國外某燃氣聯合循環電站項目硫酸罐的修復及啟示

郝寶良 陳小明

摘 要：國外某燃氣聯合循環電站項目的循環水加藥裝置分為濃硫酸加藥系統、次氯酸鈉加藥系統和阻垢劑加藥系統。其中濃硫酸加藥系統在運行過程中，硫酸罐及管道的內部襯膠出現了嚴重腐蝕問題。本文通過對該問題進行了分析，并介紹了修復方法，希望對類似罐體的處理有參考價值。

關鍵詞：硫酸;硫酸罐;鈍化膜

1.引言

國外某燃氣聯合循環電站采用二拖一方式布置，主要設備為兩臺西門子生產的SGT6-5000F（4）型燃氣輪機，兩臺西門子提供的SGen-1000A開放式空冷發電機，兩臺杭州鍋爐廠生產的三壓、無補燃、自然循環余熱鍋爐，型號NG-SGT6-5000F，一臺哈爾濱汽輪機廠生產的LN183-12.5/2.56/0.45/565/565/316型汽輪機，一臺哈爾濱電機廠生產的QFKN-200-2-60型空冷發電機。機組在燃油模式下額定出力為470MW，在燃氣模式下額定出力為540MW。該燃氣聯合循環電站的凝汽器冷卻水為循環水，采用機械通風冷卻塔來冷卻循環水回水。循環水的水源來自井水，硬度相對較高，容易結垢。該聯合循環電站的循環水系統配置了硫酸加藥系統、緩蝕劑和阻垢劑加藥系統、次氯酸鈉加藥系統。

本文介紹和分析了該燃氣聯合循環機組的硫酸加藥系統在運行過程中出現的硫酸罐內部襯膠腐蝕問題，并簡單介紹了修復方法，希望對類似罐體問題的處理有參考價值。

2.硫酸加藥系統概述

該硫酸加藥系統包括一個15m3硫酸罐、兩臺硫酸泵及控制裝置、泵入口濾網、管道、閥門、儀表等。該硫酸罐的設計儲存能力為滿足機組滿負荷運行1個月，根據循環水的流量和PH值等參數，該硫酸加藥系統能夠自動連續地向循環水冷卻塔水池加藥。該硫酸加藥系統的硫酸罐由碳鋼襯膠，硫酸罐頂部有干燥器、超聲波液位計、硫酸加藥口、溢流口，底部有排污管道及閥門，硫酸罐側面有就地磁翻板液位計。硫酸加藥系統的工藝流程示意圖如下。

該硫酸加藥系統的介質為濃硫酸，設計質量分數為98%。硫酸是一種高沸點難揮發的強酸，易溶于水，能以任意比例與水混溶。在濃硫酸中含有大量未電離的硫酸分子，這使得濃硫酸具有吸水性、脫水性和強氧化性等性質。硫酸罐內的濃硫酸被局部稀釋后，在罐內會產生氫氣，因此，硫酸罐的儲存管理要求較高。

3.硫酸加藥系統在運行中出現的問題

該硫酸加藥系統在實際運行一段時間后，出現了硫酸泵及管道堵塞問題，在進一步檢查后，發現硫酸罐出口管道也存在堵塞，堵塞的物質主要為黑色的橡膠雜質。將硫酸罐底部的出口管道疏通后，從管道里流出黑色液體。

將硫酸罐內的濃硫酸液體倒換到其他容器后，檢查發現濃硫酸液體已經變成黑色，且含有大量的黑色雜質。硫酸罐的內部下半部分的襯膠全部腐蝕，腐蝕形成的雜質沉淀在硫酸罐的底部。這些雜質通過硫酸罐出口管道進入道硫酸加藥系統中，造成了整個硫酸加藥系統的堵塞。

下圖為硫酸罐的下半部分的內襯膠腐蝕后的照片：

4.硫酸罐內部襯膠腐蝕嚴重的原因分析

4.1硫酸罐選材

碳鋼在硫酸中的速度受硫酸濃度、溫度等影響。在常溫下，碳鋼在濃硫酸中，能夠發生硫酸中的腐蝕速率見下圖所示：

從上圖中可以看到，在38℃以下，碳鋼在濃度為93%-98%的硫酸中的腐蝕率在一個很低的水平。該項目的環境溫度為33℃，在該氣溫下，碳鋼在濃度為98%的濃硫酸中的腐蝕率小于5mpy（0.125mmpy）。

該硫酸加藥系統的硫酸罐由碳鋼制造，內壁上有襯膠。目前國內市場上，大部分的硫酸罐也都采用碳鋼制造。這是因為濃硫酸具有強氧化性，會與鐵等金屬發生鈍化作用，在金屬表面形成致密的鈍化膜，起到隔絕反應物的作用，保護膜內的金屬。

