WSA濕法制酸裝置硫酸罐防腐蝕

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266010)

20世紀(jì)80年代初,丹麥托普索公司開(kāi)發(fā)了WSA(Wet Gas Sulphuric Acid)濕法制酸工藝。該工藝可以用質(zhì)量分?jǐn)?shù)低至0.05%的SO2廢氣生成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為94%～98%的硫酸，硫回收率達(dá)99%。WSA濕法制酸工藝流程為：酸氣的燃燒、投加氨、DeNOx工藝、SO2的氧化和隨后的冷卻、酸冷凝、濃縮和再冷卻[1]。WSA濕法制酸工藝簡(jiǎn)單,投資小、能耗低，回收蒸汽量大，沒(méi)有廢酸及其他廢液外排，尾氣不必處理即可達(dá)到環(huán)保要求，是目前世界上較為先進(jìn)成熟的一種濕法制酸工藝。鑒于以上優(yōu)勢(shì)，近幾年WSA濕法制酸裝置在煉油廠使用日趨廣泛。裝置中主要介質(zhì)為酸性氣、濃硫酸且操作工況復(fù)雜，防腐蝕是保證整個(gè)裝置順利運(yùn)行的首要問(wèn)題，需對(duì)裝置中每臺(tái)設(shè)備制定防腐蝕方案。

該文介紹了某煉油廠50 kt/a的WSA濕法制酸裝置中的硫酸罐防腐蝕技術(shù)方案。此裝置已開(kāi)車(chē)成功1次，且已正常運(yùn)行近2 a。

1 濃硫酸對(duì)碳鋼的腐蝕

濃硫酸指質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于70%的硫酸溶液。硫酸在濃度高時(shí)具有強(qiáng)氧化性，濃硫酸對(duì)碳鋼的腐蝕是典型的電化學(xué)腐蝕，具有以下特征：

(1)在一定溫度下，濃硫酸對(duì)碳鋼的腐蝕速率隨濃度的升高急劇下降(發(fā)生了鈍化反應(yīng))。

(2)同一濃度的硫酸，隨著溫度的升高腐蝕性增強(qiáng)，這主要是因?yàn)闇囟壬呒铀倭岁帢O和陽(yáng)極反應(yīng)的發(fā)生，從而加速了硫酸對(duì)金屬的腐蝕[2]。

(3)濃硫酸的流速及流動(dòng)狀態(tài)易加快鈍化膜的破壞，鈍化膜一旦破壞則加速硫酸對(duì)碳鋼的腐蝕，流速超過(guò)0.67 m/s會(huì)引起湍流腐蝕。

2 硫酸罐的防腐蝕

硫酸罐位于WSA冷凝器底部出口管線(xiàn)上，用于酸冷凝,見(jiàn)圖1。硫酸罐中介質(zhì)為濃硫酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97%～98%)，溫度為120 ℃至常溫且變化范圍大。脫離WSA冷凝器的熱濃硫酸溫度為硫酸的露點(diǎn)溫度(大約210 ℃)，經(jīng)過(guò)管線(xiàn)冷卻，熱濃硫酸進(jìn)入硫酸罐的溫度大約為120 ℃。熱濃硫酸在硫酸罐中與冷的循環(huán)硫酸混合，從而降低溫度，避免超出設(shè)備的設(shè)計(jì)溫度。硫酸通過(guò)酸泵在硫酸罐中循環(huán)冷卻到70 ℃，然后經(jīng)板式酸冷卻器冷卻到40 ℃。

2.1 硫酸罐設(shè)計(jì)條件

介質(zhì)：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97%～98%的硫酸；介質(zhì)特性：強(qiáng)腐蝕性濃硫酸；設(shè)計(jì)壓力(內(nèi)部)(Pd)：常壓；設(shè)計(jì)溫度(Td)：120 ℃；操作壓力(內(nèi)壓)(Po)：常壓；操作溫度：70 ℃；結(jié)構(gòu)型式見(jiàn)圖2。

圖1 WSA濕法制酸流程

圖2 硫酸罐結(jié)構(gòu)

2.2 硫酸罐選材

在常溫濃硫酸中，碳鋼是適用的，也是應(yīng)用最廣泛的[3]。但該硫酸罐的操作溫度為70 ℃，且入口處硫酸的流動(dòng)速度超過(guò)0.67 m/s,腐蝕情況比較嚴(yán)重，只用碳鋼無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)備的防腐蝕。某濕法制酸裝置中硫酸罐只用碳鋼，結(jié)果腐蝕嚴(yán)重，使用不到一個(gè)月就發(fā)生腐蝕泄漏(見(jiàn)圖3)，因此硫酸罐需增加內(nèi)襯或者防腐蝕涂層。由于內(nèi)襯使用壽命比涂層短且容易老化，該硫酸罐采用碳鋼+內(nèi)表面噴涂防腐蝕涂層，硫酸入口增加襯墊的防腐蝕方案。

