硫磺回收裝置的設(shè)備腐蝕及防護分析

摘要：近年來，由于硫磺回收工藝流程的特殊性，設(shè)備腐蝕問題一直是企業(yè)和硫磺回收裝置面臨的重要問題之一。裝置上游環(huán)節(jié)產(chǎn)生的含硫污水、溶劑再生產(chǎn)生的酸性氣體，都對回收裝置的各種設(shè)備和管線產(chǎn)生了不同程度的腐蝕。本文將結(jié)合筆者實際工作經(jīng)驗，以中石化洛陽分公司四聯(lián)合車間的硫磺回收裝置作為研究對象，分析硫磺回收設(shè)備的日常運行狀況并對造成設(shè)備腐蝕的具體原因進行分析，針對這些具體原因，開展對重點環(huán)節(jié)和關(guān)鍵因素的治理和優(yōu)化，實現(xiàn)裝置設(shè)備的長期、可靠運行。

關(guān)鍵詞：硫磺回收裝置，腐蝕成因和形態(tài)，防護措施

中圖分類號：TQ050.9 文獻標識碼：A

1. 引言

硫磺回收裝置常見于煉化企業(yè)，其主要作用是處理各個裝置和環(huán)節(jié)產(chǎn)生的含硫物品和酸性氣體，并對這些排放物進行無害化、循環(huán)利用。該裝置的主要工作機理是：在高溫環(huán)境中，在具有不同功能催化劑的作用下，將硫化氫轉(zhuǎn)化成單質(zhì)硫。因為硫磺回收作業(yè)的復(fù)雜性，在硫磺回收的操作過程中，不同來源、不同組分的尾氣會產(chǎn)生性質(zhì)差異極大的酸性氣體，這些氣體對于設(shè)備的腐蝕程度也是各不相同的。生產(chǎn)流程和工藝特點也導(dǎo)致了裝置內(nèi)會發(fā)生不同的化學(xué)反應(yīng)，如高溫反應(yīng)、低溫反應(yīng)、應(yīng)力反應(yīng)等，這些反應(yīng)本身和生成物可能對設(shè)備造成腐蝕。本文將針對筆者所在的四聯(lián)合車間硫磺回收裝置相關(guān)情況進行分析，找出影響設(shè)備腐蝕的關(guān)鍵因素，并采取適當(dāng)措施。

2. 生產(chǎn)裝置和工藝流程

中石化洛陽分公司硫磺回收聯(lián)合裝置是該公司1000萬噸/年煉油工程的配套裝置。本聯(lián)合裝置包括硫磺回收裝置、溶劑再生裝置、加氫型酸性水汽提裝置等部分組成。

石油化工企業(yè)中，一般均采用兩種硫回收工藝，即工藝路線成熟的高溫?zé)岱磻?yīng)和兩級催化反應(yīng)的Claus，在硫回收工藝中，根據(jù)酸性氣中H2S含量不同，通常采用分流法和部分燃燒法，部分燃燒法是將全部原料氣引入制硫燃燒爐，在爐中按制硫所需的氧氣量嚴格控制配風(fēng)比，使H2S燃燒后生成SO2的量滿足H2S/SO2接近于2，經(jīng)過反應(yīng)生成氣態(tài)硫磺。這種方法通常在酸性氣濃度較高時使用。硫磺回收裝置制硫部分采用部分燃燒法。尾氣處理部分采用SSR加氫還原吸收工藝，通過加氫的方法將硫磺尾氣中的單體硫及硫化物還原為H2S，然后采用甲基二乙醇胺溶液吸收H2S，被吸收了H2S后的尾氣過程氣經(jīng)焚燒爐焚燒后通過煙囪排入大氣。

