硫黃回收裝置液硫池腐蝕與控制技術(shù)措施*

李 煌

(中國(guó)石化達(dá)州天然氣凈化有限公司，四川 達(dá)州 636156)

石化企業(yè)通常采用硫黃回收裝置將酸性氣中的硫化物轉(zhuǎn)化為硫黃進(jìn)行回收利用，液態(tài)的單質(zhì)硫收集在液硫池內(nèi)[1]。液硫池是硫黃回收裝置液硫脫氣單元的主要設(shè)施，其腐蝕環(huán)境非常復(fù)雜，腐蝕性介質(zhì)主要為液體硫黃以及少量硫化氫、硫蒸氣等，液硫池運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部為微負(fù)壓，并利用伴熱盤(pán)管保持其內(nèi)部溫度在130～160 ℃。微負(fù)壓會(huì)帶入空氣，使池底滲水，加劇腐蝕。一般在工程設(shè)計(jì)中，液硫池設(shè)置在地下，其構(gòu)造采用混凝土整體澆筑成型，內(nèi)部設(shè)置防水層、耐酸磚、“四布五油”防腐層以及蒸汽伴熱盤(pán)管等。某企業(yè)0.2 Mt/a硫黃回收裝置液硫池采用耐酸耐溫磚砌筑，并采用耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠泥進(jìn)行防腐處理。液硫池運(yùn)行2個(gè)周期后，其內(nèi)壁的各部位均出現(xiàn)不同程度的腐蝕損傷，通過(guò)分析不同部位的損傷機(jī)理及影響因素，提出有針對(duì)性的技術(shù)改進(jìn)措施，同時(shí)也為其他企業(yè)提供借鑒和參考。

1 液硫池腐蝕失效問(wèn)題

液硫池經(jīng)過(guò)硫及硫化氫等腐蝕性介質(zhì)的持續(xù)高溫侵蝕，內(nèi)壁防腐層會(huì)出現(xiàn)不同程度的損壞，同時(shí)頂部鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，嚴(yán)重時(shí)可能出現(xiàn)塌陷，池底會(huì)因滲水或伴熱盤(pán)管泄漏造成局部低溫液硫凝固和腐蝕等問(wèn)題，嚴(yán)重影響液硫池的長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行[2]。

1.1 內(nèi)壁防腐層脫落

液硫池內(nèi)部“四布五油”防腐層多采用耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠泥(主要成分為氟樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂等)及無(wú)蠟玻璃纖維布交叉涂覆而成。有機(jī)涂料長(zhǎng)期使用會(huì)老化開(kāi)裂，導(dǎo)致防腐層失效，硫化氫和氧氣等腐蝕性介質(zhì)穿過(guò)防腐層，對(duì)混凝土等結(jié)構(gòu)造成腐蝕。在池內(nèi)壁的液硫液位處，由于涂料長(zhǎng)期處于氣液交替狀態(tài)，且壁溫不斷波動(dòng)，涂料易首先出現(xiàn)老化脫落。液硫池內(nèi)壁防腐層脫落情況見(jiàn)圖1。

圖1 液硫池內(nèi)壁防腐層脫落情況

1.2 池底滲水及伴熱盤(pán)管腐蝕穿孔

液硫池在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中存在池體沉降現(xiàn)象，造成底部防水層失效和嚴(yán)重滲水，滲水情況見(jiàn)圖2。當(dāng)有液態(tài)水存在時(shí)，硫黃發(fā)生歧化水解反應(yīng)，生成硫化氫和硫酸。硫酸浮于液硫表面，對(duì)液面附近金屬設(shè)備造成腐蝕，腐蝕形貌以環(huán)狀腐蝕為主[3]。根據(jù)液硫停留時(shí)間的不同，液硫池的液面高度也會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致液硫脫氣泵夾套筒節(jié)、蒸汽伴熱盤(pán)管及空氣鼓泡管等部位出現(xiàn)腐蝕，其中蒸汽伴熱盤(pán)管腐蝕嚴(yán)重，局部出現(xiàn)穿孔。當(dāng)液硫池密封不嚴(yán)時(shí)，氧氣進(jìn)入池內(nèi)氣相空間，會(huì)進(jìn)一步加劇腐蝕。

圖2 液硫池底部滲水情況

1.3 頂部混凝土脫落露筋

液硫池內(nèi)壁防腐層開(kāi)裂、脫落后，含硫腐蝕介質(zhì)和水蒸氣共同作用，對(duì)頂部混凝土造成嚴(yán)重腐蝕，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)脫落、露筋等問(wèn)題，使頂部鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，嚴(yán)重影響液硫池的安全穩(wěn)定運(yùn)行。液硫池頂部混凝土脫落情況見(jiàn)圖3。

