鋼骨架支撐復(fù)合管在煙氣氨法脫硫中的運(yùn)用

陳乾榮 易繼斌 周輝 王貴鮮

(貴州赤天化桐梓化工有限公司貴州桐梓563200)

鋼骨架支撐復(fù)合管在煙氣氨法脫硫中的運(yùn)用

陳乾榮 易繼斌 周輝 王貴鮮

(貴州赤天化桐梓化工有限公司貴州桐梓563200)

貴州赤天化桐梓化工有限公司鍋爐煙氣脫硫采用液氨吸收煙氣中的SO2、然后生產(chǎn)硫酸銨的氨法脫硫工藝。按照三爐一塔設(shè)計(jì)，鍋爐為煤粉爐(2用1備)，設(shè)計(jì)單臺鍋爐蒸發(fā)量在220 t/h，排煙溫度控制在130～160℃，進(jìn)入脫硫塔的煙氣量約為500 000 m3/h，入塔氣中SO2質(zhì)量濃度為6 000～9 000 mg/m3(標(biāo)態(tài))。氨法脫硫裝置主要包括煙氣系統(tǒng)、吸收循環(huán)系統(tǒng)、氧化空氣系統(tǒng)和后續(xù)出料包裝系統(tǒng)。

1 工藝流程

煙氣氨法脫硫工藝流程如圖1所示。

圖1 煙氣氨法脫硫工藝流程

煙氣首先進(jìn)入脫硫塔濃縮段進(jìn)行降溫，在降溫的同時(shí)不斷濃縮硫酸銨漿液，使煙氣溫度降至45～60℃后進(jìn)入吸收段。在吸收段，一級泵(A和B)將加氨小室反應(yīng)生成的(NH4)2SO3從吸收段上部噴淋下來，與煙氣逆流接觸吸收SO2;然后煙氣通過氧化段下層一級泵(C)噴淋出的(NH4)2SO4溶液對其洗滌，再經(jīng)脫硫塔上部除霧器去除其中液滴，然后進(jìn)入凈煙道隨煙囪排放。

液氨通過加氨小室進(jìn)入氧化段，與吸收段吸收煙氣中SO2后形成的(NH4)HSO3充分混合反應(yīng)，生成(NH4)2SO3，再由一級泵(A和B)升壓至吸收段吸收煙氣中的SO2。產(chǎn)生的亞硫酸銨通過氧化段底部進(jìn)入的氧化風(fēng)將其氧化成硫酸銨，再由一級泵(C)升壓后送至濃縮段濃縮，通過二級循環(huán)不斷蒸發(fā)形成含固量達(dá)20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))左右的硫酸銨漿液，再經(jīng)結(jié)晶泵送至后系統(tǒng)離心進(jìn)行分離和干燥包裝，制得硫酸銨產(chǎn)品。

2 二級循環(huán)存在的問題

二級泵進(jìn)、出口管及濃縮段回流管設(shè)計(jì)采用5 mm厚玻璃鋼管，管道投運(yùn)初期運(yùn)行情況較為良好。半年后，管道陸續(xù)出現(xiàn)滲漏，尤其是管道外彎頭處，對其修補(bǔ)后很快又出現(xiàn)滲漏。

二級噴淋管主管及其支管采用5 mm厚玻璃鋼管，內(nèi)襯3 mm碳化硅涂層;噴頭材質(zhì)為碳化硅，連接方式采用玻璃鋼直接包裹支管與噴頭。整個(gè)噴淋層采用玻璃纖維固定在支撐鋼梁上，并且在玻璃纖維外刷玻璃鋼硬化后固定。使用半年后，每次停車時(shí)均發(fā)現(xiàn)二級噴淋支管有不同程度的斷裂、主管泄漏和噴頭堵塞沖脫等情況。二級噴淋損壞直接影響了噴淋均勻性，間接造成結(jié)晶顆粒變小、出料困難，損壞處直接沖刷支撐鋼梁和塔壁，造成支撐鋼梁斷裂和塔壁穿孔。2012年脫硫裝置停運(yùn)統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 2012年脫硫裝置停運(yùn)統(tǒng)計(jì)

