硫酸銨法脫硫裝置的設(shè)備選材

氨-硫酸銨法脫硫裝置的設(shè)備選材一、摘要考慮到脫硫產(chǎn)物的處理，目前，許多燃煤鍋爐煙氣處理選用的是濕式氨法脫硫技術(shù)，特別是煉化行業(yè)的燃煤鍋爐，有很好的吸收劑來源，無論是煉油廠的污水汽提氨水，還是化肥廠的合成氨配制氨水都很方便，而且脫硫產(chǎn)物可以變廢為寶，烏石化公司化肥廠和熱電廠的燃煤鍋爐煙氣處理均選用的氨-硫酸銨法脫硫技術(shù)，我們就是結(jié)合公司脫硫裝置多年運(yùn)行積累的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)氨法脫硫腐蝕機(jī)理，提出了幾種比較適合脫硫環(huán)境的設(shè)備材質(zhì)。二、前言兩廠脫硫工程均采用美國瑪蘇來濕式氨-硫酸銨法脫硫工藝，選用雙塔串聯(lián)結(jié)構(gòu)、塔內(nèi)氧化技術(shù)，所不同的是化肥廠采用的是塔外三效負(fù)壓蒸發(fā)結(jié)晶布置，熱電廠采用的是塔外兩效負(fù)壓蒸發(fā)結(jié)晶布置，由和億昌環(huán)保公司承建。經(jīng)過多年的運(yùn)行，我們積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，脫硫裝置最大的問題就是泄漏，機(jī)泵機(jī)封、玻璃鋼管線泄漏、一二三效換熱器泄漏表現(xiàn)的最為突出，究其泄漏的根源是介質(zhì)含有結(jié)晶顆粒磨蝕。三、設(shè)備狀況

化肥廠煙氣脫硫裝置2007年建成投產(chǎn)，該裝置運(yùn)行的前三年設(shè)備陸續(xù)出現(xiàn)問題，使裝置無法長周期運(yùn)行，經(jīng)過考察了解國內(nèi)同類生產(chǎn)裝置運(yùn)行情況和長周期攻關(guān)，對(duì)脫硫設(shè)備和材料進(jìn)行了一些升級(jí)改造，2010年裝置大修后，基本實(shí)現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)，脫硫運(yùn)行八年來，動(dòng)設(shè)備共整體更換32臺(tái)，超過了全部動(dòng)設(shè)備的50%，靜設(shè)備共整體更換15臺(tái)，也超過了全部靜設(shè)備的50%，管線、閥門亦是如此，究其原因，除了介質(zhì)腐蝕，就是設(shè)備選擇上的偏差，還有就是機(jī)泵或者管線泄漏之后對(duì)周圍設(shè)備的腐蝕。四、設(shè)備更新原因分析

1、動(dòng)設(shè)備過流部件：磨蝕，硫酸銨儲(chǔ)罐攪拌器等接觸漿液的攪拌器軸和葉輪采用的是碳鋼外包裹橡膠，由于硫酸銨晶粒的磨蝕，橡膠保護(hù)層破損，漿液直接與碳鋼接觸發(fā)生析氫腐蝕。2、靜設(shè)備：制造缺陷也是一個(gè)重要的原因，預(yù)洗滌塔高溫段原設(shè)計(jì)碳鋼內(nèi)襯玻璃鱗片，2009年9月塔體出現(xiàn)泄漏，內(nèi)襯玻璃鱗片大面積脫落，主要原因是塔體內(nèi)壁玻璃鱗片刷涂施工已處于冬季，本應(yīng)該塔體全部安裝完畢后進(jìn)行，但由于趕施工進(jìn)度，分段進(jìn)行刷涂，現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接后對(duì)焊口進(jìn)行二次刷涂，造成施工缺陷，再加上金屬與玻璃鱗片的膨脹系數(shù)差異大，造成復(fù)合材料分層剝離，還有就是高溫?zé)煔鈴念A(yù)洗滌塔頂部進(jìn)入，高溫對(duì)玻璃鱗片的破壞。硫酸銨儲(chǔ)罐攪拌器M-103A/B（改造前）硫酸銨儲(chǔ)罐攪拌器M-103A/B（改造后）煙氣高進(jìn)低出煙氣低進(jìn)高處一二三效循環(huán)泵填料密封改造為機(jī)械密封二三效循環(huán)泵P-305A/B填料密封（改造前）一二三效循環(huán)泵P-305A/B/C的集裝式機(jī)械密封（改造后）六、設(shè)備更新原因分析

