淺談煙氣露點(diǎn)腐蝕和材料熱應(yīng)力對廢熱鍋爐的雙重腐蝕

王林

摘要：中原大化集團(tuán)煤化工裝置采用美國殼牌公司的 shell 氣化爐加壓粉煤的方式生產(chǎn)粗煤氣。采用克勞斯脫硫法來處理通過低溫甲醇洗裝置后的含硫化氫的酸性氣體，同時(shí)副產(chǎn)硫磺產(chǎn)品。其中廢熱鍋爐是煤化工生產(chǎn)流程中的重要裝置。本文主要針對現(xiàn)場廢熱鍋爐的腐蝕情況，探究了煙氣露點(diǎn)腐蝕和材料熱應(yīng)力對廢熱鍋爐所造成的雙重腐蝕。切實(shí)提出了判斷廢熱鍋爐是否發(fā)生腐蝕或者爆管的方法。分別從工藝角度、設(shè)備角度以及目前生產(chǎn)運(yùn)行現(xiàn)狀出發(fā)，基于煙氣露點(diǎn)腐蝕和材料熱應(yīng)力這兩個(gè)因素，為防止廢熱鍋爐發(fā)生雙重腐蝕采取相對應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞：廢熱鍋爐；腐蝕；煙氣露點(diǎn)腐蝕；材料熱應(yīng)力

引言

中原大化集團(tuán)煤化工裝置年產(chǎn) 50 萬噸甲醇，采用美國殼牌公司的 shell 氣化爐加壓粉煤的方式生產(chǎn)粗煤氣。經(jīng)過變換和低溫甲醇洗裝置，生產(chǎn)出合適比例的合成氣供合成單元生產(chǎn)甲醇。本公司采用克勞斯脫硫法來處理通過低溫甲醇洗裝置后的含硫化氫的酸性氣體，同時(shí)副產(chǎn)硫磺產(chǎn)品。由于此方法采用部分燃燒的方式，在焚燒爐后需加一個(gè)廢熱鍋爐來使燃燒后的過程氣由 1000℃冷卻至 200℃左右，以滿足后續(xù)工序的生產(chǎn)要求。由此可見廢熱鍋爐是整個(gè)流程中占據(jù)著極其重要的分量。它既可以作為高溫過程氣的冷卻器，也可以為脫硫裝置來提供蒸汽。但是在實(shí)際化工生產(chǎn)過程中，常會因?yàn)槎喾N原因?qū)е聫U熱鍋爐出現(xiàn)腐蝕、泄漏、爆管等現(xiàn)象，大大降低了廢熱鍋爐的工作效率，甚至?xí){到生產(chǎn)的安全、環(huán)保、高效進(jìn)行。廢熱鍋爐的腐蝕是一個(gè)不可小覷的必須認(rèn)真對待急需解決的難題。在此筆者針對現(xiàn)場廢熱鍋爐的腐蝕現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研，提出了兩種可能的腐蝕方式，對二者共同作用下對鍋爐的雙重腐蝕做了探究，并相應(yīng)提出了解決方案。對解決方案的效果進(jìn)行了追蹤，分析了周期為 150 天的廢熱鍋爐的運(yùn)行效果，對可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行了預(yù)估和判斷。

1. 工藝介紹及現(xiàn)場腐蝕調(diào)研

1.1 工藝介紹

克勞斯脫硫法是將低溫甲醇洗單元送過來的含 20%左右硫化氫的酸性氣體送至硫回收單元，其中約占總氣量三分之一的酸性氣體在焚燒爐內(nèi)進(jìn)行燃燒。焚燒后氣體經(jīng)過廢熱鍋爐降溫冷卻到 200℃左右， 和未焚燒的氣體混合進(jìn)入到克勞斯脫硫轉(zhuǎn)化爐內(nèi)反應(yīng)生產(chǎn)硫磺，大部分的硫化氫與燃燒后產(chǎn)生的二氧化硫反應(yīng)生成硫磺產(chǎn)品，同時(shí)尾氣中基本不含硫化氫和二氧化硫。

該工藝流程簡單，操作方便便捷，具有極高的處理效果，處理完后的氣體基本不含有硫化氫和二氧化硫，符合國家要求標(biāo)準(zhǔn)。在工藝流程中，沒有腐蝕性液體出現(xiàn)，安全性能極高。將其對比于濕法脫硫相比，具有更高的安全性能。濕法脫硫焚燒后尾氣中的二氧化硫需要用硫酸來吸收，具有強(qiáng)腐蝕性。克勞斯脫硫法的造價(jià)低，設(shè)備簡單（碳鋼或不銹鋼即可）。而濕法脫硫的設(shè)備要求較高，需要用造價(jià)較高的玻璃鋼。宗其優(yōu)點(diǎn)，克勞斯脫硫法在生產(chǎn)中具有較高的利用率。而作在工藝中起到重要作用的廢熱鍋爐，一旦腐蝕，產(chǎn)生的不良影響是無法估量的。

