硫磺回收裝置腐蝕分析與防腐蝕措施

胡江濤 朱榮磊 張琴瑤 謝武君 盧波（中原油田普光分公司天然氣凈化廠 四川 達(dá)州 636156）

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)原油需求量有了大幅度的增加，因此加大了進(jìn)口原油的力度。但是進(jìn)口原油中許多為含硫原油，且國(guó)內(nèi)最近幾年在川東北開(kāi)采的天然氣中，也含有大量的硫，從中回收的硫磺能滿足國(guó)內(nèi)一半的市場(chǎng)需求，但加工過(guò)程中硫非常容易腐蝕設(shè)備和污染環(huán)境。迫于環(huán)境保護(hù)的需求，硫磺回收技術(shù)也得到了很快的發(fā)展，但是硫腐蝕問(wèn)題仍然是一個(gè)急需解決的突出問(wèn)題。本文就硫磺回收裝置的腐蝕原因進(jìn)行了分析，并且提出了可行的防腐蝕措施，希望對(duì)硫磺回收防腐工作有一定的參考意義。

一、硫磺回收裝置腐蝕分析

1.高溫硫腐蝕

通常，高溫硫腐蝕主要發(fā)生在裝置的高溫部位，如酸性氣燃燒爐、廢熱鍋爐出口管線、廢熱鍋爐、反應(yīng)器出口管線等等。易發(fā)生高溫硫腐蝕的含硫物質(zhì)有硫化氫、二氧化硫、單質(zhì)硫等等。當(dāng)溫度處在高于220℃的高溫時(shí)，硫化氫能夠直接與碳鋼設(shè)備中的鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成硫化鐵。在這樣的高溫環(huán)境中，硫化氫還能夠發(fā)生分解反應(yīng)，從而生成活性硫與鐵發(fā)生劇烈的反應(yīng)。高溫硫腐蝕對(duì)在線燃燒爐和尾氣焚燒爐的內(nèi)部構(gòu)件，如噴嘴、熱電偶等部位的腐蝕尤其嚴(yán)重。

2.低溫硫化氫腐蝕

低溫硫化氫腐蝕通常發(fā)生在裝置中溫度比較低的部位，例如原料氣管線、硫冷凝器出口、原料氣分液罐、再生塔頂油氣分液罐、冷卻水系統(tǒng)等等。這里的低溫通常指低于230℃。在低溫環(huán)境下，硫化氫與一些腐蝕介質(zhì)，如HCl、NH3、乙醇胺、水等，能夠共同形成腐蝕環(huán)境，其腐蝕機(jī)理可以表示如下：

3.二氧化硫腐蝕

二氧化硫腐蝕的發(fā)生部位主要有過(guò)程氣管線、液流脫氣管線、尾氣管線、捕集氣、硫冷凝器的出口等等。過(guò)程氣中含有大量的二氧化硫和少量的三氧化硫，從而容易發(fā)生低溫三氧化硫露點(diǎn)腐蝕和低溫二氧化硫露點(diǎn)腐蝕的現(xiàn)象。在水與水蒸氣存在的條件下，二氧化硫能夠生產(chǎn)亞硫酸，從而引起硫冷凝器、尾氣部分過(guò)程氣管線、捕集器、尾氣部分急冷水系統(tǒng)的腐蝕。當(dāng)溫度在200-250℃時(shí)，過(guò)程氣匯總的三氧化硫會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩幔?dāng)溫度低于110℃時(shí)，三氧化硫幾乎能夠與水全部轉(zhuǎn)化為硫酸，從而對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重的腐蝕。其反應(yīng)機(jī)理可以表示如下：

除此之外，原料中的烴類燃燒會(huì)產(chǎn)生一定量的二氧化碳，二氧化碳對(duì)設(shè)備的腐蝕機(jī)理與二氧化硫相同。

4.乙醇胺-二氧化碳-硫化氫-水腐蝕

該腐蝕主要發(fā)生在溫度比較高的部位，腐蝕的關(guān)鍵因素是二氧化碳和乙醇胺。隨著氣體濃度的提高，當(dāng)二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)在百分之二十至百分之三十之間時(shí)，對(duì)碳鋼設(shè)備的腐蝕速率能達(dá)到0.76mm/a。通常該種腐蝕發(fā)生的部位有再生塔及其塔底、氨系統(tǒng)的貧富液管線等，其中再生塔塔底的腐蝕最為嚴(yán)重。其腐蝕機(jī)理表示如下：

