試驗(yàn)研究堿渣液體脫硫劑在管道中的腐蝕結(jié)疤情況

(唐山三友化工股份有限公司，河北唐山 063305)

氨堿法純堿生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的堿渣廢液，其處理方式為在渣場(chǎng)沉淀，上清液經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放，固體在渣場(chǎng)堆存。隨著時(shí)間推移，堿渣越來越多，渣場(chǎng)庫容越來越小，為減少堿渣廢液排放，減少渣場(chǎng)庫容壓力，我公司于2014年底成功地利用堿渣廢液研發(fā)出液體脫硫劑，即用純堿生產(chǎn)的堿渣廢液，經(jīng)過除砂、稠厚、降氯等一系列工藝處理，制得主要成分為碳酸鈣、氫氧化鎂及氫氧化鈣等堿性物質(zhì)的液體脫硫劑，并輸送到熱電公司用于煙氣脫硫，脫硫效果良好。熱電公司雖滿負(fù)荷生產(chǎn)狀況下脫硫全部利用我公司生產(chǎn)的脫硫劑，但其所利用的堿渣廢液量占總排放量也不足20%，若將液體脫硫劑推廣到周邊電廠或有這種需求的企業(yè)，將會(huì)有效解決我公司堿渣堆存及渣場(chǎng)庫容問題。因此，試驗(yàn)研究液體脫硫劑在金屬管道內(nèi)的腐蝕結(jié)疤情況，為長(zhǎng)距離輸送提供依據(jù)。

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堿渣液體脫硫劑為一種懸浮液，易沉降、黏度較大。主要成分是CaCO3、Ca(OH)2、Mg(OH)2和CaSO4·2H2O等，有效成分主要為CaCO3、Ca(OH)2、Mg(OH)2，pH值約為11,其中堿性物質(zhì)(以碳酸鈣計(jì))≥80 g/L， Cl-≤3%，沉降體積≥20%，等效碳酸鈣≥7.5%，固含量≥90 g/L，固體顆粒(1 mm 篩余物)≤0.02%，通過查定黏度在40～50 ℃為4.0～4.5 mPa·s。進(jìn)行堿渣液體脫硫劑腐蝕及結(jié)疤試驗(yàn)研究，為堿渣液體脫硫劑長(zhǎng)距離輸送材質(zhì)選擇及設(shè)計(jì)參數(shù)的確定提供依據(jù)及借鑒。本試驗(yàn)擬解決以下幾方面的問題：

1)試驗(yàn)堿性條件下脫硫劑中所含Cl-對(duì)管線的腐蝕。

2)長(zhǎng)距離輸送管線結(jié)疤情況分析，研究其中所含碳酸鈣、硫酸鈣在管線中是否會(huì)結(jié)疤。

3)脫硫劑對(duì)管線的沖刷磨損情況。

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)裝置

根據(jù)物料特性，設(shè)計(jì)小型管式換熱器，換熱器管程走脫硫劑，殼程走0.5 MPa蒸汽，使脫硫劑溫度保持在45 ℃左右，換熱器蒸汽側(cè)加裝經(jīng)校定后的就地壓力表；經(jīng)熱量衡算，設(shè)計(jì)出換熱器管程總長(zhǎng)度L=1.14/(3.14×0.032)=12 m；盤管直徑0.4 m，盤管約10圈；殼程蒸汽流量87 m3/h；殼程進(jìn)汽管徑φ38×3，蒸汽流速28 m/s；安裝換熱器時(shí)，蒸汽上進(jìn)下出，冷凝水排放要通暢，脫硫劑下進(jìn)上出。為更好模擬生產(chǎn)，出換熱器后脫硫劑管線長(zhǎng)度不能低于20 m。

2.2 試驗(yàn)流程

從脫硫劑泵出口接出DN25管線(利用泵出口的放液管線)，將脫硫劑引入換熱器，換熱器出口管線上加裝溫度計(jì)，選取兩段DN25、長(zhǎng)度1 m 、重量在4 kg、20#無縫鋼管做為試驗(yàn)管段(要求試驗(yàn)管段內(nèi)外壁光滑、無砂眼，并精確稱重、測(cè)量，稱量精度在1 g)，將試驗(yàn)管段接在換熱器出口脫硫劑管線上不同位置，45 ℃左右的脫硫劑經(jīng)過試驗(yàn)管段后，再引入脫硫劑貯槽，要求脫硫劑管線及蒸汽管線做好保溫，換熱后蒸汽則引入地溝。

2.3 試驗(yàn)要求

為減少空氣中氧離子對(duì)試驗(yàn)影響，更好模擬生產(chǎn)，出換熱器后脫硫劑管線長(zhǎng)度不能低于20 m。試驗(yàn)過程中，要求控制脫硫劑流量在2.5 m3/h，流速在1.4 m/s左右，溫度控制在40～45 ℃，保證連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，并做好記錄，注意觀察脫硫劑出液溫度，根據(jù)出液溫度調(diào)整蒸汽流量，運(yùn)行一段時(shí)間查看管段結(jié)疤及腐蝕情況。

