酸吸收塔泄漏原因分析及維修措施

孫浩

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司,遼寧 營口115007）

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司（以下簡稱鲅魚圈）煉焦部焦?fàn)t煤氣凈化系統(tǒng)采用德國伍德公司開發(fā)的真空碳酸鉀法脫去焦?fàn)t煤氣中的硫并制成硫酸。此工序是公司重點(diǎn)環(huán)保工序，一旦發(fā)生泄漏不僅會(huì)造成工序停產(chǎn)，而且泄漏介質(zhì)會(huì)污染環(huán)境，給周圍人員、設(shè)備造成安全隱患。工序中硫酸吸收塔作為重要反應(yīng)裝置，如果發(fā)生腐蝕泄漏，情況尤為嚴(yán)重。本文分析了酸吸收塔的泄露原因，比較了幾種常用酸吸收塔防腐內(nèi)襯材料，選擇采取搪鉛與浸漬石墨碳磚砌筑維修措施，實(shí)施后效果良好。

1 存在問題及原因分析

1.1 工藝流程

真空碳酸鉀法基本工藝原理是將碳酸鉀溶液作為吸收劑，使其與煤氣直接逆向接觸，碳酸鉀與焦?fàn)t煤氣中的硫化氫和氰化氫等酸性氣體充分反應(yīng)吸收后，再用氫氧化鈉溶液對焦?fàn)t煤氣進(jìn)行二次洗滌，從而達(dá)到脫硫脫氰的目的[1]，同時(shí)將脫下的硫制成硫酸。鲅魚圈焦?fàn)t煤氣凈化真空碳酸鉀法脫硫制酸工藝流程如圖1所示。

圖1 鲅魚圈焦?fàn)t煤氣凈化真空碳酸鉀法脫硫制酸工藝流程Fig.1 Technological Process of Preparing Acid by Desulfurization with Vacuum Potash Method for Purifying Gas from Coke Oven in Bayuquan Branch

1.2 存在問題

酸吸收塔是生產(chǎn)工序中重要硫酸吸收用化工靜設(shè)備，內(nèi)部酸濃度波動(dòng)大、腐蝕性強(qiáng)。在酸吸收塔初始設(shè)計(jì)中，上段采用PVDF+FRP結(jié)構(gòu)，下段采用鋼襯鉛結(jié)構(gòu)。經(jīng)多年實(shí)際運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，酸吸收塔下段襯鉛層極易發(fā)生腐蝕泄漏。酸吸收塔泄漏點(diǎn)如圖2所示。

圖2 酸吸收塔泄漏點(diǎn)Fig.2 Leakage Positions on Acid Absorbing Tower

自2008年該工序投產(chǎn)以來，鲅魚圈煉焦部先后于2012年及2014年對襯鉛層進(jìn)行了焊補(bǔ)修復(fù)，但效果并不理想。對2016～2018年酸吸收塔泄漏問題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表1。

表1 2016～2018年酸吸收塔泄漏情況統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics on Leakages of Acid Absorbing Tower from 2016 to 2018

1.3 原因分析

酸吸收塔泄漏塔段圖紙及現(xiàn)場照片見圖3。結(jié)合圖紙和現(xiàn)場照片分析可知，酸吸收塔采用間接焊鉛方式連接碳鋼塔壁與鉛層，一旦工況波動(dòng)造成鉛層出現(xiàn)破損點(diǎn)，酸氣進(jìn)入塔壁與鉛層中間，就會(huì)造成焊鉛層迅速與塔壁脫離，防腐層失效，塔壁腐蝕泄漏，而修復(fù)后的焊縫位置耐腐性變差，容易再次發(fā)生泄漏。

圖3 酸吸收塔泄漏塔段圖紙及現(xiàn)場照片F(xiàn)ig.3 Blueprints on Leakage Section in Acid Absorbing Tower and Photos on Site

2 解決措施及效果

2.1 酸吸收塔防腐內(nèi)襯處理方式比較與選擇

針對酸吸收塔下端襯鉛層極易發(fā)生腐蝕，及采取焊補(bǔ)修復(fù)后焊縫位置耐腐蝕性變差容易再次發(fā)生泄漏的問題，選取幾種常用防腐內(nèi)襯材料進(jìn)行對比分析，以找出最佳酸吸收塔防腐內(nèi)襯處理方式。