由表1可看出，因二級循環(huán)原因造成脫硫裝置停運(yùn)檢修次數(shù)占總停運(yùn)次數(shù)的60.0%，二級循環(huán)出現(xiàn)的此類問題已極大影響了脫硫裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行。另外，硫酸銨產(chǎn)品顆粒變細(xì)后，使離心機(jī)篩網(wǎng)磨損加大，導(dǎo)致出力降低、流化床干燥效果降低、蒸汽耗量增加以及維護(hù)成本不斷提高等不良后果，且管道、塔壁泄漏和二級支撐鋼梁斷裂都會給操作人員帶來較大安全隱患。

3 原因分析及改進(jìn)措施

3.1 原因分析

設(shè)計(jì)初期，考慮到二級循環(huán)輸送介質(zhì)為高腐蝕帶顆粒硫酸銨漿液(pH在2.0～3.5)，故采用環(huán)氧樹脂玻璃鋼管道輸送以解決管道腐蝕問題，二級噴淋管內(nèi)襯碳化硅涂層，使其在支管流速增加的情況下減少對管道的磨損。但運(yùn)行過程中，由于漿液溫度長期保持在50～60℃，一定程度上降低了環(huán)氧樹脂層的耐磨性。硫酸銨漿液顆粒含量越高，顆粒粒徑越大，對管壁沖刷磨損越嚴(yán)重，尤其是在結(jié)晶泵出口彎道處，受離心力作用的影響，對外彎側(cè)管壁沖刷非常嚴(yán)重，結(jié)晶泵出口彎管經(jīng)常穿孔泄漏;加之環(huán)氧樹脂在加工凝固過程中，不可避免出現(xiàn)微小氣泡，一旦顆粒將保護(hù)層磨掉后，漿液就會滲出玻璃鋼管而泄漏。

二級噴淋管未安裝膨脹節(jié)，無法抵消二級泵啟、停時(shí)因流量波動而造成的振動沖擊，管道晃動較大。另外，硫酸銨顆粒和塔壁脫落的玻璃鱗片防腐材料很容易堵塞噴頭，造成部分噴頭流量和流速增大，噴頭末端擺動增大。由于碳化硅層與環(huán)氧樹脂層粘連效果受硫酸銨漿液和外煙氣溫度差及2種材料傳熱性能的影響，使粘連度變?nèi)?，?dǎo)致二級噴淋管每運(yùn)行1個(gè)月左右就會出現(xiàn)噴頭脫落和堵塞、管道泄漏和斷裂等情況。斷裂后的噴淋管直接對著支撐鋼梁和塔壁防腐層沖刷，支撐鋼梁和塔壁玻璃鱗片防腐層很快被沖破，支撐鋼梁和塔壁碳鋼無法耐受腐蝕和沖刷很快斷裂和穿孔。

3.2 鋼骨架支撐復(fù)合管介紹及改進(jìn)措施

高密度鋼骨架支撐復(fù)合管是用高強(qiáng)度鋼絲網(wǎng)骨架和熱塑性塑料聚乙烯為原材料復(fù)合熱塑而成，鋼絲纏繞網(wǎng)作為聚乙烯塑料管的骨架增強(qiáng)體，以高密度聚乙烯為基體，采用高性能的改性黏結(jié)樹脂將鋼絲骨架與內(nèi)、外層高密度聚乙烯緊密地連接在一起，使之具有優(yōu)良的復(fù)合效果。因?yàn)橛辛烁邚?qiáng)度鋼絲增強(qiáng)體被包覆在連續(xù)熱塑性塑料之中，因此此種復(fù)合管克服了鋼管和塑料管各自的缺點(diǎn)，而又保持了鋼管和塑料管各自的優(yōu)點(diǎn)。

