殼牌煤氣化裝置的常見腐蝕及策略

夏多亮

（同煤廣發化學工業有限公司,山西 大同 037000）

引 言

就目前我國煤炭市場的現狀來看,使用最多的煤氣化裝置是殼牌煤氣化裝置,所以針對殼牌煤氣化裝置進行研究,對于整個煤炭市場中的企業而言,都具有重要的意義。隨著殼牌煤氣化裝置使用率的提升和普及度的提高,殼牌煤氣化裝置的使用問題逐漸暴露出來,尤其是腐蝕問題的產生,需要我們予以關注和重視［1］。

1 殼牌煤氣化裝置工藝概述

1.1 殼牌煤氣化裝置工藝主要流程

殼牌煤氣化裝置的主要構成包括氣化爐、合成氣冷卻器、廢熱鍋爐、激冷管、輸氣管等。在殼牌煤氣化裝置運行當中,需要先將碎煤磨成煤粉,然后進行干燥和加壓處理,將其輸送到氣化爐當中,與氧氣及水蒸氣的混合物反應,發生部分氧化反應,同時將氣化的壓力保持在3MPa～4.1MPa,溫度保持在1 400℃～1 600℃。經過高溫處理之后,氣體在激冷氣入口與激冷循環氣混合,被冷卻到900℃,然后通過輸氣管被送到合成氣冷卻器中,之后經過回收、除塵和洗滌,合成甲醇、氨等產品。其他熔渣會排泄到氣化爐的底部,經過淬冷形成微小玻璃顆粒,通過除渣系統清除。

1.2 殼牌煤氣化裝置工藝主要特點

氣化爐的結構較為復雜,一般情況下,氣化爐、輸氣管、合成氣冷卻器三個部分都是連接成為一個整體的,而在激冷段、輸氣管、合成氣冷卻器上共計裝有58個敲擊器,由于需要動靜結合,因此使其密封存在較大的難度。在煤氣化裝置中,存在著較多的疲勞設備,所以管理難度相對較大,同時在氣化裝置中,其儀表點、復雜邏輯和控制回路較多,使得儀表管理以及工藝控制的難度大大增加。最后,粗煤氣的成分較為復雜,而且粗煤氣是濕氣,所以又增加了腐蝕和泄漏的概率［2－3］。

2 激冷氣壓縮機的腐蝕及策略

2.1 激冷氣壓縮機的腐蝕原因

針對激冷氣壓縮機的腐蝕問題,需要通過檢驗的方式對其產生原因進行深入剖析。調查人員對激冷氣壓縮機中的腐蝕物進行了化學試驗,發現其中的腐蝕化學物主要成分是FeS,其次是硫化物、氯化銨結晶物、鐵碳酸鹽。通過對這些腐蝕化學成分的進一步分析,找到了激冷氣壓縮機出現腐蝕問題的根本原因。一方面,殼牌煤氣化裝置中所使用的原料煤有氯、硫等化學元素,在高溫合成的作用下,就會產生 H2S、NH4Cl、HCL、H2CO3等各類腐蝕物質。此后,經過一系列的循環輸送,就會對激冷氣壓縮機產生直接的腐蝕。其次,如果在入口的地方采用了濕法、干洗除塵的方式進行洗滌,就會產生兩股冷熱氣體,而冷熱氣體混合之后,溫度在200℃以下,就會產生化學反應,導致氯化銨發生露點腐蝕；再次,在停車或開車的狀態下,激冷氣壓縮機的溫度驟降會導致水蒸氣冷凝,進而出現局部液相環境。這給腐蝕的產生創造了條件,提供了產生腐蝕的可能。第四,如果在激冷氣壓縮機使用過程中碳鋼、不銹鋼等材質的材料使用過多,例如在入口處的緩沖罐中用到了316L材質,由于不銹鋼對氯離子十分敏感,因此其極易產生氯化物的點腐蝕或者晶間腐蝕。在此情況下,一旦進入到水環境中,就會合成CO,產生碳酸物質,對激冷氣壓縮機系統產生腐蝕,損壞煤氣化裝置,或者造成管道堵塞,嚴重時就會直接導致煤氣化裝置故障,引發安全事故。