3. 設(shè)備腐蝕原因與形態(tài)分析

下面將結(jié)合上述生產(chǎn)流程，對造成硫磺回收裝置設(shè)備腐蝕的原因進行分析，并對腐蝕的形態(tài)進行介紹。

3.1 高溫硫腐蝕

產(chǎn)生高溫硫腐蝕作用，主要介質(zhì)為高溫過程，氣體產(chǎn)生的氣態(tài)硫或者硫化氫、二氧化硫等。若碳鋼設(shè)備溫度在260-300℃左右，就有可能出現(xiàn)高溫硫腐蝕的現(xiàn)象。在高溫條件下，硫化氫與鐵產(chǎn)生進行反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成硫化亞鐵，而單質(zhì)硫也會與鐵發(fā)生反應(yīng)。產(chǎn)生這種腐蝕的主要環(huán)節(jié)是酸性氣的燃燒。一般廢鍋管束出現(xiàn)的內(nèi)漏現(xiàn)象，多數(shù)是由高溫硫腐蝕導(dǎo)致的。它的主要作用機制是：由于多次改變管束迎火面的隔熱襯里，部分陶瓷保護管出現(xiàn)破損，進而出現(xiàn)縫隙，作業(yè)過程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔饽軌蛑苯訉苁缚p形成腐蝕，最終導(dǎo)致泄漏。緊接著，廢鍋的后部溫度會降低，為露點腐蝕的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件，有可能對裝置生產(chǎn)流程下游設(shè)備和管線造成威脅。

3.2 露點腐蝕

硫磺過程氣是產(chǎn)生露點腐蝕的主要物質(zhì)，以CO2、SO2、水蒸氣等成分為主，主要發(fā)生在硫磺尾氣處理中溫度較低的環(huán)節(jié)。過程氣中由于含有水分和SO2，生成亞硫酸蒸汽。如果此時溫度低于露點溫度，就有可能產(chǎn)生高濃度的亞硫酸，對碳鋼設(shè)備造成腐蝕。

3.3 二氧化碳腐蝕

硫磺回收裝置中產(chǎn)生的尾氣，通過加氫處理冷卻之后，被二乙醇胺吸收，進入再生環(huán)節(jié)。酸性氣中存在的二氧化碳體積占比通常為0.2-0.25，經(jīng)過制硫系統(tǒng)之后，和尾氣一起進入到再生環(huán)節(jié)，對再生環(huán)節(jié)造成腐蝕。而處于游離狀態(tài)或者化合狀態(tài)的二氧化碳，都有可能發(fā)生腐蝕。特別是在高溫或者水環(huán)境中，二氧化碳和鐵發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生碳酸鐵，物質(zhì)形態(tài)比較疏松。在流體沖刷作用下，管線腐蝕物出現(xiàn)脫落，管線中新的部位會遭受更進一步的腐蝕，進入“腐蝕程度不斷加深、管線持續(xù)受到破壞進而導(dǎo)致泄漏發(fā)生和設(shè)備損壞”的惡性循環(huán)。

3.4 硫化氫腐蝕

在石化企業(yè)的硫磺回收裝置中，硫化氫的腐蝕作用也相當(dāng)大。在壓力作用下，在高濃度硫化氫條件下，鋼材質(zhì)或高強度合金鋼產(chǎn)生脆化，可能會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。裂縫主要分布在設(shè)備的應(yīng)力區(qū)域，以穿晶型為主。如果缺少對設(shè)備和管線中應(yīng)力消除的相關(guān)措施，有很大的概率出現(xiàn)設(shè)備和管線應(yīng)力腐蝕。比如，硫池內(nèi)出現(xiàn)的盤管的泄漏，通常是由于硫化氫腐蝕而出現(xiàn)的。

3.5 應(yīng)力腐蝕

熱應(yīng)力腐蝕多數(shù)情況下，發(fā)生在一級、二級或三級冷凝冷卻器中。當(dāng)溫度較高的過程氣通過冷凝冷卻器之后，管板的兩面在溫度差作用下，產(chǎn)生顯著的熱應(yīng)力。而管子和管板的結(jié)合，受到較大的熱負荷，在受熱不均勻的情況會出現(xiàn)熱應(yīng)力；另一方面，在焊縫的地方，最容易出現(xiàn)腐蝕。在高溫環(huán)境中完成焊接，加熱和冷卻必然不均勻，就會有預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生，在化學(xué)介質(zhì)的接觸和反應(yīng)條件下，會產(chǎn)生腐蝕作用。