圖3 液硫池頂部混凝土脫落情況

2 液硫池腐蝕控制措施

液硫池腐蝕的主要原因：有機(jī)防腐層老化失效后，高溫酸性介質(zhì)的腐蝕造成混凝土等結(jié)構(gòu)損壞；在液流池停工階段，液硫液位降至最低，殘留的液硫凝固，地下水大量滲入液硫池，形成潮濕的硫黃腐蝕環(huán)境，造成伴熱管線腐蝕穿孔，使液硫池?zé)o法再次開(kāi)工運(yùn)行。為徹底解決液硫池腐蝕問(wèn)題，對(duì)液硫池內(nèi)部防腐層進(jìn)行改造，采用316L不銹鋼板箱體替代原有防腐層結(jié)構(gòu)，以確保液硫池長(zhǎng)周期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1 底部改進(jìn)措施

由于液硫池底部存在滲水情況，一旦滲水積聚過(guò)多易造成地下水浮力增大，可能會(huì)使不銹鋼箱體整體開(kāi)裂損壞。先將底部防腐層清理干凈，再重新采用混凝土將其按照一定坡度找平，同時(shí)在混凝土中開(kāi)出米字型通道，通道匯總在每個(gè)分區(qū)域內(nèi)固定點(diǎn)，在該固定點(diǎn)使用DN50管道連通至液硫池外部。在液流池運(yùn)行過(guò)程中，液硫伴熱會(huì)將滲入的地下水蒸發(fā)變成水蒸氣，通過(guò)管道排氣放空，可有效避免因地下水積聚而造成的箱體損壞。在液硫池底部整體鋪設(shè)不銹鋼板，并焊接支撐框架，在液硫流向處設(shè)置通道，確保通暢。

2.2 壁板改進(jìn)措施

先清除液硫池側(cè)壁上損壞的防腐層及硫黃，并采用50 mm×50 mm不銹鋼方鋼作為支撐框架固定于側(cè)壁，再將不銹鋼板分塊滿(mǎn)焊于方鋼框架。若不銹鋼板與方鋼框架不匹配，應(yīng)在不銹鋼板上開(kāi)槽與方鋼進(jìn)行補(bǔ)焊連接。在液硫池側(cè)壁中下部焊接錨固釘，在不銹鋼板與池壁之間澆筑混凝土，起到固定不銹鋼箱體的作用，避免地下水浮力對(duì)箱體的損壞；同時(shí)加固方鋼，避免因不銹鋼板熱膨脹而造成方鋼脫落或池壁大面積脫落[4-6]。

2.3 頂部改進(jìn)措施

清除液硫池頂部損壞的防腐層及硫黃，如果混凝土已經(jīng)損壞則按照原要求進(jìn)行修復(fù)。采用不銹鋼角鋼作為支撐框架，將其固定于液硫池頂部轉(zhuǎn)角，再將不銹鋼板分塊滿(mǎn)焊于角鋼框架。

2.4 其他改進(jìn)措施

液硫池隔墻同樣采用不銹鋼方鋼框架固定，全部采用不銹鋼板鋪設(shè)。人孔爬梯全部替換為不銹鋼爬梯焊接于側(cè)壁板。人孔蓋板覆蓋不銹鋼板，安裝完畢后用瀝青或水泥將縫隙密封。伴熱管線材質(zhì)由304L升級(jí)為316L。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果

改造后的液硫池運(yùn)行兩年半后，對(duì)不銹鋼箱體的耐腐蝕性能、防滲水性能及完整性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示，不銹鋼箱體完好、表面無(wú)腐蝕，箱體內(nèi)無(wú)滲水，伴熱管線無(wú)腐蝕，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)需求，見(jiàn)圖4。

圖4 不銹鋼箱體內(nèi)部腐蝕情況

4 結(jié) 論

(1)液硫池內(nèi)壁采用不銹鋼箱體后，避免了地下水的滲入，隔絕了硫蒸氣、單質(zhì)硫與水反應(yīng)形成的酸性介質(zhì)腐蝕環(huán)境，明顯減輕了液硫池內(nèi)部的腐蝕，避免了可能存在的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

(2)由于不銹鋼板與混凝土熱膨脹系數(shù)差別較大，可能會(huì)出現(xiàn)混凝土脫落或者不銹鋼焊縫開(kāi)裂情況，需要進(jìn)行后續(xù)觀察。