循环氨水管道泄漏原因分析以及预防措施

1　氨水介质对氨水管道的腐蚀
1.1　一般腐蚀循环氨水冷却煤气时，煤气中一定量的氨、二氧化碳、硫化氢、氰化氢和其他组分溶解于循环氨水中，以挥发铵盐［(NH4)2S、 NH4CN、(NH4)2CO3等］和固定铵盐［NH4Cl、NH4CNS 、(NH4)2SO4和(NH4)2S2O3等］的形式存在于循环氨水中。另外，由于2个煤气净化系统的煤气脱硫装置均采用克劳斯法生产硫磺的工艺，夹带有H2S、SO2和Sx等的克劳斯尾气进入气液分离器前荒煤气管道中后，在氨水中溶解并反应生成SO32-、 SO42-、CNS－等离子，故循环氨水中的铵盐含量略高于其他的工艺。循环氨水中浓度：SO32- 为0.7～0.9g/L、 SO42- 为1.0～1.5g/L、H2S为2.0～3.0g/L、HCN为0.1 g/L、CNS－为1.0～1.5 g/L、Cl一为1.3～1.5 g/L、总氨约5 g/L。在氨水管道中氨水所含的上述化学介质会发生电离，形成电解液，这种电解液与氨水管道会发生电化学反应，造成钢管的腐蚀，这种腐蚀主要表现为均匀腐蚀。对于一般的电化学腐蚀，H2S和钢生成FeS, 在pH≥6时，钢的表面为FeS所覆盖，有较好的保护性能，腐蚀速率也有所下降。但由于氨水中存在CN－,  CN－能溶解FeS保护膜，产生络合离子Fe(CN)64-，加速了下列腐蚀反应的进行。
FeS + 6CN－ →  Fe(CN)64- + S2-络合离子Fe(CN)64-继续与Fe2+反应生成亚铁氰化亚铁Fe2[Fe(CN)6]，在水中为白色沉淀。2Fe2+ + Fe(CN)64-  →  Fe2[Fe(CN)6]↓当氨水中存在氧或停工时，亚铁氰化亚铁与氧接触又氧化生成亚铁氰化铁Fe4[Fe(CN) 6]3，呈普鲁氏蓝色。这也是氨水贮槽和煤气管道等泄漏时外壁常见到普鲁氏蓝色的原因。6 Fe2[Fe(CN)6] + 6H2O + 3O2 → 2 Fe4[Fe(CN) 6]3 ↓+ 4Fe(OH)3拆除下来的氨水管道上常有管壁变薄的情况，就是电化学腐蚀形成的，这也说明电化学腐蚀的存在。
1.2　 应力腐蚀和氢损伤应力腐蚀是导致裂纹产生的必要条件：①同时产生应力和腐蚀；②具有特殊的腐蚀性介质，尤其是存在Cl－、OH－、HS－或NH4＋离子。微应力就能导致裂纹，由制造和焊接产生的残余应力就足够。氨水中的硫化氢等不仅由于阳极反应生成FeS等而引起一般腐蚀，而且阴极反应生成的氢还能向钢材内部渗透并扩散，造成氢鼓泡或氢鼓泡开裂。引起钢的氢鼓泡、氢诱发裂缝、应力导向氢诱发裂缝及硫化物应力开裂。
碳钢和低合金钢在pH＝4.2时，硫化物应力的开裂*严重；pH＝5～6时，不易破裂；当pH≥7时，不发生破裂。但有CN－存在时，可发生硫化物应力开裂，随着CN－浓度的增加，氢渗透速率迅速上升，CN－浓度大于5×10-4 mol/L时，还会促进腐蚀。循环氨水管道中因CN－浓度远大于5×10-4 mol/L , 存在硫化物应力开裂，出现裂缝后会引发缝隙腐蚀。
1.3  　缝隙腐蚀氨水管道的焊接缺陷或应力腐蚀在管道内壁形成的微小裂纹，都能导致缝内溶液中的物质迁移困难，造成管道内流动的氨水和滞留在缝隙内的氨水产生浓度差，从而引起电位差，致使电化学电池建立，阳极位置发生氧化过程，即导致缝隙内金属腐蚀。阴极位置的电子与氨水中的氢离子反应生成氢原子，氢原子向金属扩散，并集聚在金属的高应力区，即裂缝的***，导致裂缝***脆化并使裂缝扩展成裂纹。在缝隙的宽度为0.025～0.1 mm范围内，缝隙宽度变小时，腐蚀率随之增高。当有Cl－离子存在时，更容易引起这种腐蚀。
1.4  　晶间腐蚀管道在焊接过程中，在焊缝区域局部存在较大的内应力，这是以应力区为阳极、非应力区为阴极发生的另一种电化学腐蚀，应力腐蚀所产生的裂缝一般是沿晶界发展的晶间腐蚀或穿过晶粒造成的穿晶腐蚀，也可能二者同时发生。这种电化学腐蚀与缝隙腐蚀不同，具有不均匀性，即以应力状态为导向而发生的。
1.5　 管道焊接对泄漏的影响虽然氨水管道内的压力只有0.3MPa，但因循环氨水管道泄漏较普遍，故对循环氨水管道的焊接要求较高，是按压力容器要求执行的。送***炉的循环氨水管道未严格执行焊接要求，投用后短期内即出现了大量的泄漏点。所以焊接质量是氨水管道泄漏产生的一个重要原因。 2 减少循环氨水管道泄漏的措施 2.1  　管道装配（1）管道装配过程中，要保证焊接管的规整。若不规整，应先整形再装配，不能施加外力强制装配，目的是消除装配产生的残余应力。（2）装配过程中应避免在管道上留下伤痕。如拉筋、夹具等留下的痕迹，以及打弧烧痕，这些都能成为应力腐蚀裂纹产生的诱因。（3）在管道安装时要合理配置膨胀节和支架固定点的位置和形式。
2.2  　焊接材料的选择更换部分氨水管道时，在采用相同焊接工艺的前提下，有几处焊缝尝试用A302的不锈钢过渡焊条焊接，其他仍用常规焊条焊接。发现采用常规焊条焊接的焊缝使用不久就出现氨水泄漏，而采用A302不锈钢过渡焊条的焊缝使用2年没有发生泄漏。2009年8月在更换5号焦炉炉顶的氨水管道时，也采用A302不锈钢过渡焊条焊接，***未发生泄漏。所以焊接材料应选择A302不锈钢过渡焊条。
2.3 　 焊接工艺为了防止应力腐蚀裂纹，在焊接工艺方面主要是制定合理的工艺规程，如焊接线能量、焊接顺序和焊接质量的控制等。在判定焊接工艺时，应根据钢种不同，设法满足两方面要求，既要防止淬硬（焊接线能量过小），也要防止晶粒严重长大（线能量过大），如采用多层焊接。
2.4  　焊后消除应力处理焊接产生的残余应力是形成应力腐蚀裂纹的关键因素。老区净化1系统的螺旋焊管制作完成后，进行了整体和对接焊缝的热处理，使用7年来焊管本身的焊缝和对接焊缝的泄漏点极少，由此证明了焊缝热处理是减少泄漏的重要措施。