酸性氣制硫酸裝置中降低腐蝕的保溫結構

王向寧,程紹杰,康 平

(中海石油煉化有限責任公司海工英派爾工程有限公司，山東 青島 266061)

酸性氣制硫酸裝置中降低腐蝕的保溫結構

王向寧,程紹杰,康 平

(中海石油煉化有限責任公司海工英派爾工程有限公司，山東 青島 266061)

硫酸裝置中主要介質為含SO2和SO3的工藝氣體，當溫度低于氣體或酸的露點時，這些氣體會冷凝為硫酸，對設備、管道中所有常規類型鋼(包括不銹鋼)產生強烈的腐蝕，在高溫下腐蝕性更強,因此，做好設備和管道的外部保溫對整個裝置的防腐蝕起著至關重要的作用。常規的保溫支撐結構在硫酸裝置中是不適用的。改進后的保溫支撐結構由固定錨、熱障和連接鋼組成，允許設備和管道的熱膨脹,不影響保溫層(包括外部保溫外皮)的性能，且無熱量傳導。硫酸裝置保溫要做好防水,避免特殊部位形成設備冷點。對硫酸裝置的保溫結構做了詳細介紹，這種保溫結構可以保證設備的保溫效果，減少熱量傳導，避免設備外壁產生冷點從而造成設備露點腐蝕。

酸性氣制硫酸 腐蝕 保溫 防護

1 概 述

隨著政府各級環保監管部門對SO2和硫酸霧排放監管力度的加大，酸性氣回收裝置對煙氣排放的要求越來越高。酸性氣制硫酸裝置(簡稱硫酸裝置)不僅能滿足新頒布的GB 31570—2015《石油煉制工業污染物排放標準》的要求,同時副產的大量中壓過熱蒸汽還可以起到彌補全廠中壓蒸汽的作用,因此硫酸裝置在各化工企業以及煉油企業中大受歡迎。然而由于硫酸裝置中主要介質為含SO2和SO3的工藝氣體[1]，當溫度低于氣體或酸的露點時，這些氣體會冷凝為硫酸，對設備、管道中所有常規類型鋼(包括不銹鋼)產生強烈腐蝕，在高溫下腐蝕性更強，見圖1。

圖1 法蘭泄漏引起的腐蝕

為了防止冷凝和后續腐蝕，裝載工藝氣體的設備和管道的金屬表面溫度必須始終高于氣體或酸氣的露點，因此做好外部保溫對整個裝置的防腐蝕起著至關重要的作用[2]。

2 常規保溫支撐形式

除了要保證保溫層的厚度以及質量以外，也要保證保溫支撐的結構質量。常規的保溫支撐方式用焊接到設備本體的保溫支撐圈(通常是扁鋼或者角鋼)來支撐保溫棉，保溫支持圈的寬度為保溫厚度或者略小，保溫棉外面加保溫外皮防護(見圖2)。

圖2 常規保溫支撐結構

這種形式的保溫支持圈直接焊接到設備外表面，設備熱量會通過支撐圈傳導到大氣中，使得設備或管道外表面溫度驟降。如果溫度降低至工藝氣體的露點將引起嚴重腐蝕(見圖3)，破壞設備或者管道。這種常規的保溫支撐結構在硫酸裝置中是不適用的。

圖3 傳統保溫支撐結構及露點腐蝕

3 改進后的保溫支撐結構

常規的保溫支撐結構不能滿足硫酸裝置的需求，為了降低保溫支撐結構不合理引起的設備和管道腐蝕，應對保溫支撐結構進行改進。由于硫酸裝置操作溫度高，保溫材料厚度大且不允許有熱量流失，因此改進后的保溫層固定支撐除了必須允許設備和管道的熱膨脹、不影響保溫層(包括外部保溫外皮)的性能外，還不允許有熱量的傳導。為實現這一目的，將保溫支撐結構分為固定錨、熱障和連接板(見圖4和圖5)。

圖4 改進后的保溫支撐結構

固定錨由扭曲90°的30 mm×3mm的扁鋼支撐，長度為1/3的保溫厚度，扭曲以后的扁鋼承壓能力增強。扁鋼固定錨也可以用φ2～3 mm的退火鋼銷代替。 固定錨沿圓周和長度方向均勻分布，長度方向固定錨之間的最大間距不超過1 000 mm，圓周方向固定錨之間的弧長最大不超過300 mm。固定錨和連接板之間增加熱障，熱障由不傳熱的材料制成(為厚度3～4 mm的非金屬墊片)。固定錨、熱障和連接鋼用鉚釘加以固定。

圖5 現場保溫支撐結構

4 保溫外防護

4.1 防水層

做好保溫支撐后，必須采取一切措施避免水進入保溫層，如果雨水滲漏進保溫層會導致金屬表面出現冷點，造成腐蝕(見圖6)。因此需在保溫棉外部增加防水層，防水層材料可以使用一層最小厚度為0.05 mm的鋁箔或瀝青覆蓋。防水層的所有接縫(圓周和縱向)都必須重疊至少50 mm，并用膠帶密封。