碳鋼材料選用Q235B,厚度為8 mm，通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算可滿(mǎn)足設(shè)備需求。涂層材料采用噴涂ECTFE(乙烯和三氟氯乙烯1∶1的交替共聚物)，厚度為800 μm，見(jiàn)圖4。ECTFE有很好的熱塑加工性能、耐熱性(分解溫度350 ℃)、耐化學(xué)品性及耐候性。ECTFE韌性好、硬度高，且與聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯及六氟丙烯(FEP)相比有更好的耐磨損和耐腐蝕性能[4]。硫酸入口接管及法蘭端面增加襯墊，襯墊采用PTFE，厚度為7 mm。PTFE是目前最常用的耐酸腐蝕性能較好的材料之一。常溫至250 ℃,PTFE幾乎不能被任何化學(xué)品侵蝕[5]。硫酸罐液位計(jì)口為可拆卸的雙法蘭套管式液位計(jì)接管，接管規(guī)格為DN25，內(nèi)伸接管長(zhǎng)度約為2 m。由于管徑小，噴涂ECTFE工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)。液位計(jì)接管采用內(nèi)外襯PTFE。為避免接管端部腐蝕，襯層需把接管端面包住，襯層上部覆蓋液位計(jì)口的法蘭端面，詳見(jiàn)圖5及圖6。

圖3 腐蝕泄漏的硫酸罐

3 涂層質(zhì)量控制

防腐蝕涂層的質(zhì)量直接決定防腐蝕的效果，從而影響硫酸罐的使用壽命。為保證噴涂涂層質(zhì)量，噴涂前設(shè)備基材需做打磨、除銹處理，噴涂后涂層需做檢測(cè)。

圖4 噴涂ECTFE后的硫酸罐

圖5 液位計(jì)接管襯PTFE

圖6 液位計(jì)接管端部

3.1 噴涂前設(shè)備處理

在設(shè)備襯里和噴涂前,金屬表面應(yīng)進(jìn)行除銹處理，達(dá)到GB/T 8923.1—2011《涂覆涂料前鋼材表面處理》Sa2.5級(jí)要求。焊渣、飛濺物應(yīng)予以徹底清除，結(jié)構(gòu)棱角處和角焊縫必須圓滑過(guò)渡，其圓角半徑不小于5 mm;所有接管、手孔與筒體的角焊縫及筒體的對(duì)接焊縫應(yīng)保證全焊透;做襯里的接管與筒體內(nèi)壁處的焊接應(yīng)采用與設(shè)備內(nèi)壁切齊的焊接結(jié)構(gòu)，且該焊縫應(yīng)圓滑平整；接管端部需倒圓角，圓角半徑至少3 mm。設(shè)備在噴涂之前，需將管線(xiàn)支撐;墊板及其連接件、吊耳、銘牌托架及內(nèi)件等應(yīng)先焊好，噴涂以后嚴(yán)禁在鋼殼或焊好的墊板上動(dòng)火施焊，禁止一切會(huì)損傷涂層的操作。

3.2 噴涂后質(zhì)量檢測(cè)

涂層和襯里層的貼襯表面必須光滑平整，不得有大于1 mm的凹凸。涂層鋼殼和襯里鋼殼焊縫表面應(yīng)均勻平整，不得有裂紋、氣孔、焊瘤、夾渣及弧坑等缺陷，焊縫余高小于或等于1 mm。設(shè)備襯里和噴涂完成后的襯層及涂層表面不能有分層、裂紋和影響強(qiáng)度的褶皺等缺陷，襯層和涂層內(nèi)不得有氣泡、裂口。用電火花檢漏器檢查襯層質(zhì)量，以不發(fā)生電火花為合格。設(shè)備所有內(nèi)表面噴涂ECTFE完成后，應(yīng)進(jìn)行煤油滲漏檢驗(yàn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

WSA濕法制酸裝置中硫酸罐屬于濃硫酸的換熱設(shè)備，罐內(nèi)操作溫度高、濃硫酸入口處流速快，存在湍流腐蝕。設(shè)備材料只采用碳鋼不能滿(mǎn)足防腐蝕要求。該硫酸罐防腐蝕采用碳鋼(Q235B)+內(nèi)表面噴涂ECTFE防腐蝕涂層，硫酸入口接管增加PTFE襯墊的防腐蝕方案。為保證噴涂涂層質(zhì)量，噴涂前設(shè)備基材需做打磨、除銹處理，噴涂后涂層需做檢測(cè)。該硫酸罐已應(yīng)用于某煉油廠50 kt/a的WSA濕法制酸裝置。該罐正常運(yùn)行時(shí)間已近2 a，防腐蝕效果良好，未出現(xiàn)腐蝕泄漏。