1.2 現(xiàn)場腐蝕調(diào)研

通過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，廢熱鍋爐腐蝕一般發(fā)生在低溫側(cè)。由于溫度較低，容易產(chǎn)生低溫露點(diǎn)腐蝕現(xiàn)象，表現(xiàn)為廢熱鍋爐出口過程氣溫度逐漸降低，廢熱鍋爐低溫側(cè)導(dǎo)淋打開有凝結(jié)水持續(xù)排出，上水量增大。如果廢熱鍋爐出口溫度下降過快，則有可能發(fā)生爆管現(xiàn)象，低溫側(cè)導(dǎo)淋有大量水排出。

2. 引起廢熱鍋爐腐蝕的假設(shè)

2.1 煙氣露點(diǎn)腐蝕

煙氣露點(diǎn)腐蝕通常發(fā)生在廢熱鍋爐的低溫側(cè)管板處[1]。在焚燒爐內(nèi)原料中的氫和氧氣結(jié)合生成水，大部分以霧化的形式存在。煙氣中的硫與氧氣結(jié)合生成二氧化硫，少量的二氧化硫又會與氧氣反正生成三氧化硫[2]。三氧化硫與煙氣中霧化的水蒸氣結(jié)合形成硫酸酸霧[3]。含 有硫酸的酸霧會使煙氣的露點(diǎn)溫度大為升高。當(dāng)?shù)蜏貍?cè)溫度達(dá)到硫酸酸霧的露點(diǎn)時(shí)，就會在管板處凝結(jié)成小液滴附著在管板上。隨著長期的積累，將會在管板處發(fā)生腐蝕。由于煙氣露點(diǎn)腐蝕是小液滴對管板的腐蝕，一般會呈針眼狀的小砂眼，泄露量不是很大，表現(xiàn)為廢熱鍋爐出口溫度緩慢降低。

2.2 材料熱應(yīng)力的腐蝕

材料熱應(yīng)力對廢熱鍋爐產(chǎn)生的腐蝕大部分會發(fā)生在低溫側(cè)的管束內(nèi)，從 800-1000℃激冷到 150-200℃，在管束長度不是很長的情況下，由于材料的熱脹冷縮，使材料不斷向低溫側(cè)擠壓伸展，從而會在低溫側(cè)管板內(nèi)側(cè)的管束產(chǎn)生擠壓彎折變形。這種情況下的腐蝕大多泄漏量較大，表現(xiàn)為廢熱鍋爐出口溫度急劇下降，低溫側(cè)導(dǎo)淋排水有大量水排出，此時(shí)應(yīng)當(dāng)對硫回收做停車處理，以免損壞催化劑。

2.3 現(xiàn)場腐蝕分析

將廢熱鍋爐后管箱打開，用水充壓試漏會發(fā)現(xiàn)在管板處有大量的小砂眼，而且在部分的管束邊緣會有大量的水流出，泄壓后對泄露的管束檢查發(fā)現(xiàn)管板邊緣處管束有彎折狀的腐蝕發(fā)生。因此斷定該腐蝕為露點(diǎn)腐蝕和材料熱應(yīng)力對廢熱鍋爐的雙重作用導(dǎo)致的。

3. 解決方案

3.1 工藝方面

為防止煙氣露點(diǎn)腐蝕的發(fā)生，通過提高廢熱鍋爐汽包的壓力來間接提高廢熱鍋爐出口的溫度。發(fā)生露點(diǎn)腐蝕主要是因?yàn)橛幸旱蔚男纬?，通過提高廢熱鍋爐出口的溫度，使生成的硫酸酸霧以氣體的形式存在，這樣就可以避免硫酸酸霧在管板處凝結(jié)，從而可以有效防止腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

3.2 設(shè)備方面

通過對管板處砂眼進(jìn)行補(bǔ)焊，堆焊，堵住砂眼，增加管板厚度以減少煙氣露點(diǎn)腐蝕對管板的直接作用。對出現(xiàn)材料熱應(yīng)力腐蝕的管束，直接將管束兩頭堵死，堆焊，以防止再次發(fā)生泄露現(xiàn)象。

4. 運(yùn)行效果分析及可能的后果

經(jīng)過對工藝和設(shè)備方面的改造，在此后長達(dá) 150 天長周期運(yùn)行中， 再沒有出現(xiàn)因?yàn)閺U熱鍋爐腐蝕現(xiàn)象而發(fā)生的停車事故。在連續(xù)穩(wěn)定的操作條件下，廢熱鍋爐運(yùn)行狀態(tài)良好，溫度持續(xù)穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量較好。

由于將部分熱應(yīng)力腐蝕的管束堵死，可能會造成換熱效果下降， 此次堵塞的管束遠(yuǎn)沒有達(dá)到總管束的 10%，因此不會對換熱效果產(chǎn)生太大的影響。

為保證環(huán)保裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，防止此類造成廢熱鍋爐泄露現(xiàn)象的發(fā)生，首先在工藝條件選擇上，可以在滿足條件的情況下，盡量提高廢熱鍋爐的出口溫度，以避免煙氣低溫露點(diǎn)腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。其次，在廢熱鍋爐設(shè)計(jì)方面，考慮到熱端到冷端的溫差，盡量延長換熱管的長度，以避免材料熱應(yīng)力對廢熱鍋爐的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉淑蕓.水管-熱管復(fù)合式廢熱鍋爐在硫酸生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].化工礦物與加工，2011，40（11）：38-40.