2.2 激冷氣壓縮機的腐蝕應對策略

就目前的研究情況來看,針對激冷氣壓縮機腐蝕問題的解決措施仍然還在不斷探索和完善的過程當中,當前已有的應對策略主要有以下幾種。第一,采用更加優質的材料。就目前市場上所售的材料來看,825材料是一種不錯的選擇。這種材料在應對腐蝕問題方面具有較好的性能。但是另一方面,采用825材料的成本也會相應提高,并且在制作工藝、焊接等方面也有發生改動。所以,具體采用哪種材料,采用多少,還需要根據實際情況綜合考慮。目前用到最多的方案是碳鋼材料與825復合管結合運用。第二,在除霧器的絲網上采用825材料。第三,對煤氣化裝置或者激冷氣壓縮機進行優化設計,試圖通過設計和操作上的改良來防范腐蝕問題的產生,比如對入口溫度進行控制,使其保持在200℃以上,從而避免激冷氣壓縮機系統產生腐蝕現象。另外,還可以對進口管線伴熱保溫,防止管線當中的液相析出。最后,在停車部位,可以適當增加吹掃的次數和時間,從而對激冷氣壓縮機中的積水進行更為充分的排除,保持環境干爽,有效降低腐蝕產生的可能性,同時還能夠最大限度地延長激冷氣壓縮機的使用壽命。

3 合成氣在洗滌之時出現腐蝕的策略

3.1 合成氣在洗滌之時出現腐蝕的原因

在殼牌煤氣化裝置當中,濕法洗滌是非常重要的一道工序,同時也是設備是否能夠正常運行的關鍵所在,是衡量產品質量的一個重要標準。但是經過大量的調查研究發現,如今企業當中所用到的殼牌煤氣化裝置,普遍存在洗滌腐蝕的問題,而且影響到了后續裝置運行的安全性和穩定性,部分殼牌煤氣化裝置因為洗滌腐蝕的問題已經停止生產進入檢修狀態。由此可以看出,在洗滌過程中發生的腐蝕現象也是殼牌煤氣化裝置中常見且亟待解決的問題。研究發現,洗滌塔大多是被堿腐蝕或者氯化物的結晶所腐蝕的,并且由于這些原因所形成的腐蝕無法通過物理方法進行解決。目前很多企業都通過低壓蒸汽的方式進行污垢的清除。但是從本質上來看,堿垢的出現幾乎都是因為NaOH堿溶液過多而造成的,進而致使碳鋼受到電化反應而遭受腐蝕。由此一來,就在洗滌器當中留下了結垢,影響到洗滌器的洗滌性能。事實上,如果堿量沒有把握好,在高溫環境當中,碳鋼就會產生堿脆現象。不僅如此,在煤氣化裝置運行狀態中,洗滌塔底部以及管道的豎直段、水平段彎頭焊口處還會出現泄漏的現象。雖然泄漏難以通過肉眼直接觀察到,但是久而久之會在小孔的周圍出現晶體狀物質,即氯離子的晶間腐蝕。

3.2 合理控制堿量

針對合成氣在洗滌之時出現腐蝕的問題,目前已得到應用的策略主要有以下幾種。第一,控制堿量。當前對堿量的控制主要通過采用抗堿腐蝕的計量器進行量的精確把握,從而確保堿液不會添加過多,預防堿垢現象的發生。另外,在開停時,要在增加N2加熱次數的基礎上進行洗滌塔的吹掃,同時加強吹掃的次數和力度。不僅如此,在日常工作當中,還需要安排專門的時間對管道中的腐蝕物進行定期清理,確保設備運行狀態的良好。

3.3 合理控制工藝

其次,還需要重視對循環水的pH值的控制和把握,最好是將pH值保持在6.5～8.0的范圍之內,避免氯化物腐蝕問題的發生。而且在滿足工藝條件的前提下,可以采用防腐蝕的緩蝕劑,通過對緩蝕劑的利用來減緩腐蝕發生的速度,從而增強對腐蝕的抵抗能力。此外,還需要重視對各項工藝指標的把握和控制,根據實際情況采取最優質的材料和設備工具,最好是使用低碳鋼,從而有效預防氯化物的晶間腐蝕。

4 結語

殼牌煤氣化裝置中常見的腐蝕問題主要是激冷氣壓縮機的腐蝕現象以及合成氣在洗滌之時出現的腐蝕問題。本文在介紹了殼牌煤氣化裝置主要工藝流程及特點的基礎之上,針對這兩種腐蝕問題分別進行了原因剖析和策略探討,希望能夠在為讀者提供幫助的同時也為我國殼牌煤氣化裝置更科學的使用獻言獻策。

參考文獻：

［1］ 郭振東,王方亮.殼牌煤氣化制氫變換裝置開車運行分析［J］.廣州化工,2013,41（15）：211－212,291.

［2］ 朵貴平.殼牌煤氣化關鍵設備淺析［J］.城市建設理論研究（電子版）,2013（35）：77.

［3］ 盧乙試.煤氣和工藝冷凝液中氯化氫的測定［J］.河南化工,2012（10）：49－50.