酸性氣田液硫池內壁防腐技術

中國石化中原油建工程有限公司普光氣田

酸性氣田液硫池內壁防腐技術

梁明貴

中國石化中原油建工程有限公司普光氣田

普光氣田H2S平均含量高達15%，由此導致的硫磺回收裝置的腐蝕問題日益突出。采取科學的防護措施，使用新一代超強高溫抗腐蝕新型材料,有效地解決了液硫池內壁的腐蝕問題，確保了普光氣田安全平穩運行。新型抗腐蝕材料FHW系列耐高溫防腐結構膠主要由進口氟樹脂、改性樹脂、特種強化樹脂共聚物、偶聯劑和部分納米材料組成，采用IPN原理化合制成，其特點是集粘接與防腐于一身，從而使防腐層形成高度致密的交聯立體結構，屬厚漿型雙組分重防腐材料。經過對比，最終選用FHW62和FHW62-01耐高溫防腐結構膠作為液硫池內壁防腐用膠泥。天然氣凈化廠液硫池內壁防腐層施工采用“一底三布四涂”一次成型的工藝，保證液硫池內壁防腐層在通蒸汽加溫后不出現發黏、脫落、起皮現象，并且在80～150℃的環境中耐液硫腐蝕。施工完工后用加溫的方式檢測防腐涂層完好，解決了液硫池內壁的防腐問題，為凈化廠回收裝置穩定運行提供了重要保障。

酸性氣田；硫磺回收裝置；施工工藝；質量控制；液硫池；防腐材料

引言

近年來,隨著高含硫酸性氣田的不斷開發利用，硫磺回收裝置的規模越來越大，其腐蝕問題也日益突出。因高溫氧化、硫化腐蝕等造成的破壞尤其嚴重，回收H2S氣體對減少環境污染有重要意義。因此，了解和分析硫磺回收裝置的腐蝕類型，采取相應的防護措施，是保證硫磺回收裝置長期安全運行的關鍵。

液硫池內壁直接與液體硫磺接觸，腐蝕性較大，工作溫度在130～160℃之間，屬于高溫環境，如果處理不當就會出現液硫池表面的損壞，造成以下影響：①堵塞液硫泵，影響液硫外輸，情況嚴重時可能直接導致裝置停機檢修；②可能使液硫滲入地下，污染環境。

傳統的防腐方法是采用內襯水玻璃膠泥砌筑耐火磚，因耐火磚疏松，致密性極差，高溫硫等腐蝕介質很容易滲透破壞混凝土表層。針對此情況，普光氣田天然氣凈化廠的高溫液硫池內襯采用了新一代超強高溫抗腐蝕新材料，其施工方便，性能穩定，安全環保。

1 凈化廠技術工藝

天然氣凈化廠以普光氣田高含硫天然氣為原料，目前已建設12個系列的天然氣處理裝置及配套工程。每個系列都包括天然氣脫硫單元、硫磺回收單元、尾氣處理單元及硫磺成型單元，2個系列共用1套天然氣脫水單元、1套酸性水汽提單元及配套公用工程。天然氣凈化廠工藝技術路線見圖1。

圖1 天然氣凈化廠工藝技術路線

天然氣凈化廠每個系列裝置均有一個液硫池，共計12個，每個液硫池內壁面積約630m2。另外在硫磺成型單元有2個液硫池，每個液硫池內壁面積約720m2。

液硫池由不同的區域組成，分為脫氣區和存儲區。液硫在液硫池的不同分區中循環流動，并通過一、二級噴射器進行機械攪動，溶解在液硫中的H2S釋放到氣體中并由抽空器送入尾氣焚燒爐，抽空器同時向液硫池的氣相空間引入一股吹掃空氣，以維持氣相中的H2S濃度在爆炸極限以下。液硫自液硫池的脫氣區溢流至存儲區，存儲區的液硫經液硫池泵升壓后進入硫磺冷卻器，冷卻至138℃后再循環回脫氣區。脫氣后的液硫用液硫產品泵送至液硫成型單元生產粒狀固體硫磺，產品送至單元外的存儲及裝車設施。

2 液硫池防腐材料

天然氣凈化廠的液硫池采用混凝土整體澆注，然后用兩層耐酸磚在混凝土內側砌筑一道耐酸墻，最后采用耐高溫防腐結構膠泥（主要成分為氟樹脂）及無蠟玻璃纖維布貼于液硫池內壁，最終實現耐高溫防腐蝕的目的。