3、選材和結(jié)構(gòu)上的不合理在脫硫裝置上顯得尤為突出，玻璃鋼管材和碳鋼內(nèi)襯塑料的泵在脫硫裝置上應(yīng)用非常廣泛，雖然他們擁有各自的優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用上卻遇到了挑戰(zhàn)，他們的缺點(diǎn)也便暴露無疑，玻璃鋼的韌性差，在吸收塔氧化風(fēng)管上的應(yīng)用，經(jīng)常斷裂，后來升級(jí)為1.4529材質(zhì)后效果較好，碳鋼襯塑雖然耐腐蝕，但不耐磨蝕，晶粒的存在是對(duì)他最大的威脅，間隙增大后造成打量不足，機(jī)械密封采取碳化硅，使用壽命也不長。預(yù)洗滌塔T-101氧化風(fēng)管升級(jí)前后對(duì)照玻璃鋼材質(zhì)1.4529超級(jí)不銹鋼一二三效轉(zhuǎn)料泵更換前后事故漿液泵P-108七、設(shè)備更新原因分析

4、工藝水罐、空氣儲(chǔ)罐均采用普通碳鋼，氨水儲(chǔ)罐選用16MnR，介質(zhì)互竄是造成工藝水罐腐蝕的罪魁禍?zhǔn)祝彼畬?duì)碳鋼的腐蝕也顯現(xiàn)的尤為明顯，究其原因，一是氨可以與金屬離子形成配離子，二是大氣中含有大量的氧氣，由于氨可以與許多金屬離子形成比較穩(wěn)定的配離子，所以會(huì)使金屬離子與金屬單質(zhì)之間的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)降低，用高中化學(xué)的話說就是使金屬更容易被氧化，加上地球的大氣是氧化性大氣，所以金屬變得更容易被氧化了，也就是腐蝕現(xiàn)象。如果確切一些說，真正腐蝕金屬的是大氣中的氧，氨的作用是使得腐蝕更容易進(jìn)行。氨水罐V-104八、腐蝕機(jī)理

吸收塔內(nèi)部的腐蝕主要是由于氨水混合物噴淋溶液中氯化物的含量過高所引起的麻點(diǎn)腐蝕及煙氣沖刷帶來的磨損腐蝕。含SO2的煙氣經(jīng)過脫硫系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì)造成對(duì)設(shè)備的腐蝕，腐蝕的形式多種多樣，主要有化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、結(jié)晶腐蝕。我廠脫硫副產(chǎn)物選用的塔外負(fù)壓蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)，磨蝕主要存在于后處理系統(tǒng)，濕式氨-硫酸銨法脫硫環(huán)境雖然沒有強(qiáng)酸強(qiáng)堿，但從實(shí)際的運(yùn)行情況看，腐蝕問題一直困擾著設(shè)備的長周期運(yùn)行。九、腐蝕機(jī)理

化學(xué)腐蝕：煙氣中的腐蝕性介質(zhì)在一定的溫度、濕度下和金屬材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成可溶性鹽，使設(shè)備逐漸被腐蝕。主要反應(yīng)方程式為：Fe+2H+=Fe2++H2（析氫腐蝕）電化學(xué)腐蝕：在潮濕的條件下，金屬表面直接與煙氣介質(zhì)接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕，在焊縫處特別容易發(fā)生。主要反應(yīng)為：FeFe2++2e（3）結(jié)晶腐蝕：在煙氣脫硫過程中，由于生成了可溶性的硫酸鹽或亞硫酸鹽，液相則滲入表面防腐層的毛細(xì)孔內(nèi)，當(dāng)設(shè)備停用時(shí)，在自然干燥下生成結(jié)晶型鹽，產(chǎn)生體積膨脹，使防腐材料自身產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而破壞，特別在干濕交替作用下，腐蝕更加嚴(yán)重。十、新材料的工程應(yīng)用

長期以來，人們對(duì)煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)備選擇上采取了多種多樣的防腐蝕措施，歸納起來大致分為三大類。1、采用耐腐蝕合金材料；2、采用復(fù)合材料；3、采用非金屬材料。十一、采用耐腐蝕合金材料

