展了该氢压机系统的故障成因研究，以提出改进措施，达到延长氢压机组运行周期，减少检修频率，增加产量，降低检修成本，确保生产安全，改善车间工作环节的目的。

针对该氯碱公司两台S6D20型氢气增压机因出口管道出现严重结垢，出口阀受到污物堵塞，排油水管道和冷却器列管腐蚀穿孔等问题，致使压缩系统频繁停机，严重影响装置系统正常生产的情况，开展了以下几个方面的研究。

（1）通过污垢成分分析、冷凝液成分分析以及压缩系统用水水质分析，表明压缩系统腐蚀和结垢的产生与润滑油及含氯湿润氢气均存在关系。压缩车间上游的生产是正常的，压缩系统故障的产生跟压缩车间有关。

（2）通过聚醚溶解度试验，知道UCON润滑油虽溶于水，但会发生乳化，在氯离子和铁离子的作用下，会使溶液的酸性增加，形成粘稠胶状物。因此氢气冷凝液随着压缩级数增加出现PH下降的现象，就是因为润滑油发生反应所产生的影响。压缩机出口管道中出现的黄色或黑色胶状物，是氯化铁、UCON油和水相互作用下的产物与铁锈、气缸磨屑及其他杂质的混合物。

（3）压缩系统氢气冷却后产生的含氯冷凝液会对20#钢产生腐蚀，随着1-3级cl-浓度的递增，腐蚀电流密度、失重和腐蚀速率随着级数增加逐渐增大，极化电阻随着级数增加逐渐变小，说明钢的腐蚀程度从1-3级逐级加深。

（4）通过敏感性指数，表明含氯溶液PH值的变化对20#钢的腐蚀会产生影响，随着溶液PH值降低，20#钢的腐蚀速率逐渐加快，应力腐蚀敏感性指数增大，断裂时间、最大应力、断面收缩率和伸长率减小。

（5）针对压缩系统2-7级排油水管道，采用TT300超声波测厚仪进行测厚分析。从测厚的结果可以看出，排油水管道存在厚度减薄的情况，厚度减薄最大达到了50%以上。

（6）通过aspen模拟，知道单台压缩机的输气量为200kg/h-249kg/h时，氢气通过一级压缩冷却后，析出水的流量为0.178kg/h-0.222kg/h，一天将析出4.272kg-5.328kg。这部分水如不及时排泄，被带到工质中后，不仅会影响润滑油的工作性能，还会对压缩系统相关设备产生腐蚀。

根据以上分析，氢气增压压缩系统故障产生的主要原因是水、氯离子、铁锈与润滑油的相互作用，其具体机理如下：来自水环压缩机的氢气，夹带水（饱和水）、氯离子、少量碱和氧等杂物。由于氯离子浓度较低，因此，在碱性环境中的腐蚀速度本应很慢、很轻。但是，随着含水氢气进入压缩机，并和压缩机中的UCON润滑油混合，气流裹挟着水、润滑油、铁锈等杂质从压缩机排气口排出。由于压缩机出口处温度高，因此，润滑油脱水增稠，同时水中原本溶解的铁屑也有部分析出，部分粘稠的润滑油裹着铁锈粘附到压缩机出口附近的气阀、管壁和缓冲罐器壁上，大部分则随气流进入冷凝分离器中。气流经压缩冷却后，气流中的部分水分、氯离子和润滑油从气流中分离出来。因冷却后的润滑油-水液体温度低，润滑油和水互溶，润滑油进一步乳化、水解，致使水溶液的酸值增加，并加剧水溶液中氯离子对碳钢壁的腐蚀作用。而在冷却分离器出口前无除沫网，加之气流非切向进入冷却分离器，会导致气流重新携带水溶液和铁锈进入下一级气缸，使后续相关设备的腐蚀、结垢和污物积聚现象越来越严重。

参考文献

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