鋼絲網(wǎng)骨架聚乙烯復(fù)合管采用的管件是聚乙烯電熔管件。連接時(shí)，利用管件內(nèi)部發(fā)熱體將管材外層塑料與管件內(nèi)層塑料熔融，把管材與管件可靠地連接在一起。因?yàn)槠涮囟ǖ臋C(jī)構(gòu)方式使得鋼骨架支撐管具有抗蠕變性能好、持久的機(jī)械強(qiáng)度高、雙面防腐性及耐磨性能優(yōu)越、內(nèi)壁光滑不易結(jié)垢、管道阻力較小、耐沖擊力、尺寸穩(wěn)定性好、有適度的柔性等特點(diǎn)，適用于二級循環(huán)管。

3.3 改進(jìn)試驗(yàn)

由于結(jié)晶泵出口管彎頭經(jīng)常出現(xiàn)磨損泄漏，將其更換為鋼骨架復(fù)合管，采用法蘭連接玻璃鋼管。2012年起使用，通過1年的運(yùn)行，表現(xiàn)出其優(yōu)越性:原彎頭平均2月修補(bǔ)1次，改進(jìn)后1年內(nèi)無泄漏情況，大修時(shí)拆開檢查，管道表面依然光滑如初，管壁厚度無較大明顯減薄的情況，證明二級循環(huán)管道均可更換為鋼骨架支撐復(fù)合管。

4 改進(jìn)措施及效果

2013年初，氨法脫硫裝置大修，將二級泵進(jìn)口管、出口管及濃縮段回流管按照原尺寸更換為鋼骨架支撐復(fù)合管。2015年初，將原二級噴淋管全部更換為鋼骨架支撐復(fù)合管，噴頭與鋼骨架支撐復(fù)合管采用法蘭連接，并在連接后在外包裹玻璃布并刷好玻璃鋼隔離層，加固連接。

二級泵進(jìn)、出口管在使用2年以來，除2次因?yàn)楣艿肋B接螺栓松動而出現(xiàn)法蘭處泄漏外，其余部分未出現(xiàn)任何泄漏事故，在多次清理二級泵進(jìn)口濾網(wǎng)過程中，對其管道檢查，管道內(nèi)壁光滑、富有彈性，無明顯減薄情況。濃縮段回流管，由于增加了管道抗腐蝕橡膠膨脹節(jié)，消除了管道與循環(huán)槽之間的流量沖擊振動，循環(huán)槽進(jìn)口膨脹節(jié)振動降低，管道與循環(huán)槽再未出現(xiàn)拉傷進(jìn)料口防腐層、腐蝕盡管焊縫等問題。2015年3月，氨法脫硫裝置停運(yùn)檢查，二級噴淋管主管及支管無斷裂泄漏情況，噴頭未發(fā)現(xiàn)脫落等情況，耐溫效果好。塔壁和鋼梁在運(yùn)行2個(gè)多月中，未出現(xiàn)因噴淋管斷裂沖刷鋼梁和塔壁等情況，效果非常好。

鋼骨架支撐復(fù)合管由于其高密度的聚乙烯層徹底阻礙了低pH漿液中高濃度的Cl－，F(xiàn)e3+，F(xiàn)－等離子的滲透，鋼骨架優(yōu)越性無任何減弱。高密度聚乙烯層具有較強(qiáng)的彈性，當(dāng)硫酸銨結(jié)晶顆粒對其沖擊時(shí)，能反彈抵消其磨損力，使其在輸送硫酸銨漿液時(shí)的流體阻力稍大于玻璃鋼管道，改管時(shí)應(yīng)考慮流量損失的特性。另外，其優(yōu)越的耐溫效果好，脫硫塔內(nèi)溫度長期恒定在50～60℃，二級噴淋管完全能滿足其使用要求。經(jīng)試驗(yàn)，鋼骨架支撐復(fù)合管以其良好的優(yōu)越性能完全滿足氨法脫硫高腐蝕、高磨損及較高溫度的環(huán)境。

2015-03-25)