硫磺回收裝置的設備腐蝕及防護分析

1、硫磺回收裝置的設備腐蝕及防護分析作者：韓旭雷蕾來源：科技創(chuàng)新導報2015年第13期韓旭雷蕾(中國石油化工股份有限公司洛陽分公司四聯(lián)合車間 河南洛陽471012)摘 要：近年來，由于硫磺回收工藝流程的特殊性，設備腐蝕問題一直是企業(yè)和硫磺回收裝 置面臨的重要問題之一。裝置上游環(huán)節(jié)產(chǎn)生的含硫污水、溶劑再生產(chǎn)生的酸性氣體，都對回收 裝置的各種設備和管線產(chǎn)生了不同程度的腐蝕。該文將結(jié)合筆者實際工作經(jīng)驗，以中石化洛陽 分公司四聯(lián)合車間的硫磺回收裝置作為研究對象，分析硫磺回收設備的日常運行狀況并對造成 設備腐蝕的具體原因進行分析，針對這些具體原因，開展對重點環(huán)節(jié)和關鍵因素的治理和優(yōu)化， 實現(xiàn)裝置設備的長期、

2、可靠運行。關鍵詞：硫磺回收裝置腐蝕成因和形態(tài)防護措施中圖分類號：TQ050.9文獻標識碼:A文章編號：1674-098X(2015)05(a)-0093-02硫磺回收裝置常見于煉化企業(yè)，其主要作用是處理各個裝置和環(huán)節(jié)產(chǎn)生的含硫物品和酸性 氣體，并對這些排放物進行無害化、循環(huán)利用。該裝置的主要工作機理是：在高溫環(huán)境中，在具 有不同功能催化劑的作用下，將硫化氫轉(zhuǎn)化成單質(zhì)硫。因為硫磺回收作業(yè)的復雜性，在硫磺回 收的操作過程中，不同來源、不同組分的尾氣會產(chǎn)生性質(zhì)差異極大的酸性氣體，這些氣體對于 設備的腐蝕程度也是各不相同的。生產(chǎn)流程和工藝特點也導致了裝置內(nèi)會發(fā)生不同的化學反應， 如高溫反應、低溫反應、

3、應力反應等，這些反應本身和生成物可能對設備造成腐蝕。該文將針 對筆者所在的四聯(lián)合車間硫磺回收裝置相關情況進行分析，找出影響設備腐蝕的關鍵因素，并 采取適當措施。1 生產(chǎn)裝置和工藝流程中石化洛陽分公司硫磺回收聯(lián)合裝置是該公司1000萬噸/年煉油工程的配套裝置。本聯(lián)合 裝置包括硫磺回收裝置、溶劑再生裝置、加氫型酸性水汽提裝置等部分組成。石油化工企業(yè)中，一般均采用兩種硫回收工藝，即工藝路線成熟的高溫熱反應和兩級催化 反應的Claus，在硫回收工藝中，根據(jù)酸性氣中H2S含量不同，通常采用分流法和部分燃燒法， 部分燃燒法是將全部原料氣引入制硫燃燒爐，在爐中按制硫所需的氧氣量嚴格控制配風比，使 H2S燃燒

4、后生成SO2的量滿足H2S/SO2接近于2，經(jīng)過反應生成氣態(tài)硫磺。這種方法通常在酸性 氣濃度較高時使用。硫磺回收裝置制硫部分采用部分燃燒法。尾氣處理部分采用SSR加氫還原 吸收工藝，通過加氫的方法將硫磺尾氣中的單體硫及硫化物還原為H2S，然后采用甲基二乙醇 胺溶液吸收H2S，被吸收了 H2S后的尾氣過程氣經(jīng)焚燒爐焚燒后通過煙囪排入大氣。2設備腐蝕原因與形態(tài)分析下面將結(jié)合上述生產(chǎn)流程，對造成硫磺回收裝置設備腐蝕的原因進行分析，并對腐蝕的形 態(tài)進行介紹。2.1 高溫硫腐蝕產(chǎn)生高溫硫腐蝕作用，主要介質(zhì)為高溫過程，氣體產(chǎn)生的氣態(tài)硫或者硫化氫、二氧化硫等。 若碳鋼設備溫度在260C300C左右，就有可能