1、脫硫脫硝合金1.4529(UNSN08926)在鹵化物介質(zhì)和含硫氫酸性環(huán)境中具有非常高的抗點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕能力，能有效抵抗氯離子應(yīng)力腐蝕，在氧化和還原性介質(zhì)中同樣具有良好的耐腐蝕性，穩(wěn)定性良好。因在預(yù)洗滌塔高溫段的優(yōu)異表現(xiàn)而被廣泛推廣，化肥廠脫硫裝置最大的使用就是攪拌器的軸、葉輪以及一二三效轉(zhuǎn)料泵出口管線。預(yù)洗滌塔T-101噴淋段（改造前）預(yù)洗滌塔T-101噴淋段（改造前）預(yù)洗滌塔T-101噴淋段（改造后）三效分離室F-303進(jìn)料玻璃鋼管線泄漏設(shè)備管線泄漏后對(duì)周圍設(shè)施的腐蝕影響十一、采用耐腐蝕合金材料2、在耐腐蝕泵的生產(chǎn)制造過程中，Cr30是一種應(yīng)用于輸送固體含量達(dá)30%并具有腐蝕性介質(zhì)的理想材料。Cr30是一種典型的高鉻鑄鐵。鑄件中加入14%～36%的鉻后，在氧化性介質(zhì)中鑄鐵表面能生成一層很薄但緊密附著在合金表面的氧化膜，從而大大提高了耐腐蝕性，其硬度較高。因此高鉻鑄鐵不但耐腐蝕性好，而且耐熱性和耐磨性也很好。由于鑄鐵中含碳量較高（比不銹鋼的含碳量高得多），必須加入足夠量的鉻使所有的碳化合成碳化鉻以后，合金中留下的自由狀態(tài)的鉻應(yīng)不低于12%～13%，這樣高鉻鑄鐵在許多化學(xué)介質(zhì)中才能具有明顯較高的耐腐蝕性。高鉻鑄鐵在大氣、海水、礦水、濃硫酸、通氣鹽酸、大多數(shù)有機(jī)酸、堿液、鹽溶液等介質(zhì)中有很好的耐蝕性。但高鉻鑄鐵在高溫濃堿液、熔融堿及稀硫酸中不耐蝕。它的鑄造流動(dòng)性大致和灰口鑄鐵相近；收縮性較大，易產(chǎn)生熱裂紋。Cr30在高鉻鑄鐵中因其含鉻量較高所以它的耐磨性和耐蝕性都較好，但也因?yàn)槠浜t量較高，使它的韌性下降，從而加大了鑄造難度，從而大大增加了生產(chǎn)制造成本，所以一般價(jià)格都比較高。吸收系統(tǒng)接觸漿液的機(jī)泵葉輪均選用Cr30，不檢修的情況下可以一直使用，有的機(jī)泵運(yùn)行七年從未出現(xiàn)過故障，但韌性差，容易產(chǎn)生熱裂紋的缺點(diǎn)也經(jīng)常發(fā)生，特別是機(jī)械密封發(fā)生泄漏，解體檢修的過程中，經(jīng)常因?yàn)殡y以拆卸而損壞。十一、采用耐腐蝕合金材料3、后處理系統(tǒng)接觸漿液的機(jī)泵目前葉輪均選用雙相鋼2605N，除三效轉(zhuǎn)料泵因選型過大，造成殼體渦流穿孔外，其余機(jī)泵未出現(xiàn)故障，科研院所的化學(xué)浸泡腐蝕試驗(yàn)結(jié)果表明Cr30的腐蝕速率是2605N的7倍多，電解腐蝕試驗(yàn)揭示了2605N腐蝕失效的主要形式是小孔腐蝕,而Cr30的腐蝕失效形式同時(shí)包含晶界腐蝕和小孔腐蝕，雙相不銹鋼材料中合金元素形成致密的氧化膜（Cr2O3、NiO等）是其耐腐蝕性能優(yōu)越的主要原因,而Cr30材料中基體與碳化物間存在的電位差引起相界腐蝕,并且碳化物的耐腐蝕性較差導(dǎo)致Cr30的耐腐蝕性能變差，雙相不銹鋼2605N比高鉻鑄鐵Cr30擁有更佳的耐蝕性能，這一點(diǎn)在脫硫裝置上也得到了很好的驗(yàn)證。Cr30與2605N對(duì)比十二、采用復(fù)合材料