圖6 保溫進水引起的腐蝕

4.2 保溫外皮

保溫外皮必須完全防水，其接縫必須重疊至少50 mm，接縫必須使用不銹鋼密封鉚釘和自攻螺釘固定，最大間距為150 mm。為螺釘或鉚釘鉆孔時應格外小心,避免損壞防水材料。所有穿透保溫外皮的部件，包括自攻螺絲安裝時都要防止進水導致電化學腐蝕。

4.3 防水板和密封膠

在保溫層中斷或刺入的所有點，必須確保防水層和保護層的完整性。這在管口、軸承和閥門上的執行器等位置附近尤為重要。保溫材料不可以在任何連接處外露，所有中斷位置都應該覆蓋防水板。

保溫外皮不能完全防止進水時，應該使用密封膠泥進行密封(如硅樹脂化合物)。密封膠必須是防水并且不因天氣影響而硬化的類型，并且有良好的黏性。

5 特殊部位的保溫

5.1 水平頂部表面

硫酸裝置中介質為工藝氣的設備和方形管道上的所有頂部表面都必須傾斜至少5%，以避免保溫外皮上積水從而增加水進入保溫層的風險。此外,對于在安裝和維護期間可能踩踏和碰撞的設備和管道上的頂部表面，必須采取額外加強措施以避免損壞保溫層。

5.2 人孔等管口的保溫

設備中的人孔、手孔和檢查孔等需要開啟的管口，也需要同設備筒體一樣保證保溫厚度和質量，如果這些部位的保溫做不好也會導致設備產生冷點進而造成腐蝕。為了確保在停工檢修時可以順利打開人孔、手孔和檢查孔，這些部位的保溫需做成可拆卸的保溫結構(見圖7)。

圖7 人孔、手孔和檢查孔的保溫

5.3 吊耳和耳座等外伸部件保溫

通常在硫酸裝置中介質為工藝氣的設備上不允許設置長度超過100 mm的外伸部件，熱量會通過外伸部件往外傳導，使設備外壁產生冷點進

而造成腐蝕。一般情況下吊裝時的吊耳在設備安裝就位后應割除，如果不割除，此部位的保溫厚度應不小于設備本體的保溫厚度。

同樣此類設備的耳座等支撐如果不保溫也將會造成設備外壁熱量流失(見圖8)，從而使設備產生冷點造成腐蝕。因此設備的耳座也應同設備筒體一樣進行保溫，保溫厚度不應小于設備本體的保溫厚度，以避免產生冷點，造成腐蝕。

圖8 耳座未保溫時熱量傳導情況

6 結 論

(1)硫酸裝置中主要介質為含SO2和SO3的工藝氣體，當溫度低于氣體或酸的露點時，這些氣體會冷凝為硫酸，會對設備、管道中所有常規類型鋼(包括不銹鋼)產生強烈的腐蝕，在高溫下腐蝕性更強。因此,做好外部保溫對整個裝置的防腐蝕起著至關重要的作用。

(2)常規的保溫支撐結構在硫酸裝置中是不適用的。改進后的保溫支撐結構由固定錨、熱障和連接鋼組成，這種形式允許設備和管道的熱膨脹、不影響保溫層(包括外部保溫外皮)的性能外，且無熱量傳導。

(3)硫酸裝置中保溫要做好防水。特殊部位的保溫要特別注意減少熱量傳導以免造成設備冷點腐蝕設備。

[1] 王愛群，陳美紅.用硫化氫氣體制造硫酸[J].硫酸工業，2001(3):21.

[2] 杜榮熙.硫磺回收裝置的腐蝕與防護[J].化工設備與防護,2002,5(4):187-192.

(編輯 寇岱清)

Thermal Insulation Structure for Reducing Corrosion in Sulphuric Acid Production From Acid Gas

WangXiangning,ChengShaojie,KangPing

(COOEC-ENPALEngineeringCo.,Ltd.,Qingdao266061,China)

Process gases containing SO2and SO3is the main medium in sulphuric acid plant, which can be condensed into sulfuric acid when temperature is lower than the dew point of acid or gas, and hence produce strong corrosion to all conventional types of steel (including stainless steel) in equipment and pipeline, especially under high temperature. The exterior insulation of equipment and pipeline is crucial in the corrosion protection of the whole device. The conventional thermal insulation support structure is not applicable in sulfuric acid plant. Improved insulation support structure is composed of a fixed anchor, thermal barrier and connecting steel, which can withstand the thermal expansion of equipment and piping, in addition, the structure has no effect on the insulation layer (including external insulation sheath) and no heat conduction. Good waterproofing is important in the insulation of sulfuric acid plant, in particular, special attention has to be paid to special parts so as to avoid cold point corrosion to equipment. Insulation structure of sulfuric acid plant is introduced in detail and it can ensure the insulation effect of the equipment, reduce the heat conduction and avoid the cold point corrosion resulted from the external wall of equipment.

sulphuric acid production from acid gas, corrosion, thermal insulation, protection

2016-06-16；修改稿收到日期：2017-01-06。

王向寧(1981-)，工程師，碩士，青島科技大學機電工程學院畢業，現在該公司設備室工作。E-mail:wangxn7@cnooc.com.cn