2.1.1 陶瓷內(nèi)襯

耐酸陶瓷是一種使用范圍極其廣泛的粘土質(zhì)半瓷化材料,可應(yīng)用于化工、冶煉、制藥、食品、造紙、石油等工業(yè)領(lǐng)域，它對所有無機(jī)酸和有機(jī)酸介質(zhì)具有耐腐蝕、耐磨、無污染等優(yōu)點(diǎn)[2]。其主要性能指標(biāo)如表2所示。

表2 耐酸陶瓷主要性能指標(biāo)Table 2 Main Property Indexes of Acid-resistant Ceramics

2.1.2 PTFE內(nèi)襯

聚四氟乙烯（PTFE），俗稱“塑料王”，是由四氟乙烯經(jīng)聚合而成的高分子化合物，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐腐蝕性、密封性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化耐力。用作工程塑料可制成聚四氟乙烯管、棒、帶、板、薄膜等,可以在條件苛刻的溫度、壓力和介質(zhì)等情況下使用，已經(jīng)成為石油、化工、紡織等行業(yè)的主要耐腐蝕材料[3]。其主要性能指標(biāo)見表3。

表3 聚四氟乙烯主要性能指標(biāo)Table 3 Main Properties of PTFE

2.1.3 浸漬石墨碳磚

浸漬石墨碳磚采用優(yōu)質(zhì)的石墨碳素材料，添加耐酸性極強(qiáng)的有機(jī)復(fù)合物，經(jīng)高壓成型、真空浸漬、高溫?zé)崽幚砉に嚲贫?，具有很好的耐酸和耐溫性能，外形尺寸精確，是化工行業(yè)反應(yīng)槽、貯存槽等設(shè)備的理想內(nèi)襯材料。其主要性能指標(biāo)見表4。

表4 浸漬石墨碳磚的主要性能指標(biāo)Table 4 Main Properties of Impregnated Carbon Sticks

2.1.4 搪鉛內(nèi)襯

采用氣焰將鉛條熔融后貼覆在被襯的物件或設(shè)備表面上形成具有一定厚度的密實(shí)的鉛層，這種防腐手段稱為搪鉛[4]。搪鉛有兩種施工方法：一種是經(jīng)過氣焰把鉛焊條熔融后直接嵌在已處理好的物件或設(shè)備；另一種是在物件或設(shè)備表面先搪一層薄薄的錫，再搪鉛，稱為間接搪鉛法。搪鉛工藝廣泛適用于受負(fù)壓的設(shè)備、受振動(dòng)的軸和葉輪、需要傳熱的耐腐蝕層、溫度較高或溫度變化比較頻繁的設(shè)備，其耐腐蝕性能與襯鉛工藝相同。搪鉛的質(zhì)量檢查方法有外觀檢查、厚度檢查、剖割檢查、搪鉛層表面微孔檢查[5]。

2.1.5 常用防腐內(nèi)襯處理方式對比

結(jié)合鲅魚圈酸吸收塔工況及現(xiàn)場實(shí)際作業(yè)條件，對以上幾種常用防腐內(nèi)襯處理方式在工程造價(jià)、可靠性、施工難度等方面進(jìn)行對比評估，具體見表5。

表5 常見防腐內(nèi)襯對比評估表Table 5 Evaluation Sheet on Common Anti-corrosion Inner Linings by Comparison

對比陶瓷、PTFE內(nèi)襯等修復(fù)方案可知，搪鉛工藝具有造價(jià)低、可靠性高、施工相對簡單等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)在于更換塔段切割原塔體位置需采用搪鉛層與鉛板焊接，焊縫易發(fā)生腐蝕泄漏。而浸漬石墨碳磚對比耐酸陶瓷磚砌筑，具有性能更優(yōu)、密度較小、施工相對簡單等優(yōu)勢。因此，決定選用搪鉛層內(nèi)襯，并在搪鉛層內(nèi)部采用浸漬石墨碳磚與酚醛膠泥砌筑內(nèi)壁，用于保護(hù)焊縫及鉛層；同時(shí)，鉛層還可以避免砌筑內(nèi)壁缺陷或檢修損壞造成的泄漏。搪鉛內(nèi)襯與浸漬石墨碳磚聯(lián)合應(yīng)用，不僅防腐效果更好，而且可靠性更高，可以有效降低生產(chǎn)及環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 搪鉛內(nèi)襯與浸漬石墨碳磚的聯(lián)合應(yīng)用