5、出現(xiàn)高溫硫腐蝕的現(xiàn)象。在高溫條件下，硫化 氫與鐵產(chǎn)生進行反應，轉(zhuǎn)化成硫化亞鐵，而單質(zhì)硫也會與鐵發(fā)生反應。產(chǎn)生這種腐蝕的主要環(huán) 節(jié)是酸性氣的燃燒。一般廢鍋管束出現(xiàn)的內(nèi)漏現(xiàn)象，多數(shù)是由高溫硫腐蝕導致的。它的主要作 用機制是：由于多次改變管束迎火面的隔熱襯里，部分陶瓷保護管出現(xiàn)破損，進而出現(xiàn)縫隙， 作業(yè)過程中產(chǎn)生的高溫煙氣能夠直接對管束焊縫形成腐蝕，最終導致泄漏。緊接著，廢鍋的后 部溫度會降低，為露點腐蝕的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件，有可能對裝置生產(chǎn)流程下游設備和管線造成威 脅。2.2露點腐蝕硫磺過程氣是產(chǎn)生露點腐蝕的主要物質(zhì)，以CO2、SO2、水蒸氣等成分為主，主要發(fā)生在硫 磺尾氣處理中溫度較低的環(huán)節(jié)。過程氣

6、中由于含有水分和SO2，生成亞硫酸蒸汽。如果此時溫 度低于露點溫度，就有可能產(chǎn)生高濃度的亞硫酸，對碳鋼設備造成腐蝕。2.3 二氧化碳腐蝕硫磺回收裝置中產(chǎn)生的尾氣，通過加氫處理冷卻之后，被二乙醇胺吸收，進入再生環(huán)節(jié)。 酸性氣中存在的二氧化碳體積占比通常為0.2-0.25，經(jīng)過制硫系統(tǒng)之后，和尾氣一起進入到再 生環(huán)節(jié)，對再生環(huán)節(jié)造成腐蝕。而處于游離狀態(tài)或者化合狀態(tài)的二氧化碳，都有可能發(fā)生腐蝕。 特別是在高溫或者水環(huán)境中，二氧化碳和鐵發(fā)生反應，產(chǎn)生碳酸鐵，物質(zhì)形態(tài)比較疏松。在流 體沖刷作用下，管線腐蝕物出現(xiàn)脫落，管線中新的部位會遭受更進一步的腐蝕，進入“腐蝕程 度不斷加深、管線持續(xù)受到破壞進而導致泄

7、漏發(fā)生和設備損壞”的惡性循環(huán)。2.4硫化氫腐蝕在石化企業(yè)的硫磺回收裝置中，硫化氫的腐蝕作用也相當大。在壓力作用下，在高濃度硫 化氫條件下，鋼材質(zhì)或高強度合金鋼產(chǎn)生脆化，可能會出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。裂縫主要分布在設備的 應力區(qū)域，以穿晶型為主。如果缺少對設備和管線中應力消除的相關措施，有很大的概率出現(xiàn) 設備和管線應力腐蝕。比如，硫池內(nèi)出現(xiàn)的盤管的泄漏，通常是由于硫化氫腐蝕而出現(xiàn)的。2.5應力腐蝕熱應力腐蝕多數(shù)情況下，發(fā)生在一級、二級或三級冷凝冷卻器中。當溫度較高的過程氣通 過冷凝冷卻器之后，管板的兩面在溫度差作用下，產(chǎn)生顯著的熱應力。而管子和管板的結(jié)合， 受到較大的熱負荷，在受熱不均勻的情況會出現(xiàn)熱應力

