裂解炉旁科技攻关的日日夜夜

  1979年,改革开放的春风吹遍了祖国的大地,新兴的产业部门也在召唤科技工作者,科技的春天到来了!

 

  当时,上海石化总厂最早引进的一批具有国际先进水平的设备刚运行一年就在检修中发现了很多设备腐蚀问题。在我所腐蚀老专家石声泰研究员的带领下,我们积极参加了上海石化总厂的腐蚀大调查。这个调查使我们大开眼界,生产实际中有这么多重要的腐蚀与材料问题急待解决,这不正是我们腐蚀科技工作者最好的用武之地吗!

 

  上海石化总厂遇到的最严重的问题是乙烯裂解炉管的高温腐蚀,因为不久前刚发生了裂解炉弯管处腐蚀穿孔喷火事故。正常运行中的裂解炉,突然从几十米高的炉顶喷出熊熊火焰,煤柴油物料源源不断地喷发燃烧,迫使全厂紧急停产。乙烯裂解炉是全厂的咽喉和关键,煤柴油要通过高温裂解才能成为乙烯、丙烯等各种化工、化纤原料供应给各个分厂生产,裂解炉生产的不稳就会威胁到整个石化厂的生产,停产一天的损失近500万元以上,这可是石化厂的头等大事!

 

  一般而言,正常的裂解炉管其设计寿命在10万小时以上,可现在运行仅2万小时就穿管破裂,这肯定是不正常的。为此,厂里先后组织了三次会诊来查找原因,但国内从来没有这样的事例和经验,国外的文献中也未见过这样事故的报导,始终未能找出问题。当时,现场还有设备引进方的日本专家,他看了这样的腐蚀破坏现场也很惊讶!他只见过炉管的渗碳开裂,而不是像这次这样在弯管内壁长出一个“大瘤子”使内壁侵蚀出一个大洞来,最后穿透喷火的事故。日本专家说:“我们没有遇见过这种情况,也无法说明他的原因。除非委托我们回去研究,否则现在只有采用多检查、多更换的办法。”现场检查还表明:裂解炉各个相似部位的弯管都存在类似的问题,发生了严重的腐蚀减薄,这种隐患会使事故随时发生,成为了全厂生产的重大威胁。

 

  面对工厂这样紧迫的需要,我们科技人员有解决科技难题的责任,中国的腐蚀问题应该由我们中国的腐蚀科技工作者来解决。

 

  工厂希望能有全面解决问题的科技方案,既要找出腐蚀原因,提出防治对策,还要提供耐蚀材料和弯管,解决炉管的焊接和焊条。任务是复杂、艰巨的,但这也正是对我们的能力和水平的真正考验和锻炼,冶金所腐蚀室有着多年的工作积累和坚实的攻关力量,我们相信只要认真下功夫去探索、钻研问题,一定能认清腐蚀破坏的客观规律,找到相对的解决办法。而且长期以来我们就善于把材料应用和腐蚀问题结合起来研究,在理论结合实际方面有较好的经验,不熟悉的方面还可以利用大协作来解决问题。因此,我们主动向厂长请战,要求承担这项任务。厂长也认为这样综合性的重要科技攻关任务交给科学院这样的专业单位是最合适的。于是,任务就这样确定下来。

 

  厂里要求半年内能够见到初步效果,时间紧迫,我们争分夺秒地投入工作。大家认为要解决这个问题,关键是要抓住正确分析腐蚀原因这个主要矛盾,只要原因找准了,其他问题都可以迎刃而解。为了分析原因,我们到现场搜集了各种可能得到的第一手数据,还跑遍了上海图书馆、情报所查找了几十篇文献,摸清了裂解环境的国内外的设备、材料工艺、曾经发生过的事故情况和有关腐蚀的研究,做到心中有数。同时,抓紧用各种现代物理化学分析手段对炉管腐蚀样品和腐蚀产物进行分析。

 

