淺談煙氣露點腐蝕和材料熱應力對廢熱鍋爐的雙重腐蝕

王林

摘要：中原大化集團煤化工裝置采用美國殼牌公司的 shell 氣化爐加壓粉煤的方式生產粗煤氣。采用克勞斯脫硫法來處理通過低溫甲醇洗裝置后的含硫化氫的酸性氣體，同時副產硫磺產品。其中廢熱鍋爐是煤化工生產流程中的重要裝置。本文主要針對現場廢熱鍋爐的腐蝕情況，探究了煙氣露點腐蝕和材料熱應力對廢熱鍋爐所造成的雙重腐蝕。切實提出了判斷廢熱鍋爐是否發生腐蝕或者爆管的方法。分別從工藝角度、設備角度以及目前生產運行現狀出發，基于煙氣露點腐蝕和材料熱應力這兩個因素，為防止廢熱鍋爐發生雙重腐蝕采取相對應的解決措施。

關鍵詞：廢熱鍋爐；腐蝕；煙氣露點腐蝕；材料熱應力

引言

中原大化集團煤化工裝置年產 50 萬噸甲醇，采用美國殼牌公司的 shell 氣化爐加壓粉煤的方式生產粗煤氣。經過變換和低溫甲醇洗裝置，生產出合適比例的合成氣供合成單元生產甲醇。本公司采用克勞斯脫硫法來處理通過低溫甲醇洗裝置后的含硫化氫的酸性氣體，同時副產硫磺產品。由于此方法采用部分燃燒的方式，在焚燒爐后需加一個廢熱鍋爐來使燃燒后的過程氣由 1000℃冷卻至 200℃左右，以滿足后續工序的生產要求。由此可見廢熱鍋爐是整個流程中占據著極其重要的分量。它既可以作為高溫過程氣的冷卻器，也可以為脫硫裝置來提供蒸汽。但是在實際化工生產過程中，常會因為多種原因導致廢熱鍋爐出現腐蝕、泄漏、爆管等現象，大大降低了廢熱鍋爐的工作效率，甚至會威脅到生產的安全、環保、高效進行。廢熱鍋爐的腐蝕是一個不可小覷的必須認真對待急需解決的難題。在此筆者針對現場廢熱鍋爐的腐蝕現狀進行了調研，提出了兩種可能的腐蝕方式，對二者共同作用下對鍋爐的雙重腐蝕做了探究，并相應提出了解決方案。對解決方案的效果進行了追蹤，分析了周期為 150 天的廢熱鍋爐的運行效果，對可能出現的問題進行了預估和判斷。

1. 工藝介紹及現場腐蝕調研

1.1 工藝介紹

克勞斯脫硫法是將低溫甲醇洗單元送過來的含 20%左右硫化氫的酸性氣體送至硫回收單元，其中約占總氣量三分之一的酸性氣體在焚燒爐內進行燃燒。焚燒后氣體經過廢熱鍋爐降溫冷卻到 200℃左右， 和未焚燒的氣體混合進入到克勞斯脫硫轉化爐內反應生產硫磺，大部分的硫化氫與燃燒后產生的二氧化硫反應生成硫磺產品，同時尾氣中基本不含硫化氫和二氧化硫。

該工藝流程簡單，操作方便便捷，具有極高的處理效果，處理完后的氣體基本不含有硫化氫和二氧化硫，符合國家要求標準。在工藝流程中，沒有腐蝕性液體出現，安全性能極高。將其對比于濕法脫硫相比，具有更高的安全性能。濕法脫硫焚燒后尾氣中的二氧化硫需要用硫酸來吸收，具有強腐蝕性。克勞斯脫硫法的造價低，設備簡單（碳鋼或不銹鋼即可）。而濕法脫硫的設備要求較高，需要用造價較高的玻璃鋼。宗其優點，克勞斯脫硫法在生產中具有較高的利用率。而作在工藝中起到重要作用的廢熱鍋爐，一旦腐蝕，產生的不良影響是無法估量的。