由于整體采用耐腐蝕合金材料價(jià)格昂貴或性能達(dá)不到要求，因此以碳鋼或砼結(jié)構(gòu)作基體，采用相對(duì)便宜的非金屬耐腐蝕材料作襯里，是煙氣脫硫系統(tǒng)防腐蝕的一種重要手段，也是目前濕式氨-硫酸銨法脫硫裝置設(shè)備防腐蝕的通用方法，我廠最成功的案例就是預(yù)洗滌塔和脫硫塔。1、預(yù)洗滌塔循環(huán)池與脫硫塔引進(jìn)了德國史道勒公司的新型脫硫塔系統(tǒng)，均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯一定厚度的“BEKA-PLAST”（以下簡(jiǎn)稱“B-P”材料）板進(jìn)行防腐。B-P板的耐腐蝕性和耐磨損性極佳，塔壁光滑、不易結(jié)垢，容易清洗十二、采用復(fù)合材料?！癇-P”是采用特制的PP、PE、PVC或者PVDF這些熱塑性塑料材料制成的，在B-P板的一側(cè)每平方焊接有一定數(shù)量的錐形腳，這些錐形腳最后埋入澆灌的混凝土中，鑲嵌于混凝土內(nèi)起到固定的作用，B-P板與混凝土的黏結(jié)牢固，能承受0.1MPa的背壓、超過1000kN/m2的剪切力和超過500kN/m2的拉力。接管與筒體壁的接口處采用加強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)；接管采用B-P與FRP（玻璃鋼）的復(fù)合材料，焊縫質(zhì)量的檢驗(yàn)采用特殊的電火花進(jìn)行檢測(cè)。采用新型的鋼筋混凝土塔體替代鋼制塔體，不僅保溫性能好，而且內(nèi)襯B-P材料可以承受低pH值條件下氯離子的化學(xué)腐蝕。混凝土+BP碳鋼+鈦板一二三效分離室采用碳鋼爆炸貼合鈦板結(jié)構(gòu)，爆炸復(fù)合板的生產(chǎn)工藝是將鈦板重疊置于碳鋼基板上，鈦板和碳鋼基板之間用墊子間隔出一定的距離。鈦板上面平鋪炸藥，炸藥爆炸的能量，使鈦板高速撞擊碳鋼基板，產(chǎn)生高溫高壓使兩種材料的界面實(shí)現(xiàn)固相焊接。理想狀態(tài)下，界面的每平方毫米的剪切強(qiáng)度可以達(dá)到400MPa。爆炸復(fù)合的優(yōu)點(diǎn)是爆炸復(fù)合的碳鋼與鈦板結(jié)合層呈波形，波形界面結(jié)合層能使復(fù)合板具有很高的界面強(qiáng)度，由于鈦板耐受硫酸銨晶體的磨蝕較差，三臺(tái)分離室運(yùn)行兩年就出現(xiàn)了泄漏。后處理分離室增加結(jié)晶腿減輕磨蝕小結(jié)對(duì)于整個(gè)脫硫系統(tǒng)來說，磨蝕問題主要集中反映在后處理換熱、蒸發(fā)設(shè)備和管道、閥門上，管路系統(tǒng)采用的是玻璃鋼，閥門選用的碳鋼內(nèi)襯F46（聚全氟乙丙烯），一二三效換熱器原設(shè)計(jì)為石墨，一二三效分離室原設(shè)計(jì)為玻璃鋼儲(chǔ)罐，實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)告訴我們，后處理的設(shè)備選材理論與實(shí)踐存在一定的偏差。原設(shè)計(jì)充分考慮了硫銨料漿的腐蝕性，選用了耐腐的非金屬泵，后處理的機(jī)泵選用碳鋼內(nèi)襯塑料的形式，在實(shí)際運(yùn)行過程中，硫銨溶液蒸發(fā)后溶液中產(chǎn)生的結(jié)晶體對(duì)非金屬泵有相當(dāng)大的磨損，特別是葉輪的磨損，使得泵流量急劇下降，很快出現(xiàn)內(nèi)襯層破損，加劇了腐蝕。