硫磺回收裝置腐蝕分析與防腐蝕措施

胡江濤 朱榮磊 張琴瑤 謝武君 盧波（中原油田普光分公司天然氣凈化廠 四川 達州 636156）

隨著我國國民經濟的快速增長，國內原油需求量有了大幅度的增加，因此加大了進口原油的力度。但是進口原油中許多為含硫原油，且國內最近幾年在川東北開采的天然氣中，也含有大量的硫，從中回收的硫磺能滿足國內一半的市場需求，但加工過程中硫非常容易腐蝕設備和污染環(huán)境。迫于環(huán)境保護的需求，硫磺回收技術也得到了很快的發(fā)展，但是硫腐蝕問題仍然是一個急需解決的突出問題。本文就硫磺回收裝置的腐蝕原因進行了分析，并且提出了可行的防腐蝕措施，希望對硫磺回收防腐工作有一定的參考意義。

一、硫磺回收裝置腐蝕分析

1.高溫硫腐蝕

通常，高溫硫腐蝕主要發(fā)生在裝置的高溫部位，如酸性氣燃燒爐、廢熱鍋爐出口管線、廢熱鍋爐、反應器出口管線等等。易發(fā)生高溫硫腐蝕的含硫物質有硫化氫、二氧化硫、單質硫等等。當溫度處在高于220℃的高溫時，硫化氫能夠直接與碳鋼設備中的鐵發(fā)生化學反應，生成硫化鐵。在這樣的高溫環(huán)境中，硫化氫還能夠發(fā)生分解反應，從而生成活性硫與鐵發(fā)生劇烈的反應。高溫硫腐蝕對在線燃燒爐和尾氣焚燒爐的內部構件，如噴嘴、熱電偶等部位的腐蝕尤其嚴重。

2.低溫硫化氫腐蝕

低溫硫化氫腐蝕通常發(fā)生在裝置中溫度比較低的部位，例如原料氣管線、硫冷凝器出口、原料氣分液罐、再生塔頂油氣分液罐、冷卻水系統(tǒng)等等。這里的低溫通常指低于230℃。在低溫環(huán)境下，硫化氫與一些腐蝕介質，如HCl、NH3、乙醇胺、水等，能夠共同形成腐蝕環(huán)境，其腐蝕機理可以表示如下：

3.二氧化硫腐蝕

二氧化硫腐蝕的發(fā)生部位主要有過程氣管線、液流脫氣管線、尾氣管線、捕集氣、硫冷凝器的出口等等。過程氣中含有大量的二氧化硫和少量的三氧化硫，從而容易發(fā)生低溫三氧化硫露點腐蝕和低溫二氧化硫露點腐蝕的現(xiàn)象。在水與水蒸氣存在的條件下，二氧化硫能夠生產亞硫酸，從而引起硫冷凝器、尾氣部分過程氣管線、捕集器、尾氣部分急冷水系統(tǒng)的腐蝕。當溫度在200-250℃時，過程氣匯總的三氧化硫會轉變?yōu)榱蛩?，而當溫度低?10℃時，三氧化硫幾乎能夠與水全部轉化為硫酸，從而對設備造成嚴重的腐蝕。其反應機理可以表示如下：

除此之外，原料中的烴類燃燒會產生一定量的二氧化碳，二氧化碳對設備的腐蝕機理與二氧化硫相同。

4.乙醇胺-二氧化碳-硫化氫-水腐蝕

該腐蝕主要發(fā)生在溫度比較高的部位，腐蝕的關鍵因素是二氧化碳和乙醇胺。隨著氣體濃度的提高，當二氧化碳的體積分數在百分之二十至百分之三十之間時，對碳鋼設備的腐蝕速率能達到0.76mm/a。通常該種腐蝕發(fā)生的部位有再生塔及其塔底、氨系統(tǒng)的貧富液管線等，其中再生塔塔底的腐蝕最為嚴重。其腐蝕機理表示如下：

二、防腐措施

1.工藝方面

如果想要做好防腐工作，首先要從工藝方面入手。首先，必須做好開停工的保護工作。當裝置停工以后，設備管線內部存在酸性介質。應該用氮氣吹掃并且進行充氮保護，保持系統(tǒng)密封性，防止?jié)窨諝膺M入到系統(tǒng)中進行冷凝，同時還應該保持溫度在系統(tǒng)壓力對應的露點以上。當設備打開檢驗或檢修時，需要利用惰性氣體對設備進行吹掃，從而防止酸性介質和腐蝕性氣體的滯留而危及人身安全。對于廢熱鍋爐爐管和硫冷凝器中的腐蝕產物不能用水清洗，要用惰性氣體進行清理并保持環(huán)境干燥。其次，在生產過程中要嚴格按照工藝指標進行操作，做好儀表的維護工作，保證在線分析儀器的正常運行，并且合理配風，從而提高硫轉化率，降低二氧化硫的產生量。另外，還要根據尾氣停工情況對設備進行注氮保護，從而保持系統(tǒng)處于微正壓狀態(tài)。

2.設備方面

對設備采取一定的保護措施也是防腐措施的重要組成部分。首先要對相關設備進行外部保溫。設備殼體內部襯里具有降低設備壁溫的作用，能夠減少高溫硫腐蝕，但是設備壁溫也不能太低，否則就會嚴重的降低設備的使用壽命。其次，在設備的選材方面也要非常嚴格。主燃燒爐廢熱鍋爐和焚燒爐蒸汽過熱器換熱管有嚴重的高溫腐蝕現(xiàn)象，因此其材質應該選用O6Cr18Ni11Ti，而其殼體宜采用Q245R。對于反應器的內件和貧富換熱器，宜采用O22Cr17Ni12Mo2材質，冷凝器換熱管的材質宜采用ND鋼或者雙鉬不銹鋼。

3.防腐結構設計

要想達到更好的防腐蝕效果，需要進一步進行適當的防腐結構設計。例如在反應器設計時要避免利用高應力集中結構，并且設置隔熱耐磨襯里和隔熱防雨罩，在燃燒爐中也應該設置隔熱耐火襯里。為了避免露點腐蝕，要控制好燃燒爐的溫度，不能低于二氧化硫的露點溫度，在爐壁外上方要設置防護罩，從而防止環(huán)境溫度變化引起的爐壁溫度變化產生的腐蝕。另外，在捕集氣、液硫儲罐等低溫露點腐蝕設備中要盡量使壁溫處于露點溫度之下。

結論

制硫裝置雖存在硫和硫化氫、高溫、二氧化硫、二氧化碳等，常引起設施腐蝕，但只要遵重科學，按照化學反應原理做徹底的分析，杜絕腐蝕有害的化學反應產生，另外，加強對設施的選材和材質的處理等，都能防止和減少制硫裝置設施的腐蝕。

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