4. 防護措施

4.1 對溫度加強控制

為了很好地降低回收裝置的設(shè)備腐蝕，必須加強溫度控制。一方面，回收裝置的主燃燒爐廢熱鍋爐出口溫度約為320℃；焚燒爐的蒸汽過熱器出口溫度420—450℃。由于流程和作業(yè)環(huán)境的限制，在生產(chǎn)過程中，溫度很難降低。這時，就要在實現(xiàn)工藝作業(yè)條件的前提下，把溫度盡量控制在操作的下限范圍。由于下限溫度仍然較高，這種方法雖然即使不能徹底消除高溫硫?qū)υO(shè)備和管線的腐蝕，但是卻能夠避免露點腐蝕的出現(xiàn)。在日常作業(yè)環(huán)境中，因為硫磺回收裝置運作環(huán)境和作業(yè)條件的不穩(wěn)定性和復(fù)雜性，溫度變化范圍很大，加上管束和殼體膨脹系數(shù)差別很大，焊縫的應(yīng)力會由于所在部位的不同而產(chǎn)生不同影響，持續(xù)的應(yīng)力作用，會導(dǎo)致設(shè)備和管線出現(xiàn)疲勞裂紋或腐蝕縫隙。裂紋發(fā)展到一定程度，會延展到外表面，這樣就會形成泄漏。因此，如果能對硫磺回收過程中的各環(huán)節(jié)作業(yè)溫度進行適當(dāng)控制，能夠充分利用設(shè)備的處理能力，避免腐蝕程度的加深，也能夠很好地延長設(shè)備使用壽命。

4.2 規(guī)范操作手段

在硫磺回收裝置作業(yè)過程中，應(yīng)當(dāng)按照工藝流程手冊的要求，嚴格規(guī)范技術(shù)操作，及時做好設(shè)備巡檢和維護。確保在線分析儀能夠正常工作，控制SO2的含量，盡可能降低高溫硫腐蝕和露點腐蝕對設(shè)備的不良影響。在尾氣處理過程中，為了相關(guān)化學(xué)反應(yīng)的持續(xù)進行，應(yīng)及時添加氨水，將急冷水控制在PH值為7-8的范圍內(nèi)，能夠減少設(shè)備腐蝕的發(fā)生。

4.3 強化設(shè)備管理

強化設(shè)備管理包括恰當(dāng)?shù)耐鉁乜刂坪蛣討B(tài)、科學(xué)的設(shè)備管理兩部分。

一是對外部保溫進行科學(xué)控制。硫磺回收裝置設(shè)備的外部保溫控制，可以避免腐蝕的產(chǎn)生。在裝置運行中，會產(chǎn)生各種成分的氣體，而設(shè)備殼體的內(nèi)部襯里，能夠較好地控制設(shè)備壁溫，降低高溫硫腐蝕發(fā)生的可能性。同時，溫度也不應(yīng)太低，以避免露點腐蝕的出現(xiàn)。一般地，在作業(yè)過程中，可將外殼溫度控制在140-260℃的范圍。

二是進行詳細的、動態(tài)、科學(xué)的設(shè)備管理。細化設(shè)備管理，實施腐蝕狀態(tài)的實時監(jiān)測， 也能夠有效減少設(shè)備腐蝕效應(yīng)的發(fā)生和加深。在日常操作和定期維護中，需要及時準確地開展定點測厚的采樣分析，掌握設(shè)備當(dāng)前的腐蝕情況以及腐蝕發(fā)生的主要部位。通過及時巡檢和維護，能夠強化對設(shè)備的操作特點和檢修規(guī)律的認識，實現(xiàn)主動維護、盡可能避免非計劃停工。

4. 4 改善除氧水質(zhì)

除氧水質(zhì)中如果含有過多的氯離子，會對表面的鈍化膜造成侵蝕，使管壁穿孔，也可能引起腐蝕裂紋。由于該裝置所在地區(qū)水質(zhì)硬度較大，管壁會生成大量的水垢，造成熱傳導(dǎo)困難。在局部溫度過高的情況下，就會產(chǎn)生應(yīng)力裂紋。水質(zhì)的酸堿性等指標，也會對設(shè)備腐蝕產(chǎn)生作用，應(yīng)當(dāng)及時加以控制、排除安全隱患。

5. 結(jié)束語

通過上述分析，筆者分析了硫磺回收裝置中存在的腐蝕類型，如高溫硫腐蝕、應(yīng)力腐蝕、露點腐蝕等，并對成因和形態(tài)進行了分析。針對這些成因、特點各不相同的腐蝕類型，應(yīng)當(dāng)持續(xù)改進設(shè)備材質(zhì)、慎選脫硫溶劑，嚴格按照操作手冊要求，合理控制工藝參數(shù)，不斷強化對設(shè)備的維護和保養(yǎng)，對回收裝置中的設(shè)備腐蝕情況進行動態(tài)監(jiān)測。

參考文獻

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