殼牌煤氣化裝置的常見腐蝕及策略

夏多亮

（同煤廣發(fā)化學(xué)工業(yè)有限公司,山西 大同 037000）

引 言

就目前我國煤炭市場的現(xiàn)狀來看,使用最多的煤氣化裝置是殼牌煤氣化裝置,所以針對殼牌煤氣化裝置進(jìn)行研究,對于整個(gè)煤炭市場中的企業(yè)而言,都具有重要的意義。隨著殼牌煤氣化裝置使用率的提升和普及度的提高,殼牌煤氣化裝置的使用問題逐漸暴露出來,尤其是腐蝕問題的產(chǎn)生,需要我們予以關(guān)注和重視［1］。

1 殼牌煤氣化裝置工藝概述

1.1 殼牌煤氣化裝置工藝主要流程

殼牌煤氣化裝置的主要構(gòu)成包括氣化爐、合成氣冷卻器、廢熱鍋爐、激冷管、輸氣管等。在殼牌煤氣化裝置運(yùn)行當(dāng)中,需要先將碎煤磨成煤粉,然后進(jìn)行干燥和加壓處理,將其輸送到氣化爐當(dāng)中,與氧氣及水蒸氣的混合物反應(yīng),發(fā)生部分氧化反應(yīng),同時(shí)將氣化的壓力保持在3MPa～4.1MPa,溫度保持在1 400℃～1 600℃。經(jīng)過高溫處理之后,氣體在激冷氣入口與激冷循環(huán)氣混合,被冷卻到900℃,然后通過輸氣管被送到合成氣冷卻器中,之后經(jīng)過回收、除塵和洗滌,合成甲醇、氨等產(chǎn)品。其他熔渣會(huì)排泄到氣化爐的底部,經(jīng)過淬冷形成微小玻璃顆粒,通過除渣系統(tǒng)清除。

1.2 殼牌煤氣化裝置工藝主要特點(diǎn)

氣化爐的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,一般情況下,氣化爐、輸氣管、合成氣冷卻器三個(gè)部分都是連接成為一個(gè)整體的,而在激冷段、輸氣管、合成氣冷卻器上共計(jì)裝有58個(gè)敲擊器,由于需要?jiǎng)屿o結(jié)合,因此使其密封存在較大的難度。在煤氣化裝置中,存在著較多的疲勞設(shè)備,所以管理難度相對較大,同時(shí)在氣化裝置中,其儀表點(diǎn)、復(fù)雜邏輯和控制回路較多,使得儀表管理以及工藝控制的難度大大增加。最后,粗煤氣的成分較為復(fù)雜,而且粗煤氣是濕氣,所以又增加了腐蝕和泄漏的概率［2－3］。

2 激冷氣壓縮機(jī)的腐蝕及策略

2.1 激冷氣壓縮機(jī)的腐蝕原因

針對激冷氣壓縮機(jī)的腐蝕問題,需要通過檢驗(yàn)的方式對其產(chǎn)生原因進(jìn)行深入剖析。調(diào)查人員對激冷氣壓縮機(jī)中的腐蝕物進(jìn)行了化學(xué)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)其中的腐蝕化學(xué)物主要成分是FeS,其次是硫化物、氯化銨結(jié)晶物、鐵碳酸鹽。通過對這些腐蝕化學(xué)成分的進(jìn)一步分析,找到了激冷氣壓縮機(jī)出現(xiàn)腐蝕問題的根本原因。一方面,殼牌煤氣化裝置中所使用的原料煤有氯、硫等化學(xué)元素,在高溫合成的作用下,就會(huì)產(chǎn)生 H2S、NH4Cl、HCL、H2CO3等各類腐蝕物質(zhì)。此后,經(jīng)過一系列的循環(huán)輸送,就會(huì)對激冷氣壓縮機(jī)產(chǎn)生直接的腐蝕。其次,如果在入口的地方采用了濕法、干洗除塵的方式進(jìn)行洗滌,就會(huì)產(chǎn)生兩股冷熱氣體,而冷熱氣體混合之后,溫度在200℃以下,就會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),導(dǎo)致氯化銨發(fā)生露點(diǎn)腐蝕；再次,在停車或開車的狀態(tài)下,激冷氣壓縮機(jī)的溫度驟降會(huì)導(dǎo)致水蒸氣冷凝,進(jìn)而出現(xiàn)局部液相環(huán)境。這給腐蝕的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件,提供了產(chǎn)生腐蝕的可能。第四,如果在激冷氣壓縮機(jī)使用過程中碳鋼、不銹鋼等材質(zhì)的材料使用過多,例如在入口處的緩沖罐中用到了316L材質(zhì),由于不銹鋼對氯離子十分敏感,因此其極易產(chǎn)生氯化物的點(diǎn)腐蝕或者晶間腐蝕。在此情況下,一旦進(jìn)入到水環(huán)境中,就會(huì)合成CO,產(chǎn)生碳酸物質(zhì),對激冷氣壓縮機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕,損壞煤氣化裝置,或者造成管道堵塞,嚴(yán)重時(shí)就會(huì)直接導(dǎo)致煤氣化裝置故障,引發(fā)安全事故。

