酸性氣田液硫池內(nèi)壁防腐技術(shù)

中國石化中原油建工程有限公司普光氣田

酸性氣田液硫池內(nèi)壁防腐技術(shù)

梁明貴

中國石化中原油建工程有限公司普光氣田

普光氣田H2S平均含量高達(dá)15%，由此導(dǎo)致的硫磺回收裝置的腐蝕問題日益突出。采取科學(xué)的防護(hù)措施，使用新一代超強(qiáng)高溫抗腐蝕新型材料,有效地解決了液硫池內(nèi)壁的腐蝕問題，確保了普光氣田安全平穩(wěn)運(yùn)行。新型抗腐蝕材料FHW系列耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠主要由進(jìn)口氟樹脂、改性樹脂、特種強(qiáng)化樹脂共聚物、偶聯(lián)劑和部分納米材料組成，采用IPN原理化合制成，其特點(diǎn)是集粘接與防腐于一身，從而使防腐層形成高度致密的交聯(lián)立體結(jié)構(gòu)，屬厚漿型雙組分重防腐材料。經(jīng)過對(duì)比，最終選用FHW62和FHW62-01耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠作為液硫池內(nèi)壁防腐用膠泥。天然氣凈化廠液硫池內(nèi)壁防腐層施工采用“一底三布四涂”一次成型的工藝，保證液硫池內(nèi)壁防腐層在通蒸汽加溫后不出現(xiàn)發(fā)黏、脫落、起皮現(xiàn)象，并且在80～150℃的環(huán)境中耐液硫腐蝕。施工完工后用加溫的方式檢測(cè)防腐涂層完好，解決了液硫池內(nèi)壁的防腐問題，為凈化廠回收裝置穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要保障。

酸性氣田；硫磺回收裝置；施工工藝；質(zhì)量控制；液硫池；防腐材料

引言

近年來,隨著高含硫酸性氣田的不斷開發(fā)利用，硫磺回收裝置的規(guī)模越來越大，其腐蝕問題也日益突出。因高溫氧化、硫化腐蝕等造成的破壞尤其嚴(yán)重，回收H2S氣體對(duì)減少環(huán)境污染有重要意義。因此，了解和分析硫磺回收裝置的腐蝕類型，采取相應(yīng)的防護(hù)措施，是保證硫磺回收裝置長(zhǎng)期安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

液硫池內(nèi)壁直接與液體硫磺接觸，腐蝕性較大，工作溫度在130～160℃之間，屬于高溫環(huán)境，如果處理不當(dāng)就會(huì)出現(xiàn)液硫池表面的損壞，造成以下影響：①堵塞液硫泵，影響液硫外輸，情況嚴(yán)重時(shí)可能直接導(dǎo)致裝置停機(jī)檢修；②可能使液硫滲入地下，污染環(huán)境。

傳統(tǒng)的防腐方法是采用內(nèi)襯水玻璃膠泥砌筑耐火磚，因耐火磚疏松，致密性極差，高溫硫等腐蝕介質(zhì)很容易滲透破壞混凝土表層。針對(duì)此情況，普光氣田天然氣凈化廠的高溫液硫池內(nèi)襯采用了新一代超強(qiáng)高溫抗腐蝕新材料，其施工方便，性能穩(wěn)定，安全環(huán)保。

1 凈化廠技術(shù)工藝

天然氣凈化廠以普光氣田高含硫天然氣為原料，目前已建設(shè)12個(gè)系列的天然氣處理裝置及配套工程。每個(gè)系列都包括天然氣脫硫單元、硫磺回收單元、尾氣處理單元及硫磺成型單元，2個(gè)系列共用1套天然氣脫水單元、1套酸性水汽提單元及配套公用工程。天然氣凈化廠工藝技術(shù)路線見圖1。

圖1 天然氣凈化廠工藝技術(shù)路線

天然氣凈化廠每個(gè)系列裝置均有一個(gè)液硫池，共計(jì)12個(gè)，每個(gè)液硫池內(nèi)壁面積約630m2。另外在硫磺成型單元有2個(gè)液硫池，每個(gè)液硫池內(nèi)壁面積約720m2。