  然而,一开始的进展也并不顺利。瘤状的腐蚀样品经分析表明:这个腐蚀瘤是一个由各种金属氧化物所组成的层状腐蚀产物。这说明合金表面保护性的氧化膜已遭到破坏,只有异常的加速氧化才会产生这种层状的氧化物瘤。但是,炉管加速氧化的原因是什么呢?照理说,炉管材料是高铬镍的高温合金,在裂解炉管内约600℃的温度下应该是很耐氧化的。为了探索这个加速氧化的“秘密”,我们不断在思索、讨论甚至争辩。往往走路在想,吃饭在想,在招待所就寝前还会讨论一番,一时间也得不出明确的结论。但经大家反复的认真讨论分析,认为问题可能还是出在取样上。因为至今分析的样品是从已喷火燃烧过的穿孔弯管上取下来的,而在油气高温喷烧的情况下,许多腐蚀产物已经挥发、分解后燃烧掉了,加速腐蚀的物质也烧尽而不见踪影,只剩下烧不掉的层状氧化物,这与炉管实际使用状态已经完全不同了。而且炉管内运行的是低氧势的煤柴油气体,他与炉管外的高温大气气氛完全不同,在炉管内低氧势下稳定且能加速腐蚀的侵蚀性物质完全可能穿管后在高氧势下的大气中高温燃烧后分解消失了。因此,我们应该重新获取保持使用状态下的样品,也就是要截取那些腐蚀将穿管但尚未穿管的样品进行分析,才有可能准确地抓住加速腐蚀的“元凶”。

 

  厂领导听取了我们的分析和要求后,认为这个建议很有道理,马上安排组织了工人师傅带着测试设备和我们一同去裂解炉重新取样。裂解炉内黑洞洞的,还布满了脚手架,几十根炉管耸立在炉中,炉内热烘烘的,还有余热。但我们并不怕苦,纷纷脱去白大褂,穿上了工装,戴上了藤帽。不论是年纪大的老同志还是体弱的女同志,一个个都勇敢地攀上了高高的脚手架,在工人师傅的带领和帮扶下,对几十个弯管逐一地检查、测量。最终找到了壁管已经腐蚀得很薄,但是尚未腐蚀穿透壁管的弯管,让工人师傅锯下弯管,取得了珍贵的样品。随即我们在实验室对样品进行了一系列的金相、电子探针、能谱、x光衍射相分析,终于发现了在腐蚀产物中有大量硫化镍相,甚至还存在元素结晶硫,所有的分析结果都提供了有说服力的证据,原来加速腐蚀是由于油中的硫污染造成的。显然油料中含硫量未加控制,致使含硫过高,造成管内一种低氧势、高硫势的环境。而进口的炉管含镍量又很高,让低熔点的硫化镍能稳定生成,而且极易熔化。硫对壁管的吸附、渗透和反应,液态硫化镍的生成,破坏了壁管表面保护性的氧化膜造成了炉管的局部加速氧化破坏。

 

  与此同时,工厂的技术人员又为我们收集了历年来工厂原料油的成分分析数据,将它们的含硫量与炉管管壁腐蚀减薄的数据对照后,更证实了硫的危害,含硫量与管壁腐蚀是完全对应的,凡是原料油中含硫量高的时候,炉管腐蚀更换频率就急剧上升。

 

  为探寻控制硫腐蚀的有效途径,我们又开展了低氧势下硫对合金高温腐蚀影响的研究,发现当油中硫含量大于0.02%时,由于硫化镍能稳定地存在,就会导致严重的腐蚀,而当中硫含量小于0.02%时,由于硫化镍不能稳定地形成,就不会产生硫化-氧化腐蚀。因此我们又向厂方提出控制油中含硫量小于0.02%的建议,得到了厂方的充分肯定。根据这一研究结果,上海石化总厂向上级报告说明控制煤柴油含硫量的必要性,很快石油部也批准了使用控制含硫量的混合油向石化厂供料。我们又通过厂所合作先后研制成功耐高温硫腐蚀的新合金、弯管以及炉管的焊条,用新炉管更换了已腐蚀的炉管,安装在裂解炉上投入运行。这样就全面地解决了裂解炉高温腐蚀的难题,之后再也没有发生过炉管腐蚀穿孔喷火事故。厂方赞誉我们是工厂的坚强后盾,我们也对能为石化厂稳定生产,为国家的发展贡献力量而感到由衷高兴。之后,抗高温腐蚀炉管新材料这一项目还荣获国家发明三等奖。

 

  每当我们和工厂的同志一起走到金山卫的海滩边,看到雄伟的裂解炉喷吐着白烟在正常地运行着,自豪感和幸福感油然而生,总觉得我们为此付出的辛劳和汗水很有价值。当年我们在裂解炉旁科技攻关的日日夜夜至今仍历历在目,这是我所参与的科技人员永远难忘的中华科技情!

    

  (作者:黄元伟  原金属腐蚀与防护研究室主任、研究员)




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