2.2 激冷氣壓縮機(jī)的腐蝕應(yīng)對策略

就目前的研究情況來看,針對激冷氣壓縮機(jī)腐蝕問題的解決措施仍然還在不斷探索和完善的過程當(dāng)中,當(dāng)前已有的應(yīng)對策略主要有以下幾種。第一,采用更加優(yōu)質(zhì)的材料。就目前市場上所售的材料來看,825材料是一種不錯(cuò)的選擇。這種材料在應(yīng)對腐蝕問題方面具有較好的性能。但是另一方面,采用825材料的成本也會(huì)相應(yīng)提高,并且在制作工藝、焊接等方面也有發(fā)生改動(dòng)。所以,具體采用哪種材料,采用多少,還需要根據(jù)實(shí)際情況綜合考慮。目前用到最多的方案是碳鋼材料與825復(fù)合管結(jié)合運(yùn)用。第二,在除霧器的絲網(wǎng)上采用825材料。第三,對煤氣化裝置或者激冷氣壓縮機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),試圖通過設(shè)計(jì)和操作上的改良來防范腐蝕問題的產(chǎn)生,比如對入口溫度進(jìn)行控制,使其保持在200℃以上,從而避免激冷氣壓縮機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。另外,還可以對進(jìn)口管線伴熱保溫,防止管線當(dāng)中的液相析出。最后,在停車部位,可以適當(dāng)增加吹掃的次數(shù)和時(shí)間,從而對激冷氣壓縮機(jī)中的積水進(jìn)行更為充分的排除,保持環(huán)境干爽,有效降低腐蝕產(chǎn)生的可能性,同時(shí)還能夠最大限度地延長激冷氣壓縮機(jī)的使用壽命。

3 合成氣在洗滌之時(shí)出現(xiàn)腐蝕的策略

3.1 合成氣在洗滌之時(shí)出現(xiàn)腐蝕的原因

在殼牌煤氣化裝置當(dāng)中,濕法洗滌是非常重要的一道工序,同時(shí)也是設(shè)備是否能夠正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在,是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。但是經(jīng)過大量的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn),如今企業(yè)當(dāng)中所用到的殼牌煤氣化裝置,普遍存在洗滌腐蝕的問題,而且影響到了后續(xù)裝置運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性,部分殼牌煤氣化裝置因?yàn)橄礈旄g的問題已經(jīng)停止生產(chǎn)進(jìn)入檢修狀態(tài)。由此可以看出,在洗滌過程中發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象也是殼牌煤氣化裝置中常見且亟待解決的問題。研究發(fā)現(xiàn),洗滌塔大多是被堿腐蝕或者氯化物的結(jié)晶所腐蝕的,并且由于這些原因所形成的腐蝕無法通過物理方法進(jìn)行解決。目前很多企業(yè)都通過低壓蒸汽的方式進(jìn)行污垢的清除。但是從本質(zhì)上來看,堿垢的出現(xiàn)幾乎都是因?yàn)镹aOH堿溶液過多而造成的,進(jìn)而致使碳鋼受到電化反應(yīng)而遭受腐蝕。由此一來,就在洗滌器當(dāng)中留下了結(jié)垢,影響到洗滌器的洗滌性能。事實(shí)上,如果堿量沒有把握好,在高溫環(huán)境當(dāng)中,碳鋼就會(huì)產(chǎn)生堿脆現(xiàn)象。不僅如此,在煤氣化裝置運(yùn)行狀態(tài)中,洗滌塔底部以及管道的豎直段、水平段彎頭焊口處還會(huì)出現(xiàn)泄漏的現(xiàn)象。雖然泄漏難以通過肉眼直接觀察到,但是久而久之會(huì)在小孔的周圍出現(xiàn)晶體狀物質(zhì),即氯離子的晶間腐蝕。

3.2 合理控制堿量

針對合成氣在洗滌之時(shí)出現(xiàn)腐蝕的問題,目前已得到應(yīng)用的策略主要有以下幾種。第一,控制堿量。當(dāng)前對堿量的控制主要通過采用抗堿腐蝕的計(jì)量器進(jìn)行量的精確把握,從而確保堿液不會(huì)添加過多,預(yù)防堿垢現(xiàn)象的發(fā)生。另外,在開停時(shí),要在增加N2加熱次數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行洗滌塔的吹掃,同時(shí)加強(qiáng)吹掃的次數(shù)和力度。不僅如此,在日常工作當(dāng)中,還需要安排專門的時(shí)間對管道中的腐蝕物進(jìn)行定期清理,確保設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的良好。

3.3 合理控制工藝

其次,還需要重視對循環(huán)水的pH值的控制和把握,最好是將pH值保持在6.5～8.0的范圍之內(nèi),避免氯化物腐蝕問題的發(fā)生。而且在滿足工藝條件的前提下,可以采用防腐蝕的緩蝕劑,通過對緩蝕劑的利用來減緩腐蝕發(fā)生的速度,從而增強(qiáng)對腐蝕的抵抗能力。此外,還需要重視對各項(xiàng)工藝指標(biāo)的把握和控制,根據(jù)實(shí)際情況采取最優(yōu)質(zhì)的材料和設(shè)備工具,最好是使用低碳鋼,從而有效預(yù)防氯化物的晶間腐蝕。

4 結(jié)語

殼牌煤氣化裝置中常見的腐蝕問題主要是激冷氣壓縮機(jī)的腐蝕現(xiàn)象以及合成氣在洗滌之時(shí)出現(xiàn)的腐蝕問題。本文在介紹了殼牌煤氣化裝置主要工藝流程及特點(diǎn)的基礎(chǔ)之上,針對這兩種腐蝕問題分別進(jìn)行了原因剖析和策略探討,希望能夠在為讀者提供幫助的同時(shí)也為我國殼牌煤氣化裝置更科學(xué)的使用獻(xiàn)言獻(xiàn)策。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 郭振東,王方亮.殼牌煤氣化制氫變換裝置開車運(yùn)行分析［J］.廣州化工,2013,41（15）：211－212,291.

［2］ 朵貴平.殼牌煤氣化關(guān)鍵設(shè)備淺析［J］.城市建設(shè)理論研究（電子版）,2013（35）：77.

［3］ 盧乙試.煤氣和工藝?yán)淠褐新然瘹涞臏y定［J］.河南化工,2012（10）：49－50.