圖1 工藝流程圖

2.4 試驗(yàn)過程:試驗(yàn)按照拆檢時(shí)間可歸納為三個(gè)階段

2.4.1 第一階段

2016年2月24日至7月1日，因公司系統(tǒng)大修停止運(yùn)行3天。期間脫硫劑流量有所降低，脫硫劑管線停止送脫硫劑，然后用水沖洗該管線，后脫硫劑恢復(fù)輸送，沖洗后脫硫劑流量無變化。說明經(jīng)過4個(gè)月運(yùn)行，管線內(nèi)基本沒有軟掛壁現(xiàn)象。

2.4.2 第二階段

系統(tǒng)檢修后試驗(yàn)裝置重新運(yùn)行，脫硫劑流量基本控制在2～2.3 m3/h，8月2日至11月18日運(yùn)行平穩(wěn)，流量在2～2.3 m3/h，個(gè)別時(shí)段因熱電用量低，流量在1.5～1.9 m3/h運(yùn)行，用蒸汽壓力控制溫度，壓力基本在0.06 MPa左右。11月19日至12月7日因氣溫降低，蒸汽壓力調(diào)整到0.1 MPa左右，流量基本在2.0～2.5 m3/h。

2.4.3 第三階段

12月8日后脫硫劑溫度控制在40～43 ℃之間，流量1.9～2.3 m3/h，個(gè)別時(shí)段流量在1.5～1.9 m3/h之間。2017年1月10日停下試驗(yàn)裝置，將試驗(yàn)管段拆檢。經(jīng)對(duì)試驗(yàn)管段結(jié)疤及腐蝕情況檢查完畢后，將試驗(yàn)管段重新安裝在試驗(yàn)裝置上，繼續(xù)運(yùn)行，以觀察長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行對(duì)其影響。

2.5 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)裝置自投用運(yùn)行16個(gè)月內(nèi)共有3次拆檢，非停運(yùn)期間運(yùn)行狀態(tài)一直平穩(wěn)，脫硫劑溫度基本控制在40～45 ℃，流量在2.0～2.5 m3/h之間，隨著運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，脫硫劑流量沒有呈逐步下降趨勢(shì)，其流量變化主要與熱電公司脫硫劑用量關(guān)系較大。從試驗(yàn)管段拆檢看，軟掛壁現(xiàn)象不明顯，很容易用水沖凈，但管內(nèi)壁有薄薄一層硬結(jié)疤，約1 mm厚，沒有發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕情況，兩根試驗(yàn)管段之間也沒有明顯區(qū)別。

在實(shí)驗(yàn)室采用動(dòng)力黏度測(cè)量法進(jìn)行了液體脫硫劑不同稠厚度下黏度的測(cè)量，數(shù)據(jù)見表1。

表1 脫硫劑旋轉(zhuǎn)黏度mPa×s

3 試驗(yàn)結(jié)論

1)通過該試驗(yàn)裝置十幾個(gè)月運(yùn)行觀察，在堿性條件下液體脫硫劑對(duì)碳鋼管線腐蝕非常緩慢，說明堿渣液體脫硫劑對(duì)碳鋼材質(zhì)腐蝕性較小，所以輸送管線可選用碳鋼材質(zhì)。分析為碳鋼在含氯環(huán)境中銹層主要是FeOOH(氫氧化氧鐵)和 Fe3O4，但其晶體生長(zhǎng)速度快，顆粒大，結(jié)構(gòu)疏松易脫落，銹層沒有保護(hù)作用，腐蝕速度較穩(wěn)定。且我公司制得的液體脫硫劑中所含Cl-低，對(duì)管線無明顯腐蝕。

2)從管段、接頭、彎管等拆檢看，在運(yùn)行六個(gè)月時(shí)間管內(nèi)壁附有薄薄一層硬疤。分析為，堿渣廢液中含飽和硫酸鈣，經(jīng)洗滌等制得的脫硫劑中硫酸鈣飽和度被破壞，其中所含的固體硫酸鈣沉積，但是在正常生產(chǎn)中，并不會(huì)結(jié)疤堵塞管線影響運(yùn)輸。如遇長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)，可沖洗后再開車。

3)脫硫劑固含量≥90 g/L，固體顆粒(1 mm 篩余物)≤0.02%，在流速1.4 m/s或偶有稍高于該流速下，管線不會(huì)出現(xiàn)沖刷腐蝕等現(xiàn)象。

4)液體脫硫劑長(zhǎng)距離輸送過程阻力會(huì)增加，根據(jù)黏度數(shù)據(jù)分析，在45 ℃時(shí)黏度最小，但隨溫度變化不大，所以運(yùn)輸管線需進(jìn)行管道保溫。同時(shí)在保證設(shè)備和管線安全的前提下，需通過對(duì)加壓泵及輸送管道合理選型設(shè)計(jì)和運(yùn)行方法的調(diào)節(jié)，減少從廠區(qū)至使用單位中間加壓泵站的設(shè)置，盡量降低投資和運(yùn)行成本。