液硫池由不同的區(qū)域組成，分為脫氣區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)。液硫在液硫池的不同分區(qū)中循環(huán)流動(dòng)，并通過一、二級(jí)噴射器進(jìn)行機(jī)械攪動(dòng)，溶解在液硫中的H2S釋放到氣體中并由抽空器送入尾氣焚燒爐，抽空器同時(shí)向液硫池的氣相空間引入一股吹掃空氣，以維持氣相中的H2S濃度在爆炸極限以下。液硫自液硫池的脫氣區(qū)溢流至存儲(chǔ)區(qū)，存儲(chǔ)區(qū)的液硫經(jīng)液硫池泵升壓后進(jìn)入硫磺冷卻器，冷卻至138℃后再循環(huán)回脫氣區(qū)。脫氣后的液硫用液硫產(chǎn)品泵送至液硫成型單元生產(chǎn)粒狀固體硫磺，產(chǎn)品送至單元外的存儲(chǔ)及裝車設(shè)施。

2 液硫池防腐材料

天然氣凈化廠的液硫池采用混凝土整體澆注，然后用兩層耐酸磚在混凝土內(nèi)側(cè)砌筑一道耐酸墻，最后采用耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠泥（主要成分為氟樹脂）及無蠟玻璃纖維布貼于液硫池內(nèi)壁，最終實(shí)現(xiàn)耐高溫防腐蝕的目的。

2.1 材料品種與性能

FHW系列耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠主要由進(jìn)口氟樹脂、改性樹脂、特種強(qiáng)化樹脂共聚物、偶聯(lián)劑和部分納米材料組成，采用IPN原理化合制成，其特點(diǎn)是集粘接與防腐于一身，從而使防腐層形成高度致密的交聯(lián)立體結(jié)構(gòu)，屬厚漿型雙組分重防腐材料。耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠性能：黏度＞1800mPa·s（25℃）；密度1.4～1.6kg/L；剪切強(qiáng)度≥7MPa；干膜使用溫度-30～360℃；顏色為灰色；耐酸，25%H2SO4浸泡6個(gè)月（25℃）涂層完好；耐堿，20%NaOH浸泡6個(gè)月（25℃）涂層完好；硫化物，浸泡72h（150℃）涂層完好。耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）附著力好。因其改性樹脂結(jié)構(gòu)中含有極性很強(qiáng)的脂肪族羥基和醚鍵，其分子能與相臨界面之間產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁力，且與介質(zhì)表面的游離鍵起化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵。其固化是通過分子與分子之間的化學(xué)反應(yīng)交聯(lián)成網(wǎng)狀高分子涂膜，是一種直接的加成反應(yīng)，反應(yīng)過程中無低分子物產(chǎn)生，體積收縮率一般小于0.05%，與混凝土、金屬粘接力極強(qiáng)，不易出現(xiàn)脫皮、起殼等現(xiàn)象。

（2）耐腐蝕性能優(yōu)良。FHW系列防腐結(jié)構(gòu)膠因其樹脂分子結(jié)構(gòu)較緊密，對(duì)化學(xué)介質(zhì)的穩(wěn)定性好，固化后分子排列整齊，形成致密的高分子互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，抗?jié)B透性極強(qiáng)，對(duì)硫化物、酸、堿、鹽及有機(jī)溶劑等化學(xué)介質(zhì)具有優(yōu)異的抗侵蝕能力，能夠很好地抵制硫磺池內(nèi)腐蝕介質(zhì)的侵蝕。

（3）耐溫性好。FHW系列防腐結(jié)構(gòu)膠選擇不同的型號(hào)，其耐溫范圍為-300～11000℃，根據(jù)施工條件，可加溫固化也可常溫固化，使用方便靈活。而一般的耐溫防腐材料需在酸性催干劑或高溫作用下才能成膜，使用受到一定的局限性。

（4）膠層綜合性能好。固化后膠層機(jī)械強(qiáng)度高，韌性好，飽滿堅(jiān)硬，耐溫性穩(wěn)定，同時(shí)還具有很好的抗沖擊、耐摩擦能力。產(chǎn)品無毒，屬環(huán)保型產(chǎn)品，常溫固化，便于施工，能達(dá)到理想的耐溫防腐效果。

2.2 液硫池內(nèi)壁防腐襯里施工工藝

液硫池防腐襯里設(shè)計(jì)依據(jù)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50046—1995）》及Fick定律——滲透時(shí)間與擴(kuò)散系數(shù)、涂層厚度的關(guān)系原理，結(jié)合耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠不同型號(hào)的功能以及防腐蝕區(qū)域的介質(zhì)環(huán)境，設(shè)計(jì)防腐蝕方案。