8、；另一方面，在焊縫的地方，最容易出 現(xiàn)腐蝕。在高溫環(huán)境中完成焊接，加熱和冷卻必然不均勻，就會有預應力產(chǎn)生，在化學介質(zhì)的 接觸和反應條件下，會產(chǎn)生腐蝕作用。3防護措施3.1對溫度加強控制為了很好地降低回收裝置的設備腐蝕，必須加強溫度控制。一方面，回收裝置的主燃燒爐 廢熱鍋爐出口溫度約為320C ；焚燒爐的蒸汽過熱器出口溫度420C450C。由于流程和作業(yè) 環(huán)境的限制，在生產(chǎn)過程中，溫度很難降低。這時，就要在實現(xiàn)工藝作業(yè)條件的前提下，把溫 度盡量控制在操作的下限范圍。由于下限溫度仍然較高，這種方法雖然即使不能徹底消除高溫 硫?qū)υO備和管線的腐蝕，但是卻能夠避免露點腐蝕的出現(xiàn)。在日常作業(yè)環(huán)境中，因為硫

9、磺回收 裝置運作環(huán)境和作業(yè)條件的不穩(wěn)定性和復雜性，溫度變化范圍很大，加上管束和殼體膨脹系數(shù) 差別很大，焊縫的應力會由于所在部位的不同而產(chǎn)生不同影響，持續(xù)的應力作用，會導致設備 和管線出現(xiàn)疲勞裂紋或腐蝕縫隙。裂紋發(fā)展到一定程度，會延展到外表面，這樣就會形成泄漏。 因此，如果能對硫磺回收過程中的各環(huán)節(jié)作業(yè)溫度進行適當控制，能夠充分利用設備的處理能 力，避免腐蝕程度的加深，也能夠很好地延長設備使用壽命。3.2規(guī)范操作手段在硫磺回收裝置作業(yè)過程中，應當按照工藝流程手冊的要求，嚴格規(guī)范技術(shù)操作，及時做 好設備巡檢和維護。確保在線分析儀能夠正常工作，控制SO2的含量，盡可能降低高溫硫腐蝕 和露點腐蝕對設備

10、的不良影響。在尾氣處理過程中，為了相關化學反應的持續(xù)進行，應及時添 加氨水，將急冷水控制在PH值為78的范圍內(nèi)，能夠減少設備腐蝕的發(fā)生。3.3強化設備管理強化設備管理包括恰當?shù)耐鉁乜刂坪蛣討B(tài)、科學的設備管理兩部分。一是對外部保溫進行科學控制。硫磺回收裝置設備的外部保溫控制，可以避免腐蝕的產(chǎn)生。 在裝置運行中，會產(chǎn)生各種成分的氣體，而設備殼體的內(nèi)部襯里，能夠較好地控制設備壁溫， 降低高溫硫腐蝕發(fā)生的可能性。同時，溫度也不應太低，以避免露點腐蝕的出現(xiàn)。一般地，在 作業(yè)過程中，可將外殼溫度控制在140C260C的范圍。二是進行詳細的、動態(tài)、科學的設備管理。細化設備管理，實施腐蝕狀態(tài)的實時監(jiān)測，也 能

11、夠有效減少設備腐蝕效應的發(fā)生和加深。在日常操作和定期維護中，需要及時準確地開展定 點測厚的采樣分析，掌握設備當前的腐蝕情況以及腐蝕發(fā)生的主要部位。通過及時巡檢和維護， 能夠強化對設備的操作特點和檢修規(guī)律的認識，實現(xiàn)主動維護、盡可能避免非計劃停工。3.4改善除氧水質(zhì)除氧水質(zhì)中如果含有過多的氯離子，會對表面的鈍化膜造成侵蝕，使管壁穿孔，也可能引 起腐蝕裂紋。由于該裝置所在地區(qū)水質(zhì)硬度較大，管壁會生成大量的水垢，造成熱傳導困難。 在局部溫度過高的情況下，就會產(chǎn)生應力裂紋。水質(zhì)的酸堿性等指標，也會對設備腐蝕產(chǎn)生作 用，應當及時加以控制、排除安全隱患。4結(jié)語通過上述分析，筆者分析了硫磺回收裝置中存在的腐蝕類型，如高溫硫腐蝕、應力腐蝕、 露點腐蝕等，并對成因和形態(tài)進行了分析。針對這些成因、特點各不相同的腐蝕類型，應當持 續(xù)改進設備材質(zhì)、慎選脫硫溶劑，嚴格按照操作手冊要求，合理控制工藝參數(shù)，不斷強化對設 備的維護和保養(yǎng)，對回收裝置中的設備腐蝕情況進行