1.2 現場腐蝕調研

通過現場調研發現，廢熱鍋爐腐蝕一般發生在低溫側。由于溫度較低，容易產生低溫露點腐蝕現象，表現為廢熱鍋爐出口過程氣溫度逐漸降低，廢熱鍋爐低溫側導淋打開有凝結水持續排出，上水量增大。如果廢熱鍋爐出口溫度下降過快，則有可能發生爆管現象，低溫側導淋有大量水排出。

2. 引起廢熱鍋爐腐蝕的假設

2.1 煙氣露點腐蝕

煙氣露點腐蝕通常發生在廢熱鍋爐的低溫側管板處[1]。在焚燒爐內原料中的氫和氧氣結合生成水，大部分以霧化的形式存在。煙氣中的硫與氧氣結合生成二氧化硫，少量的二氧化硫又會與氧氣反正生成三氧化硫[2]。三氧化硫與煙氣中霧化的水蒸氣結合形成硫酸酸霧[3]。含 有硫酸的酸霧會使煙氣的露點溫度大為升高。當低溫側溫度達到硫酸酸霧的露點時，就會在管板處凝結成小液滴附著在管板上。隨著長期的積累，將會在管板處發生腐蝕。由于煙氣露點腐蝕是小液滴對管板的腐蝕，一般會呈針眼狀的小砂眼，泄露量不是很大，表現為廢熱鍋爐出口溫度緩慢降低。

2.2 材料熱應力的腐蝕

材料熱應力對廢熱鍋爐產生的腐蝕大部分會發生在低溫側的管束內，從 800-1000℃激冷到 150-200℃，在管束長度不是很長的情況下，由于材料的熱脹冷縮，使材料不斷向低溫側擠壓伸展，從而會在低溫側管板內側的管束產生擠壓彎折變形。這種情況下的腐蝕大多泄漏量較大，表現為廢熱鍋爐出口溫度急劇下降，低溫側導淋排水有大量水排出，此時應當對硫回收做停車處理，以免損壞催化劑。

2.3 現場腐蝕分析

將廢熱鍋爐后管箱打開，用水充壓試漏會發現在管板處有大量的小砂眼，而且在部分的管束邊緣會有大量的水流出，泄壓后對泄露的管束檢查發現管板邊緣處管束有彎折狀的腐蝕發生。因此斷定該腐蝕為露點腐蝕和材料熱應力對廢熱鍋爐的雙重作用導致的。

3. 解決方案

3.1 工藝方面

為防止煙氣露點腐蝕的發生，通過提高廢熱鍋爐汽包的壓力來間接提高廢熱鍋爐出口的溫度。發生露點腐蝕主要是因為有液滴的形成，通過提高廢熱鍋爐出口的溫度，使生成的硫酸酸霧以氣體的形式存在，這樣就可以避免硫酸酸霧在管板處凝結，從而可以有效防止腐蝕現象的發生。

3.2 設備方面

通過對管板處砂眼進行補焊，堆焊，堵住砂眼，增加管板厚度以減少煙氣露點腐蝕對管板的直接作用。對出現材料熱應力腐蝕的管束，直接將管束兩頭堵死，堆焊，以防止再次發生泄露現象。

4. 運行效果分析及可能的后果

經過對工藝和設備方面的改造，在此后長達 150 天長周期運行中， 再沒有出現因為廢熱鍋爐腐蝕現象而發生的停車事故。在連續穩定的操作條件下，廢熱鍋爐運行狀態良好，溫度持續穩定，產品質量較好。

由于將部分熱應力腐蝕的管束堵死，可能會造成換熱效果下降， 此次堵塞的管束遠沒有達到總管束的 10%，因此不會對換熱效果產生太大的影響。

為保證環保裝置的穩定運行，防止此類造成廢熱鍋爐泄露現象的發生，首先在工藝條件選擇上，可以在滿足條件的情況下，盡量提高廢熱鍋爐的出口溫度，以避免煙氣低溫露點腐蝕現象發生。其次，在廢熱鍋爐設計方面，考慮到熱端到冷端的溫差，盡量延長換熱管的長度，以避免材料熱應力對廢熱鍋爐的影響。

參考文獻：

[1]劉淑蕓.水管-熱管復合式廢熱鍋爐在硫酸生產中的應用[J].化工礦物與加工，2011，40（11）：38-40.