設計院在硫酸罐的碳鋼內壁又設計了襯膠，厚度為3/16英寸，設計院考慮利用內襯氟橡膠，能耐濃硫酸，也能適用濃硫酸水稀釋后濃度下降。

4.2硫酸罐內部襯膠腐蝕嚴重的原因分析

該項目在出現了硫酸罐內部襯膠腐蝕問題后，經過對該問題進行核查，發現造成硫酸罐內部襯膠腐蝕的原因主要有幾個：

一個主要原因是硫酸罐內襯材質問題，設計文件只提到碳鋼襯膠，未明確為氟橡膠，硫酸罐廠家在硫酸罐內襯橡膠的材質上存在問題，采用的是丁腈橡膠，未使用耐濃硫酸的氟橡膠。氟橡膠可以一定程度上耐濃硫酸，其他大部分橡膠，如丁腈橡膠、丁基橡膠、氯丁膠、硅橡膠等均不耐濃硫酸。

另一個可能的原因是，橡膠有一定使用壽命，硫酸罐經過長時間使用后，硫酸罐內壁襯膠就有可能需要損壞。

4.3選擇硫酸罐修復方案需要的考慮因素

根據濃硫酸的特性，以及碳鋼在濃硫酸中的腐蝕速率的影響因素，在選擇硫酸罐修復方

案時需要考慮如下幾點：

由于濃硫酸具有吸水性，需要對硫酸罐頂上的干燥器，之前的舊的干燥器已經無法起到作用，且該干燥器還需要定期更換。

需要考慮由于硫酸罐戶外布置，硫酸罐在陽光曝曬下，硫酸罐外壁和內部的溫度要比環境溫度高很多，能超過50℃以上。隨著溫度上升，加快了碳鋼在硫酸中的腐蝕速率，影響到硫酸罐的使用壽命。

5.硫酸罐修復

5.1硫酸罐修復方案選擇

根據對硫酸罐內部襯膠嚴重腐蝕的問題的評估分析，以及結合硫酸罐實際的工作環境，項目各方經過討論，提出了三個處理方案。方案1是在現有的硫酸罐里，內壁除銹，拋光后，利用膠把四氟板粘在罐內壁上。方案2是取消循環水的硫酸加藥系統。方案3是清理硫酸罐內壁襯膠，給硫酸罐新建一個硫酸罐頂棚。

由于上述方案1工藝復雜，成本較高，且當地無能力進行罐內襯四氟工藝，又考慮到氟橡膠使用壽命也不太長，所以方案1未采用。

方案2為取消循環水的硫酸加藥系統系統。在很多項目的循環水的加藥系統中都沒有采用硫酸加藥系統。該項目之所以采用濃硫酸，主要是因為設計院考慮到當地的水源都來自井水，硬度較高。加硫酸可以起到軟化作用，同時還可以調整循環水的PH值。所以方案3也沒有采用。

方案3為清理硫酸罐內壁上的襯膠，更換硫酸罐頂部的干燥器，并且給硫酸罐新建一個硫酸罐頂棚。由于該硫酸罐為臥式的小型硫酸罐，碳鋼厚度也有12mm，滿足GB150和ASME標準要求，可以用繼續用來儲存98%的濃硫酸。新建硫酸罐頂棚可以保持硫酸罐周圍的溫度在33℃左右，可以有效降低碳鋼在濃硫酸中的腐蝕速度。

該項目組經過綜合評估，選擇了上面的方案3來實施硫酸罐的修復。

5.2硫酸罐修復施工

在明確了硫酸罐修復方案后，該項目進行了硫酸罐修復施工。主要的展開的修復工作有以下方面：

1）徹底清理硫酸罐內部的襯膠，同時對內壁清理除銹;

2）更換硫酸罐的干燥器;

3）對硫酸加藥系統的管道、閥門等進行更換，把碳鋼襯膠的材質的管道、閥門等全部更換為碳鋼;

4）聯系當地公司處理已經變壞的濃硫酸，同時重新采購濃硫酸;

5）設計新增的硫酸罐頂棚圖紙，并完成土建和安裝工作;

6）加強硫酸加藥系統的生產管理，

5.3硫酸罐修復后的效果

該項目的硫酸罐經過修復后重新投用，經過一段時間觀察，循環水的硫酸加藥系統運行正常，已經很少再發生堵塞情況，這證明了硫酸罐修復工作是成功的。硫酸罐的修復，一方面確保了循環水的加藥系統正常運行，有效改善了循環水的水質，保證了機組的安全運行。另一方面，相比硫酸罐修復以前，大大降低了人工維修成本，收到了較好的經濟效益。

6.硫酸罐修復的啟示

從該項目的硫酸罐修復中，有很多經驗教訓值得學習。首先，在發現設計院提供的設計方案不太合理，不適用當地的環境時，項目各方應及時提出，及時糾正錯誤。對于設計文件中不清晰的，項目各方應該澄清清楚，而不應該讓設備廠家自由發揮。其次，加強項目精細化管理。落實管理責任，將管理責任具體化、明確化，每個管理者應盡職盡責。關注細節，減輕項目實施的風險。

參考文獻

[1] 潘前友. 湖山鈾礦項目大型硫酸罐修復及啟示. 有色設備，2019（5）：64-68.