2.1 材料品種與性能

FHW系列耐高溫防腐結構膠主要由進口氟樹脂、改性樹脂、特種強化樹脂共聚物、偶聯劑和部分納米材料組成，采用IPN原理化合制成，其特點是集粘接與防腐于一身，從而使防腐層形成高度致密的交聯立體結構，屬厚漿型雙組分重防腐材料。耐高溫防腐結構膠性能：黏度＞1800mPa·s（25℃）；密度1.4～1.6kg/L；剪切強度≥7MPa；干膜使用溫度-30～360℃；顏色為灰色；耐酸，25%H2SO4浸泡6個月（25℃）涂層完好；耐堿，20%NaOH浸泡6個月（25℃）涂層完好；硫化物，浸泡72h（150℃）涂層完好。耐高溫防腐結構膠具有以下優點：

（1）附著力好。因其改性樹脂結構中含有極性很強的脂肪族羥基和醚鍵，其分子能與相臨界面之間產生很強的電磁力，且與介質表面的游離鍵起化學反應，形成化學鍵。其固化是通過分子與分子之間的化學反應交聯成網狀高分子涂膜，是一種直接的加成反應，反應過程中無低分子物產生，體積收縮率一般小于0.05%，與混凝土、金屬粘接力極強，不易出現脫皮、起殼等現象。

（2）耐腐蝕性能優良。FHW系列防腐結構膠因其樹脂分子結構較緊密，對化學介質的穩定性好，固化后分子排列整齊，形成致密的高分子互穿網絡結構，抗滲透性極強，對硫化物、酸、堿、鹽及有機溶劑等化學介質具有優異的抗侵蝕能力，能夠很好地抵制硫磺池內腐蝕介質的侵蝕。

（3）耐溫性好。FHW系列防腐結構膠選擇不同的型號，其耐溫范圍為-300～11000℃，根據施工條件，可加溫固化也可常溫固化，使用方便靈活。而一般的耐溫防腐材料需在酸性催干劑或高溫作用下才能成膜，使用受到一定的局限性。

（4）膠層綜合性能好。固化后膠層機械強度高，韌性好，飽滿堅硬，耐溫性穩定，同時還具有很好的抗沖擊、耐摩擦能力。產品無毒，屬環保型產品，常溫固化，便于施工，能達到理想的耐溫防腐效果。

2.2 液硫池內壁防腐襯里施工工藝

液硫池防腐襯里設計依據《工業建筑防腐蝕設計規范（GB50046—1995）》及Fick定律——滲透時間與擴散系數、涂層厚度的關系原理，結合耐高溫防腐結構膠不同型號的功能以及防腐蝕區域的介質環境，設計防腐蝕方案。

天然氣凈化廠液硫池內壁防腐層的施工采用“一底三布四涂”一次成型的工藝，保證液硫池內壁防腐層在通蒸汽加溫后不出現發黏、脫落、起皮現象，并且在80～150℃的環境中耐液硫腐蝕。

3 不同防腐材料的應用

天然氣凈化廠液硫池數量多，體積大，整體采用地下結構，共分3個區域，其中2個為脫氣區，1個為存儲區。每個區域的頂部，只有一個1m×1m的方孔作為與外界連接的通道。由于液硫池內部所形成的密閉環境使得其內部溫度高于外部環境溫度，所以施工過程相當困難。天然氣凈化廠先后選用環氧樹脂和氟樹脂2種防腐涂料，最終解決了液硫池內壁防腐的問題。

3.1 以環氧樹脂為主要原料

天然氣凈化廠首先采用以環氧樹脂為主的防腐涂料進行施工，采用“一底三布四涂”一次成型的施工工藝。在具體施工時發現，除一些搭接處存在施工質量問題外，還發現大面積防腐層與內壁脫離，形成鼓包的現象。另外，經過蒸汽烘烤后，防腐層開始變質、粉化，附著力大大降低，最終與內壁大面積脫離。實踐證明，環氧樹脂涂料最高可耐150℃高溫，無法滿足天然氣凈化廠液硫池內部保溫蒸汽的最高要求溫度160℃，因此以環氧樹脂為主的防腐涂料不適合在高溫液硫池內部使用。

3.2 以氟樹脂為主要原料

氟樹脂分子結構中含有氟原子的一類熱塑性樹脂，具有優異的耐高低溫性能、介電性能、化學穩定性、耐候性、不燃性、不粘性和低摩擦系數等特性。氟樹脂的主要品種有聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯—四氟乙烯共聚物(ETFE)、乙烯—三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、聚氟乙烯（PVF）等。其中以聚四氟乙烯為主，可以在260℃高溫下長期使用，-268℃低溫下短期使用。

4 耐高溫防腐結構膠對比

耐高溫防腐結構膠FHW系列不同品種材料性能對比：

（1）FHW61耐高溫防腐結構膠適用溫度-30～160℃，耐溫差驟變性能好，耐腐蝕性強，耐化工大氣，附著力好，不脫層。用于耐高溫防腐設備和部件的粘接、涂刷或修補，可制作耐高溫玻璃鋼。

