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犧牲陽極技術在小型含H2S介質(zhì)壓力容器上的應用

2020-12-22 05:57:51 大連天凡(集團)股份有限公司 閱讀 611
1 阻火水封罐和分液罐基本情況
某石化單位催化裂化裝置技改時安裝的阻火水封罐(φ3000 mm×10608 mm×14 mm)出口管線水平段發(fā)現(xiàn)腐蝕滲漏,現(xiàn)場用打卡子的方法做了臨時處理,隨后又發(fā)現(xiàn)阻火水封錐底部出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象。測厚數(shù)據(jù)為:封頭(材質(zhì)16MnR,2003年大檢修時換過)實測最小厚度13。2mm,減薄0。8 mm,腐蝕速率1。6 mm;筒體(材質(zhì)16MnR)實測最小厚度2。5 mm,減薄11。5 mm,腐蝕速率0。96 mm/a。由于不能停工檢修,研究決定在阻火水封罐罐底穿孔部位及附近補板共3。5m2(Q235),之后一直維持運行到2005年大修技改擴能改造新的火炬系統(tǒng),此時安裝丁新的阻火水封罐(φ3600 mm×12168 mm×24 mm,材質(zhì)20R)。
在含H2S的油氣與凝縮油的阻火水封罐中,腐蝕環(huán)境復雜,其中最典型的是低溫H2S-H2O腐蝕,此環(huán)境中一般要求使用碳鋼,控制焊縫硬度不大子HB200,不宜使用Cr5Mo和0Cr13鋼,更不宜采用不銹鋼焊縫。 即便如此,生產(chǎn)實踐證明,隨著加工原料的劣質(zhì)化程度愈來愈高,催化裂化裝置混合進料中S的質(zhì)量分數(shù)逐漸增加,碳鋼仍有較高的腐蝕速率和穿孔危險,催化裂化裝量2006年3~4月混合進料中S的質(zhì)量分數(shù)見表l。

阻火水封罐做為煉油各裝置的下游末段設備,其前端有催化裂化裝置。催化裂化裝量2006年6~7月脫前干氣中H2S的體積分數(shù)見表2。

從表1,2中不難看出火炬系統(tǒng)主要壓力容器阻火水封罐和分液罐中的H2S體積分數(shù)水平比較高?;谶@個原因,在新的阻火水封罐安裝時,決定加裝犧牲陽極的陰極保護系統(tǒng)。
 
2 阻火水封晦上應用犧牲陽極的陰極保護系統(tǒng)
2·1設計技術文件
(1)NACE standard RP0575-95,Internal Cathodic Protection Systems in Oil-Treating Vessels。
(2)SY0007-1999《鋼質(zhì)管道及儲罐腐蝕控制工程設計規(guī)范》。
(3)SY/T0047-1999《原油處理容器內(nèi)部陰極保護技術規(guī)范》。
(4)阻火水封罐和分液罐有關建設圖紙資料。
阻火水封罐內(nèi)壁陰極保護基礎數(shù)據(jù)見表3
  
2。2 設計指標
(1)在有效保護期內(nèi),陰極保護電位維持在一0。85~-1.05Ⅴ(相對飽和Cu/CuSO4參比電極)范圍內(nèi)。
(2)在有效保護期內(nèi),被保護體保護達到90%以上。
2。3 設計計算           
(1)陰極保護電流:按下式計算每個罐所需的陰極保護電流:
   I  =   i · S
 
式中I  一  每個罐所需的陰極保護電流,A
i   一陰極保護電流密度,mA/m2;
s一被保護面積,m2。
(2)犧牲陽極規(guī)格、型號及發(fā)生電流:
選用長條形陽極,型號為YHA1 - 4,規(guī)格為600 mm×140mm×40 mm耐油污的鋁合金犧牲陽極。每塊重10 kg,每塊接水電阻按下式計算:
R = (ρ/2πL)×[?n(4L/r)-1]
式中:R一犧牲陽極接水電阻,Ω;
ρ一沉積水電阻率,μs/cm;
L一犧牲陽極長度,om;
r一犧牲陽極等效半徑  r=C/2π(C為陽極截面周邊長度),cm。
犧牲陽極發(fā)生電流按下式計算:
If = ΔE/R
式中:If-犧牲陽極發(fā)生電流,A
ΔE一犧牲陽極驅(qū)動電位,V。 
(3)犧牲陽極數(shù)量:按下式計算犧牲陽極數(shù)量:
N= I/If
式中:If-犧牲陽極發(fā)生電流,A
N一犧牲陽極數(shù)量,個;
I一陰極保護電流,A。
(4)犧牲陽極壽命計算:犧牲陽極有效使用壽命按下式計算:
Y  =   1000·Q·C·K/(8760·α·If)
 