后來更換為了金屬機(jī)泵，攪拌器軸和葉輪選用1.4529脫硫脫銷合金，機(jī)泵葉輪選用高鉻鑄鐵Cr30，殼體選用雙相鋼2605N，原來軸封形式為填料密封的機(jī)泵改造為機(jī)械密封。碳化硅和聚氨酯在脫硫上的應(yīng)用也比較廣泛，旋流器的過流部件選用聚氨酯，使用效果不錯(cuò)，吸收系統(tǒng)的漿液噴頭采用碳化硅，不僅耐高溫，而且耐沖刷效果極佳。脫硫的漿液管道全部選用的玻璃鋼，一般FRP不能在高溫和溫差變化大的環(huán)境中長期使用，一般只在100℃以下使用；老化現(xiàn)象是塑料的共同缺陷，F(xiàn)RP也不例外，在紫外線、風(fēng)沙雨雪、化學(xué)介質(zhì)、機(jī)械應(yīng)力等作用下容易導(dǎo)致性能下降。玻璃鋼的層間剪切強(qiáng)度是靠樹脂來承擔(dān)的，所以很低。這些都是玻璃鋼不利的特點(diǎn)，在設(shè)備上這些缺點(diǎn)也便暴露無疑，特別是泵的出口管線，在變徑、三通、彎頭等處經(jīng)常發(fā)生泄漏，目前許多脫硫裝置在使用碳鋼內(nèi)襯尼龍的管線，據(jù)了解效果不錯(cuò)，只是小口徑管線制造存在一定的難度，一效分離室由于溫差交變進(jìn)行，曾經(jīng)發(fā)生過斷裂事故，后來更換為了碳鋼內(nèi)貼鈦板的分離室也不理想，也有一些脫硫裝置選用316L材質(zhì)，但必須定期拉運(yùn)漿液，降低漿液中氯離子的富集對(duì)設(shè)備的損壞。碳鋼內(nèi)襯F4與F46閥門比較陶瓷閥門、襯氟閥門損壞小結(jié)脫硫裝置的閥門是更換最為頻繁的備件，更換的原因也主要有兩種情況，一種是磨蝕穿孔，脫硫的閥門不能作為調(diào)節(jié)閥使用，特別是固含量高的介質(zhì)，閥門的使用壽命驟然下降，再就是閥門操作失效，由于選用碳鋼內(nèi)襯F46（聚全氟乙丙烯）閥門，F(xiàn)46的耐溫效果較差，在溫度高的情況下容易發(fā)生塑形變形，從而卡澀，造成閥門開關(guān)困難，后更換為碳鋼內(nèi)襯F4（聚四氟乙烯）閥門效果明顯改善，我們也選取了幾個(gè)容易沖刷的點(diǎn)試用了幾臺(tái)氧化鋁和氧化鋯陶瓷閥門，試用效果不理想，主要是因?yàn)闇夭钭兓徒橘|(zhì)中夾雜的硬物容易造成陶瓷破碎。一二三效換熱器原設(shè)計(jì)為石墨換熱器，運(yùn)行兩個(gè)月就發(fā)生了泄漏，一年半之后全部報(bào)廢，整體更換，新更換的石墨換熱器20個(gè)月后也因大面積泄漏而報(bào)廢，后更換為鈦合金換熱器，基本能夠運(yùn)行三年，304材質(zhì)也有應(yīng)用，目前已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行7個(gè)月。綜上所述，脫硫裝置的設(shè)備材質(zhì)選用在設(shè)計(jì)初期就綜合考慮了各種原料、產(chǎn)品和吸收劑的化學(xué)特性，既考慮了介質(zhì)的腐蝕防護(hù)要求，也兼顧了工程投資的經(jīng)濟(jì)性。脫硫系統(tǒng)防腐蝕性能的好壞是保證脫硫系統(tǒng)能否可靠運(yùn)行的首要保障。脫硫系統(tǒng)的管道、設(shè)備可選用抗腐蝕性能好的不銹鋼、襯塑、陶瓷、玻璃鋼等材料。例如：原煙氣煙道均采用普通碳鋼；吸收塔出口的濕煙囪采用FRP材質(zhì)的濕煙囪；噴嘴是采用耐磨性能極佳旋轉(zhuǎn)空錐碳化硅霧化噴嘴；脫硫塔采用新型的鋼筋混凝土塔體替代鋼制塔體，內(nèi)襯耐磨蝕的B-P板，七年來的運(yùn)行表明，脫硫裝置的設(shè)備選材基本合理，關(guān)鍵設(shè)備吸收塔運(yùn)行十分可靠，主要問題大多出在后