天然氣凈化廠液硫池內(nèi)壁防腐層的施工采用“一底三布四涂”一次成型的工藝，保證液硫池內(nèi)壁防腐層在通蒸汽加溫后不出現(xiàn)發(fā)黏、脫落、起皮現(xiàn)象，并且在80～150℃的環(huán)境中耐液硫腐蝕。

3 不同防腐材料的應(yīng)用

天然氣凈化廠液硫池?cái)?shù)量多，體積大，整體采用地下結(jié)構(gòu)，共分3個(gè)區(qū)域，其中2個(gè)為脫氣區(qū)，1個(gè)為存儲(chǔ)區(qū)。每個(gè)區(qū)域的頂部，只有一個(gè)1m×1m的方孔作為與外界連接的通道。由于液硫池內(nèi)部所形成的密閉環(huán)境使得其內(nèi)部溫度高于外部環(huán)境溫度，所以施工過程相當(dāng)困難。天然氣凈化廠先后選用環(huán)氧樹脂和氟樹脂2種防腐涂料，最終解決了液硫池內(nèi)壁防腐的問題。

3.1 以環(huán)氧樹脂為主要原料

天然氣凈化廠首先采用以環(huán)氧樹脂為主的防腐涂料進(jìn)行施工，采用“一底三布四涂”一次成型的施工工藝。在具體施工時(shí)發(fā)現(xiàn)，除一些搭接處存在施工質(zhì)量問題外，還發(fā)現(xiàn)大面積防腐層與內(nèi)壁脫離，形成鼓包的現(xiàn)象。另外，經(jīng)過蒸汽烘烤后，防腐層開始變質(zhì)、粉化，附著力大大降低，最終與內(nèi)壁大面積脫離。實(shí)踐證明，環(huán)氧樹脂涂料最高可耐150℃高溫，無法滿足天然氣凈化廠液硫池內(nèi)部保溫蒸汽的最高要求溫度160℃，因此以環(huán)氧樹脂為主的防腐涂料不適合在高溫液硫池內(nèi)部使用。

3.2 以氟樹脂為主要原料

氟樹脂分子結(jié)構(gòu)中含有氟原子的一類熱塑性樹脂，具有優(yōu)異的耐高低溫性能、介電性能、化學(xué)穩(wěn)定性、耐候性、不燃性、不粘性和低摩擦系數(shù)等特性。氟樹脂的主要品種有聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯—四氟乙烯共聚物(ETFE)、乙烯—三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、聚氟乙烯（PVF）等。其中以聚四氟乙烯為主，可以在260℃高溫下長(zhǎng)期使用，-268℃低溫下短期使用。

4 耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠對(duì)比

耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠FHW系列不同品種材料性能對(duì)比：

（1）FHW61耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠適用溫度-30～160℃，耐溫差驟變性能好，耐腐蝕性強(qiáng)，耐化工大氣，附著力好，不脫層。用于耐高溫防腐設(shè)備和部件的粘接、涂刷或修補(bǔ)，可制作耐高溫玻璃鋼。

（2）FHW62耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠適用溫度-30～360℃，耐溫差驟變性能好，耐硫化物腐蝕性強(qiáng)，附著力好。用于石油化工液硫池內(nèi)襯防腐、堵漏、粘接、涂刷或修補(bǔ)，可制作耐高溫玻璃鋼。

（3）FHW62—01耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠適用溫度-30～200℃，耐溫差驟變性能好，耐硫化物腐蝕性強(qiáng)，附著力好。用于耐高溫防腐設(shè)備和部件的粘接，砌筑耐酸瓷板、花崗巖等板材及石油化工液硫池內(nèi)襯堵漏、粘接、補(bǔ)坑或修補(bǔ)。

（4）FHW63耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠為稠狀物，有很好的觸變性及良好的電絕緣性。用于高溫爐或非金屬耐高溫設(shè)施內(nèi)襯以及外壁高溫防腐耐熱、耐溫差驟變等，可耐低于1100℃的高溫。

經(jīng)過對(duì)比，天然氣凈化廠最終選用FHW62和FHW62-01耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠作為液硫池內(nèi)壁防腐用膠泥。

5 施工質(zhì)量控制

5.1 施工前的防腐材料質(zhì)量控制

對(duì)各廠家的資質(zhì)、業(yè)績(jī)等情況經(jīng)過層層篩選及嚴(yán)格考核后，最終確定供貨廠家。提前與廠家聯(lián)系，介紹前期施工問題，讓廠家熟悉現(xiàn)場(chǎng)。同時(shí)，要求廠家對(duì)所用的材料進(jìn)行抽檢，嚴(yán)格材料進(jìn)場(chǎng)程序。