（2）FHW62耐高溫防腐結構膠適用溫度-30～360℃，耐溫差驟變性能好，耐硫化物腐蝕性強，附著力好。用于石油化工液硫池內襯防腐、堵漏、粘接、涂刷或修補，可制作耐高溫玻璃鋼。

（3）FHW62—01耐高溫防腐結構膠適用溫度-30～200℃，耐溫差驟變性能好，耐硫化物腐蝕性強，附著力好。用于耐高溫防腐設備和部件的粘接，砌筑耐酸瓷板、花崗巖等板材及石油化工液硫池內襯堵漏、粘接、補坑或修補。

（4）FHW63耐高溫防腐結構膠為稠狀物，有很好的觸變性及良好的電絕緣性。用于高溫爐或非金屬耐高溫設施內襯以及外壁高溫防腐耐熱、耐溫差驟變等，可耐低于1100℃的高溫。

經過對比，天然氣凈化廠最終選用FHW62和FHW62-01耐高溫防腐結構膠作為液硫池內壁防腐用膠泥。

5 施工質量控制

5.1 施工前的防腐材料質量控制

對各廠家的資質、業績等情況經過層層篩選及嚴格考核后，最終確定供貨廠家。提前與廠家聯系，介紹前期施工問題，讓廠家熟悉現場。同時，要求廠家對所用的材料進行抽檢，嚴格材料進場程序。

5.2 施工中的質量控制

由于前期液硫池已做過一次內壁防腐，要重新做防腐層就需要將所有前期做的防腐層全部清理干凈。液硫池內壁如果殘留原先的防腐層，首先會影響新防腐層的有效附著；其次，清理前期防腐層的過程中會對液流池內壁造成不同程度的損傷，增加表面不平整度。經過與廠家的多次交流，確定施工方案，保證新的防腐層能實現預期的施工效果。

5.3 施工后的質量驗收

（1）基層質量檢測方法和標準要求達到GB50212—2002標準。

（2）檢查涂層道數和涂層質量，并在涂層施工完工后進行外觀檢查。涂裝質量主要檢查涂層有無漏涂、氣泡、流掛、空鼓、露白等現象。

（3）待完成防腐涂裝，涂層實干后應用測厚儀進行測厚，要求涂層厚度均勻。驗收標準采用85—15規則，即85%的測定值要達到規定的膠層厚度，允許15%數值偏低，但必須大于“規定值的85%”，否則應增加涂裝道數直至合格為止。

經過嚴格質量把關后，重新做的內壁防腐層結構平整，經過高溫養護，未出現前期發生的問題。

6 施工工藝

（1）用FHW62—01結構膠泥（0.5kg/m2）填補蜂孔，修補找平邊角及澆注接縫，填補砌耐溫磚時產生的部分錯臺和接縫不平整。正常情況下養護24h，如膠泥層填補時刮涂過厚，要求適當加溫或延長養護時間。

（2）用FHW62結構膠（1.8～1.9kg/m2）滾涂一層，膠層厚度0.12～0.15mm，養護20h。

（3）用FHW62結構膠滾涂貼玻纖布三層，每層膠層厚度0.15～0.2mm，連續施工。

（4）用FHW62結構膠涂刷一層，膠層厚度0.12～0.15mm，養護2h后加溫固化。

根據現場環境及工期，一次成型的防腐層完工后加溫50～80℃，固化48h。最后通過養護期，在60～80℃條件下加溫固化7天或在常溫下固化15天，就可投產使用。

7 結論

（1）以氟樹脂為主要原料的防腐膠泥的耐高溫及防酸腐蝕性能要好于以環氧樹脂為主的防腐膠泥。

（2）傳統的防腐措施采用內襯水玻璃膠泥砌筑耐火磚的方法，因耐火磚疏松，致密性極差，高溫硫等腐蝕介質很容易滲透破壞混凝土表層。針對此情況，凈化廠的高溫液硫池內襯采用了新一代超強高溫抗腐蝕新材料。試驗證明，材料性能穩定、安全環保。

（3）用FHW62防腐結構膠，采用“一底三布四涂”一次成型工藝，施工完工后用加溫的方式檢測防腐涂層完好，在普光氣田一至五聯合裝置試運行中達到了滿意的防腐效果，很好地解決了液硫池內壁的防腐問題，為凈化廠回收裝置穩定運行提供了重要保障。

13778347265、15115815@qq.com

（欄目主持樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.6.025

梁明貴：高級工程師，現擔任中石化中原油建工程有限公司普光氣田地面工程應急搶修中心經理，研究方向為油氣田地面工程建設和腐蝕防護研究。