2.2.1 搪鉛內(nèi)襯的應(yīng)用

采用直接搪鉛法對原硫酸吸收塔腐蝕嚴(yán)重塔段進(jìn)行預(yù)制，與原塔體連接位置預(yù)留50 mm不搪鉛、用于焊接，焊接后采用鉛板與搪鉛層焊接蓋住碳鋼層形成完整防腐層，見圖4。針對搪鉛與鉛板焊接焊縫易腐蝕問題，預(yù)制搪鉛段DN3800法蘭口、人孔及進(jìn)液口等位置，由原來的鉛板翻邊焊接方式改為整體搪鉛，使焊縫更加可靠與耐用，具體見圖5。

圖4 搪鉛層與酸吸收塔原鉛層采用焊接方式連接Fig.4 Connecting Lead-evading Layers to Original Lead Layers of Acid Absorbing Tower by Welding

圖5 與上段連接法蘭口位置由鉛板翻邊焊接改為整體搪鉛Fig.5 Connecting Location of Flange to Superior Section by Integrated Lead-evading instead of Lead Plate Flanging Welding

2.2.2 浸漬石墨碳磚的應(yīng)用

在搪鉛層塔段恢復(fù)完畢，鉛板與酸吸收塔原鉛板連接完畢后，采用浸漬石墨碳磚與酚醛膠泥砌筑一層內(nèi)壁，膠泥厚度5 mm，具體見圖6。

圖6 酸吸收塔修復(fù)后塔壁剖面圖及碳磚砌筑施工Fig.6 Profile of Acid Absorption Tower Wall after Repairing and Construction of Carbon Bricks

2.3 效果評價(jià)

鲅魚圈酸吸收塔維修施工，首先，采用塔體搪鉛代替了原設(shè)計(jì)中的襯鉛方式進(jìn)行防腐，因?yàn)橥瑯硬捎勉U層防腐，可以確保耐腐蝕性能達(dá)到原設(shè)計(jì)能力；同時(shí)，將襯鉛改為搪鉛，在確保耐腐蝕性能的基礎(chǔ)上增強(qiáng)了鉛層與碳鋼塔體的結(jié)合性，提高了耐用性與可靠性。其次，在搪鉛層內(nèi)砌筑浸漬石墨碳磚，解決了酸在鉛層表面聚集腐蝕的隱患；同時(shí)，襯磚層還能對鉛層隱性存在的缺陷進(jìn)行保護(hù)，避免了隱性缺陷的擴(kuò)大及劣化。

目前，鲅魚圈煉焦部脫硫制酸工序酸吸收塔已采用搪鉛與浸漬石墨碳磚砌筑方式完成修復(fù)一年以上，無任何泄漏情況發(fā)生，修復(fù)效果良好，有效解決了酸吸收塔泄漏造成的制約生產(chǎn)、安全及環(huán)保問題。不僅保證了硫酸生產(chǎn)，更具有良好的環(huán)保效益。

3 結(jié)語

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部為了解決酸吸收塔泄露問題，采用搪鉛方式進(jìn)行防腐處理，其耐腐蝕性能與襯鉛方式相同，但耐用性更強(qiáng)；同時(shí)，采用浸漬石墨碳磚與酚醛膠泥砌筑，以保證砌體與鉛層的緊密結(jié)合，滿足制酸工藝的工況需要。酸吸收塔防腐采用搪鉛與浸漬石墨碳磚的聯(lián)合應(yīng)用達(dá)到了預(yù)期維修效果，完成修復(fù)一年以上，無任何泄漏情況發(fā)生，確保了焦?fàn)t煤氣脫硫制酸工序的穩(wěn)定生產(chǎn)。