硫磺回收裝置液硫脫氣設(shè)備的腐蝕與控制

姜海林

國能新疆化工有限公司 新疆烏魯木齊 830000

1 液硫脫氣方案介紹

1.1 液硫池脫氣

液態(tài)硫池脫氣是目前硫回收設(shè)備最常用的脫氣方案。處理流程如圖1所示。

圖1 液硫池脫氣工藝流程

液硫池接收上游的液硫，經(jīng)過一段時間的停留和脫氣后，通過液硫泵輸出，為制硫設(shè)備輸送原料。為了提高脫氣效果，在該過程中采用了多種組合方案：風(fēng)扇將空氣吹入液硫池的底部，吹送液硫，使氣液緊密接觸；使用專用的脫氣催化劑；液態(tài)硫脫氣池分為多個區(qū)域進(jìn)行多級脫氣[1]。液態(tài)硫池具有一定的保溫和抗腐蝕功能，池壁和隔壁通常采用三層結(jié)構(gòu)，即混凝土層、隔熱層以及防腐層。其中防腐蝕層通常由高溫耐腐蝕的高溫耐酸磚制成。

1.2 脫氣塔脫氣

如圖2所示。來自上游的脫氣液硫經(jīng)過冷卻后進(jìn)入液硫罐，經(jīng)液硫泵輸送到脫氣塔的上部緩沖，下部在填充床中預(yù)熱后與冒泡空氣逆流接觸。鼓泡的空氣由專門設(shè)計的噴射器引入，并向上流動以提供氧氣以分解硫化物，并通過攪拌和其他措施除去H2S。為了保證液態(tài)硫的輸送溫度，液態(tài)硫罐通常采用蒸汽盤管的內(nèi)部加熱，也可以根據(jù)外部加熱進(jìn)行設(shè)計，而脫氣塔通常采用外部加熱。液態(tài)硫罐用作緩沖罐，無需脫氣，因此受到略微正壓氮氣的保護(hù)。

圖2 脫氣塔脫氣工藝流程

1.3 液硫罐脫氣

在國外工藝包提供的最新液態(tài)硫脫氣方案中，金屬液態(tài)硫罐被用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液態(tài)硫池。脫氣罐的頂部裝有液硫冷卻器，以冷卻上游未脫氣的液硫。脫氣過程在位于罐中的兩個平行鼓泡塔中進(jìn)行，鼓風(fēng)機(jī)吹送液體硫，并通過在垂直循環(huán)塔中劇烈攪拌來完成H2S的去除過程。如圖3所示。

圖3 液硫罐脫氣工藝流程

2 液硫脫氣設(shè)備的腐蝕機(jī)理

2.1 濕H2S腐蝕

當(dāng)硫化氫和水共存時，應(yīng)考慮濕硫化氫腐蝕。濕硫化氫腐蝕將出現(xiàn)均勻的腐蝕和開裂[2]。在潮濕的H2S腐蝕性環(huán)境中，陰極和陽極的反應(yīng)如下：

H2S→H++HS

HS-→H++S2-

陽極發(fā)生：Fe-2e→Fe2+

陰極反應(yīng)：H++e→H

陰極反應(yīng)產(chǎn)生的H容易以原子形式進(jìn)入金屬晶格。溶解在金屬中的氫原子會降低金屬原子之間的鍵合力，并使材料變脆。當(dāng)氫原子結(jié)合氫分子并聚集在金屬中的缺陷周圍時，氣體的壓力和材料的內(nèi)應(yīng)力材料將在作用下破裂。碳鋼在潮濕的H2S環(huán)境中的主要腐蝕形式包括硫化物應(yīng)力腐蝕開裂，氫誘導(dǎo)開裂、氫鼓泡以及應(yīng)力定向氫誘導(dǎo)開裂。

2.2 單質(zhì)硫腐蝕

通常認(rèn)為，當(dāng)溫度低于310℃時，元素硫?qū)Ωg碳鋼的程度較淺，并生成磁黃鐵和黃色鐵的保護(hù)膜，可以防止或減緩腐蝕[3]。通過研究，碳鋼液態(tài)硫罐的硫腐蝕與液態(tài)硫環(huán)境中會出現(xiàn)水蒸氣：當(dāng)存在水蒸氣時，元素硫會迅速與碳鋼反應(yīng)生成硫化物，而且防護(hù)性通常較低Fe（1+x）S和一些FeS薄膜，反應(yīng)公式如下：

3 液硫脫氣設(shè)備的腐蝕風(fēng)險分析

由于不同的液態(tài)硫脫氣方案所采用的工藝流程和材料選擇方案不同，腐蝕類型和腐蝕風(fēng)險也不同。

3.1 液硫池脫氣工藝腐蝕風(fēng)險

當(dāng)前液態(tài)硫池面臨的腐蝕類型主要包括：內(nèi)部加熱盤管和液態(tài)硫池頂蓋的酸腐蝕。內(nèi)部加熱線圈通常是奧氏體不銹鋼304L或316L。奧氏體不銹鋼具有很強(qiáng)的抗H2S和液態(tài)硫腐蝕的能力，但有時會發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。液態(tài)硫池的強(qiáng)酸環(huán)境通常是因為液態(tài)硫池直接與大氣相連，液態(tài)硫中的二氧化硫和三氧化硫被吸收到水蒸氣中形成亞硫酸和硫酸。

3.2 脫氣塔脫氣工藝腐蝕風(fēng)險

在脫氣塔的脫氣過程中，液硫池主要起輸送液硫的作用。由于氮氣的輕微正壓保護(hù)，在正常運行期間，僅需考慮濕H2S腐蝕。脫氣塔使用加熱的空氣，通常使用外部加熱。液態(tài)水的可能性很小，腐蝕的風(fēng)險也很小。如果在停機(jī)期間保護(hù)措施不正確，則進(jìn)入的空氣和水蒸氣可能會加劇腐蝕，包括酸露點腐蝕和聚硫代酸腐蝕，液態(tài)硫罐還需要考慮元素硫的腐蝕。

3.3 液硫罐脫氣工藝腐蝕風(fēng)險

液態(tài)硫罐的脫氣過程路線與液態(tài)硫罐的相似，只是液態(tài)硫罐改為地下液態(tài)硫罐。由于外殼由碳鋼制成，除了液態(tài)硫腐蝕、酸露點腐蝕和聚硫代酸腐蝕外，還應(yīng)考慮濕H2S腐蝕。與液態(tài)硫池相比，無需考慮由外部水引起的腐蝕，但是仍然有必要考慮液態(tài)硫的上游蒸汽或加熱盤管損壞而進(jìn)入時泄漏的蒸汽。與液體硫罐的耐酸磚溶液不同，由于該溶液的液體硫罐由金屬制成，一旦發(fā)生酸腐蝕，金屬壁的腐蝕率就很高，容易打孔并導(dǎo)致液態(tài)硫泄漏。

4 結(jié)語

傳統(tǒng)的液硫罐脫氣方案在耐酸磚堆砌的器壁具有很強(qiáng)的耐腐蝕性，但需要大量的投資，繁瑣的施工程序以及高昂的維護(hù)成本。使用脫氣塔的脫氣方案具有較低的腐蝕風(fēng)險，但工藝時間長，設(shè)備數(shù)量多；液硫罐工藝最簡單，投資和占地少，但腐蝕風(fēng)險高，對腐蝕控制策略的要求更加嚴(yán)格。