二、防腐措施

1.工藝方面

如果想要做好防腐工作，首先要從工藝方面入手。首先，必須做好開(kāi)停工的保護(hù)工作。當(dāng)裝置停工以后，設(shè)備管線內(nèi)部存在酸性介質(zhì)。應(yīng)該用氮?dú)獯祾卟⑶疫M(jìn)行充氮保護(hù)，保持系統(tǒng)密封性，防止?jié)窨諝膺M(jìn)入到系統(tǒng)中進(jìn)行冷凝，同時(shí)還應(yīng)該保持溫度在系統(tǒng)壓力對(duì)應(yīng)的露點(diǎn)以上。當(dāng)設(shè)備打開(kāi)檢驗(yàn)或檢修時(shí)，需要利用惰性氣體對(duì)設(shè)備進(jìn)行吹掃，從而防止酸性介質(zhì)和腐蝕性氣體的滯留而危及人身安全。對(duì)于廢熱鍋爐爐管和硫冷凝器中的腐蝕產(chǎn)物不能用水清洗，要用惰性氣體進(jìn)行清理并保持環(huán)境干燥。其次，在生產(chǎn)過(guò)程中要嚴(yán)格按照工藝指標(biāo)進(jìn)行操作，做好儀表的維護(hù)工作，保證在線分析儀器的正常運(yùn)行，并且合理配風(fēng)，從而提高硫轉(zhuǎn)化率，降低二氧化硫的產(chǎn)生量。另外，還要根據(jù)尾氣停工情況對(duì)設(shè)備進(jìn)行注氮保護(hù)，從而保持系統(tǒng)處于微正壓狀態(tài)。

2.設(shè)備方面

對(duì)設(shè)備采取一定的保護(hù)措施也是防腐措施的重要組成部分。首先要對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行外部保溫。設(shè)備殼體內(nèi)部襯里具有降低設(shè)備壁溫的作用，能夠減少高溫硫腐蝕，但是設(shè)備壁溫也不能太低，否則就會(huì)嚴(yán)重的降低設(shè)備的使用壽命。其次，在設(shè)備的選材方面也要非常嚴(yán)格。主燃燒爐廢熱鍋爐和焚燒爐蒸汽過(guò)熱器換熱管有嚴(yán)重的高溫腐蝕現(xiàn)象，因此其材質(zhì)應(yīng)該選用O6Cr18Ni11Ti，而其殼體宜采用Q245R。對(duì)于反應(yīng)器的內(nèi)件和貧富換熱器，宜采用O22Cr17Ni12Mo2材質(zhì)，冷凝器換熱管的材質(zhì)宜采用ND鋼或者雙鉬不銹鋼。

3.防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

要想達(dá)到更好的防腐蝕效果，需要進(jìn)一步進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆栏Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。例如在反應(yīng)器設(shè)計(jì)時(shí)要避免利用高應(yīng)力集中結(jié)構(gòu)，并且設(shè)置隔熱耐磨襯里和隔熱防雨罩，在燃燒爐中也應(yīng)該設(shè)置隔熱耐火襯里。為了避免露點(diǎn)腐蝕，要控制好燃燒爐的溫度，不能低于二氧化硫的露點(diǎn)溫度，在爐壁外上方要設(shè)置防護(hù)罩，從而防止環(huán)境溫度變化引起的爐壁溫度變化產(chǎn)生的腐蝕。另外，在捕集氣、液硫儲(chǔ)罐等低溫露點(diǎn)腐蝕設(shè)備中要盡量使壁溫處于露點(diǎn)溫度之下。

結(jié)論

制硫裝置雖存在硫和硫化氫、高溫、二氧化硫、二氧化碳等，常引起設(shè)施腐蝕，但只要遵重科學(xué)，按照化學(xué)反應(yīng)原理做徹底的分析，杜絕腐蝕有害的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，另外，加強(qiáng)對(duì)設(shè)施的選材和材質(zhì)的處理等，都能防止和減少制硫裝置設(shè)施的腐蝕。

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