硫磺回收裝置存在的腐蝕問題及改進

賈蘭（中化泉州石化有限公司,福建 泉州 362100）

1 概述

硫磺回收裝置就是對煉油過程中產(chǎn)生的含有H2S的酸性氣，采用適當?shù)墓に嚮厥樟蚧牵瑥亩鴮崿F(xiàn)清潔生產(chǎn)滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求的同時，達到化害為利，降低污染，保護環(huán)境的目的。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源需求量的增加，原油進口量也隨之加大，但進口原油重質(zhì)化和硫含量都比較高，而我國石化行業(yè)對該產(chǎn)品的加工深度和產(chǎn)品質(zhì)量要求也不斷提高，同時因為環(huán)境問題變得越來越嚴峻，我國對環(huán)境保護的要求也日趨嚴格，于是硫磺回收裝置的地位在石化工業(yè)中變得比以往任何時候都更為重要。由于回收過程中會產(chǎn)生各種各樣的腐蝕問題，如不及時解決，將嚴重損壞設備，影響裝置的安全生產(chǎn)、平穩(wěn)和長周期運行，也將嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量，更嚴重的會引起重大事故，帶來經(jīng)濟損失。

2 硫磺回收裝置存在的腐蝕問題

2.1 低溫H2S腐蝕

主要集中在裝置中原料氣管線、酸氣管道、酸氣捕集器、酸水壓送罐、冷凝器的封頭、內(nèi)壁等溫度較低的部位。

硫磺回收單元進料酸氣和過程氣含有大量CO2、H2S等酸性物質(zhì)。當溫度低于230攝氏度時，H2S容易與水以及其他腐蝕介質(zhì)共同形成腐蝕環(huán)境，所生成的腐蝕物會給相關部位帶來均勻腐蝕，同時腐蝕物中大量的氫還會引起氫鼓泡和鋼材氫脆，更嚴重時會導致設備硫化物應力腐蝕開裂從而損壞設備。

2.2 露點腐蝕

主要發(fā)生在裝置中溫度低于露點的組成部位，如過程氣管線、尾氣管線、液硫脫氣管線、硫冷凝器的出口、捕集器、與過程氣相連的接管易冷凝部位以及煙囪的頂部。

硫磺回收反應過程中，過程氣里含有少量SO3和大量的SO2。當氧氣過量時，SO2會氧化為SO3。在高溫的燃燒爐中，SO3并不會腐蝕設備，但倘若在400攝氏度以下，SO3就會與水蒸汽結合并生成腐蝕性極強的硫酸。硫酸在不同濃度和溫度下，其腐蝕速度不同，如果在50%硫酸和70攝氏度的條件下，其腐蝕速率就會達到最快。硫磺冷卻器管程出口端是硫酸最容易形成露點腐蝕的環(huán)境，因為硫磺回收裝置中過程氣經(jīng)冷凝冷卻器降溫后的溫度和露點溫度接近，尤其當硫磺回收裝置實際處于最低設計值時，可能造成實際溫度低于露點溫度。

2.3 高溫硫化腐蝕

主要發(fā)生在裝置的高溫部位，如酸性氣燃燒爐、廢熱鍋爐、及廢熱鍋爐出口管線、尾氣焚燒爐和其廢熱鍋爐等。

燃燒后的過程氣含有大量的 H2S、SO2、硫蒸汽、CS2、COS、CO2、水蒸汽、氮氣等含硫腐蝕介質(zhì)，這些介質(zhì)在高溫下與設備的金屬材料會發(fā)生化學作用導致生成大量含硫化合物。當溫度高于310℃時，這些含硫化合物就會高溫硫化腐蝕碳鋼，其腐蝕隨溫度升高而加劇。金屬材料受到高溫硫化腐蝕后，硫化變脆，肉眼看見的是材料厚度增加。而酸氣和空氣在主燃燒爐內(nèi)的燃燒溫度通常在1100攝氏度到1300攝氏度之間，因此引起的高溫硫化腐蝕是非常嚴重的。

2.4 應力腐蝕

應力腐蝕主要來自工作熱應力和焊接殘余應力。

第一，冷凝冷卻器是最容易被熱應力腐蝕的地方。高溫度的過程氣穿過冷凝冷卻器后，管板的兩面因為溫度差而引起熱應力腐蝕，且腐蝕隨著管板厚度的加大而加重。同時因為管板和管子的結合疊加了對流與輻射兩大熱量來源，增加了熱負荷，也加深了腐蝕程度。

第二，高溫下進行的焊接由于加熱和冷卻不均勻，容易產(chǎn)生焊接殘余應力。而焊縫附近的化學成分與主體金屬不同,當接觸化學介質(zhì)時，就產(chǎn)生了應力腐蝕。

3 硫磺回收裝置腐蝕問題的改進措施

針對以上的腐蝕問題，可采取以下措施加以改進防范。

3.1 加強操作管理

裝置的組成單元既是獨立存在的個體又是一個有機整體，操作中應統(tǒng)籌兼顧、相互協(xié)調(diào)，才能達到裝置高收率低腐蝕的要求。操作中還應按照工藝參數(shù)精心操作，絕不能隨意更改，嚴格控制好各溫度參數(shù)，避免設備參數(shù)的大幅度波動，

嚴格控制過程氣中的O2，避免生成SO2。

3.2 合理采用設備用料

第一，盡可能在產(chǎn)生高溫硫化腐蝕的部位中增加耐熱襯里，采用耐火材料。譬如在廢熱鍋爐入口爐管內(nèi)插入高溫陶瓷保護襯管。

第二，在容易發(fā)生露點腐蝕部位，應增加保溫和夾套伴熱。如停工裝置給汽保溫，系統(tǒng)充熱N2保護；尾氣和脫氣管線避免設計過長并且保證均勻充足的伴熱，與尾氣相連的接管、管節(jié)、儀表接頭、采樣接頭和接管等增加夾套伴熱。

第三，采用先進的薄撓性管板、將冷卻器的固定支架改為滾動支座，可有效改進熱應力腐蝕發(fā)生。焊縫時使用適當?shù)暮笚l則可減少應力腐蝕。

3.3 重視數(shù)據(jù)分析

成分分析、液位、流量、壓力、溫度等工藝參數(shù)都是生產(chǎn)裝置操作中的重要部分。當其中一個參數(shù)發(fā)生變化，需高度重視并及時分析原因，定期對裝置過程氣組分進行化驗分析，并與在線分析數(shù)據(jù)進行對比，確保儀表數(shù)據(jù)的可靠性和準確性，避免設備和管道造成不可挽救的腐蝕。

4 結語

在硫磺回收裝置的生產(chǎn)過程中，腐蝕是不可避免而且復雜多樣，但只要嚴格管理，精心操作，尊重科學，重視細節(jié)，裝置腐蝕問題就可以得到有效改進并降到最低，從而保證設備的長周期平穩(wěn)運行，為企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1]中國石油化工管理協(xié)會設備防腐專業(yè)組.石油化工裝置設備腐蝕與防護手冊.中國石化出版，1994.

[2]蔣大偉,朱波.硫磺回收裝置腐蝕機理分析及防護措施.廣東化工.2009,36(11):220-221.