5.2 施工中的質(zhì)量控制

由于前期液硫池已做過一次內(nèi)壁防腐，要重新做防腐層就需要將所有前期做的防腐層全部清理干凈。液硫池內(nèi)壁如果殘留原先的防腐層，首先會(huì)影響新防腐層的有效附著；其次，清理前期防腐層的過程中會(huì)對(duì)液流池內(nèi)壁造成不同程度的損傷，增加表面不平整度。經(jīng)過與廠家的多次交流，確定施工方案，保證新的防腐層能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的施工效果。

5.3 施工后的質(zhì)量驗(yàn)收

（1）基層質(zhì)量檢測(cè)方法和標(biāo)準(zhǔn)要求達(dá)到GB50212—2002標(biāo)準(zhǔn)。

（2）檢查涂層道數(shù)和涂層質(zhì)量，并在涂層施工完工后進(jìn)行外觀檢查。涂裝質(zhì)量主要檢查涂層有無漏涂、氣泡、流掛、空鼓、露白等現(xiàn)象。

（3）待完成防腐涂裝，涂層實(shí)干后應(yīng)用測(cè)厚儀進(jìn)行測(cè)厚，要求涂層厚度均勻。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)采用85—15規(guī)則，即85%的測(cè)定值要達(dá)到規(guī)定的膠層厚度，允許15%數(shù)值偏低，但必須大于“規(guī)定值的85%”，否則應(yīng)增加涂裝道數(shù)直至合格為止。

經(jīng)過嚴(yán)格質(zhì)量把關(guān)后，重新做的內(nèi)壁防腐層結(jié)構(gòu)平整，經(jīng)過高溫養(yǎng)護(hù)，未出現(xiàn)前期發(fā)生的問題。

6 施工工藝

（1）用FHW62—01結(jié)構(gòu)膠泥（0.5kg/m2）填補(bǔ)蜂孔，修補(bǔ)找平邊角及澆注接縫，填補(bǔ)砌耐溫磚時(shí)產(chǎn)生的部分錯(cuò)臺(tái)和接縫不平整。正常情況下養(yǎng)護(hù)24h，如膠泥層填補(bǔ)時(shí)刮涂過厚，要求適當(dāng)加溫或延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

（2）用FHW62結(jié)構(gòu)膠（1.8～1.9kg/m2）滾涂一層，膠層厚度0.12～0.15mm，養(yǎng)護(hù)20h。

（3）用FHW62結(jié)構(gòu)膠滾涂貼玻纖布三層，每層膠層厚度0.15～0.2mm，連續(xù)施工。

（4）用FHW62結(jié)構(gòu)膠涂刷一層，膠層厚度0.12～0.15mm，養(yǎng)護(hù)2h后加溫固化。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及工期，一次成型的防腐層完工后加溫50～80℃，固化48h。最后通過養(yǎng)護(hù)期，在60～80℃條件下加溫固化7天或在常溫下固化15天，就可投產(chǎn)使用。

7 結(jié)論

（1）以氟樹脂為主要原料的防腐膠泥的耐高溫及防酸腐蝕性能要好于以環(huán)氧樹脂為主的防腐膠泥。

（2）傳統(tǒng)的防腐措施采用內(nèi)襯水玻璃膠泥砌筑耐火磚的方法，因耐火磚疏松，致密性極差，高溫硫等腐蝕介質(zhì)很容易滲透破壞混凝土表層。針對(duì)此情況，凈化廠的高溫液硫池內(nèi)襯采用了新一代超強(qiáng)高溫抗腐蝕新材料。試驗(yàn)證明，材料性能穩(wěn)定、安全環(huán)保。

（3）用FHW62防腐結(jié)構(gòu)膠，采用“一底三布四涂”一次成型工藝，施工完工后用加溫的方式檢測(cè)防腐涂層完好，在普光氣田一至五聯(lián)合裝置試運(yùn)行中達(dá)到了滿意的防腐效果，很好地解決了液硫池內(nèi)壁的防腐問題，為凈化廠回收裝置穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要保障。

13778347265、15115815@qq.com

（欄目主持樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.6.025

梁明貴：高級(jí)工程師，現(xiàn)擔(dān)任中石化中原油建工程有限公司普光氣田地面工程應(yīng)急搶修中心經(jīng)理，研究方向?yàn)橛蜌馓锏孛婀こ探ㄔO(shè)和腐蝕防護(hù)研究。