式中:Y 一犧牲陽極有效使用壽命,a;
Q一犧牲陽極重量,kg;
C一犧牲陽極有效電流量,A·h`電;
If-犧牲陽極發(fā)生電流,mA(A???)
K一犧牲陽極有效利用系數(shù);
α一犧牲陽極平均發(fā)生電流系數(shù)。
(5)犧牲陽極的分布與安裝
犧牲陽極均勻分布于罐內(nèi)壁下半部54°短孤內(nèi),分兩列沿阻火水封罐長度方向布置,中心間距2000 mm,詳細布置見圖1。
 
 
 犧牲陽極安裝采用焊接方式,將犧牲陽極鐵芯與罐底板的接觸部位均勻焊滿,嚴禁產(chǎn)生假焊現(xiàn)象,并將焊渣清除干凈。若犧牲陽極焊接在涂覆層施工工藝前,應將焊接后的犧牲陽極以適當?shù)姆椒ㄟM行包覆保護,嚴禁犧牲陽極表面污染油污與油漆,并在試壓充水前將犧牲陽極表面裸漏出來。若犧牲陽極焊接在涂層施工后,應將由焊接影響燒損的涂覆層進行補涂,涂覆要求與原始涂層相同,涂覆范圍為距焊接點處150 mm范圍內(nèi),施工過程中犧牲陽極表面嚴禁污染油污。施工后,檢查犧牲陽極的間距,誤差不超過±10 cm;檢查犧牲陽極塊與罐底板的焊接點,焊縫應符合焊接要求。
2。4 安裝工藝
犧牲陽極安裝按以下步驟進行:
(1)檢驗工作:犧牲陽極組裝前應對陽極進行外觀質(zhì)量檢查。
(2)表面活化處理:組裝犧牲陽極之前,為加速犧牲陽極表面活化,應將犧牲陽極表面附著的油污及氧化物除凈。首先采用機械處理,用手動砂輪或鋼刷將犧牲陽極表面均勻打磨,再用粗砂紙打磨一遍。必要時進行化學處理,犧牲陽極表面活化處理與組裝間隔時間不宜超過24h。
(3)與罐壁電性連接:犧牲陽極與被保護的罐壁之間采用電焊形式進行電性連接。電焊連接前,應測試犧牲陽極的工作電位,測得值不應正于-1.05Ⅴ。
 
3 分液罐上應用犧牲陽極的陰極保護系統(tǒng)
對于分液罐,由于腐蝕環(huán)境相對較好,考慮到改造的經(jīng)濟實用性,所以決定改變犧牲陽極塊的重量,采用低一個級別也就是6。4 kg的鋁合金犧牲陽極塊,犧牲陽極在罐內(nèi)的布置和施工安裝要求與在阻火水封罐罐內(nèi)相同。
 
4 結論         
(1)在火炬系統(tǒng)主要壓力容器阻火水封罐和分液罐的罐壁改裝犧牲陽極的陰極保護系統(tǒng),是對陰極保護技術擴大應用范圍的一次大膽嘗試,也是青島石化首次將犧牲陽極的陰極保護技術應用于小型壓力容器。
(2)在阻火水封罐和分液罐的罐壁內(nèi)使用犧牲陽極的陰極保護技術,由子其沉積水電導率數(shù)值較原油系統(tǒng)低,保護電流密度數(shù)值較原油系統(tǒng)高,在設計中對經(jīng)濟實用性要做充分的考慮。
(3)水封罐和分液罐的罐壁內(nèi)使用陰極保護技術,僅僅是在一類壓力容器上采用,至于在二類與三類壓力容器上能否采用犧牲陽極的陰極保護技術,應充分考慮罐體材料和犧牲陽極的焊接性能及對罐體受壓性能的影響,并根據(jù)實際介質(zhì)的變化做出正確的選擇,有關犧牲陽極的設計和施工安裝有待規(guī)范。
〈4)由于阻火水封罐和分液罐一經(jīng)投用就不能再在其罐內(nèi)做電位檢測,只能在下次檢修時才能入罐做電位檢測,所以在小型壓力容器上應用此類犧牲陽極的陰極保護技術時可以考慮設計如何在罐外做電位檢測的措施。
(5)除了小型壓力容器外,在大型壓力容器(例如液化氣球罐)上使用犧牲陽極的陰極保護技術,應該做進一步的試驗研究。