煙氣濕法脫硫裝置脫硫塔的腐蝕及防護

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濕法煙氣脫硫技術不僅具有壓力降小、脫硫和除塵效率高的優勢，而且具有工藝成熟等特點，還具有裝置占地面積小和建設周期短、穩定運行周期長、負荷變動影響小、煙氣處理能力強等優點，已成為國內控制SO2排放的主要技術手段。而濕法脫硫裝置的腐蝕一直是煙氣脫硫(FGD)裝置的主要問題，直接影響脫硫系統的正常穩定運行。

1 煙氣濕法脫硫技術概況

濕法脫硫技術主要包括EDV洗滌技術和雙循環湍沖文丘里技術，脫硫塔是脫硫裝置的核心設備，“煙塔合一”型是最為經濟有效的塔型。

EDV洗滌技術在整個煙氣脫硫過程煙氣壓力降小，可控制在5 kPa內，提高了長周期運行的可靠性。

雙循環湍沖文丘里技術是中石化擁有自主知識產權的煙氣脫硫除塵技術，采用兩級脫硫除塵，脫除效率超過95%，外排煙氣含塵量小和含濕量低，在塔內設置了除沫器和濕式靜電除塵器，能有效降低外排煙氣中的粉塵和液滴。

濕式靜電除塵器對于顆粒物特別是亞微米顆粒物具有很好的脫除效果，且可脫除酸霧、Hg等多種污染物，具有效率高、能耗低和煙氣處理量大等優點。不僅可以有效去除煙氣中的煙塵顆粒和PM2.5級別的SO3和汞，同時可脫除在除霧器后煙塵中攜帶的霧滴等污染物。

目前濕法脫硫使用的脫硫劑主要有石灰石、石灰、氫氧化鈉、氫氧化鎂和氨水等。煙氣進入脫硫塔反應區，逆流而上，經過多層漿液噴淋層，從脫硫塔內噴淋管組噴出的懸浮液滴向下降落，煙氣與脫硫劑漿液液滴逆流接觸，發生傳質與吸收反應，脫除煙氣中的SO2。脫硫后的煙氣經除霧器除去煙氣中夾帶的液滴后，通過脫硫塔頂部的煙囪直接排放到大氣中。

2 脫硫塔的腐蝕及防護

脫硫塔內部各部位腐蝕機理不盡相同。結合脫硫塔的實際情況，分區域對塔內腐蝕情況采取不同的防護措施。

2.1 入口煙道部位

在煙道與脫硫塔連接處(俗稱“入口煙道”)，為便于煙氣在塔內分布的較為均勻，入口煙道向下傾斜設置。煙道內設有漿液噴嘴，由于煙道干濕交替、溫差大、機械振動和氣體流速快等原因，這部位腐蝕最為嚴重。

表1 煙氣/漿液中的腐蝕性組分

哈氏合金C-276具有良好的耐腐蝕性和耐高溫性，被廣泛應用在煙氣入口煙道處。但由于C-276焊接時具有較高的熱裂紋敏感性，氣孔生成率高，而且焊接區易產生晶間腐蝕傾向。因此在制造過程中，應制作焊接試件、進行焊接工藝評定、焊條選用ENiCiMo-4、坡口表面清理干凈、氬氣保護到位和避免焊接區在高溫下停留時間過長，在焊透的前提下盡量選用較小焊接線能量和小電流快速焊，同時提高焊縫的冷卻速度等，這樣制造的入口煙道多年未見腐蝕和裂紋，煙道運行良好。

2.2 入口煙道下方和正對的塔壁處

入口煙道下方和正對的塔壁，除了承受塔內漿液的腐蝕外還承受煙氣/漿液的沖刷，金屬塔壁易被漿液沖刷減薄，內襯非金屬防腐蝕涂料的塔壁易發生涂層脫落。

(1)金屬塔塔壁采用耐蝕鋼。內涂非金屬涂料脫硫塔，應增加涂料與塔壁的結合強度，提高涂料的抗滲透性。入口煙道內伸，入口煙道上方塔壁上設置擋液板，入口煙道正對塔壁上設置防沖擋板。入口煙道的擋液板和防沖擋板見圖1。由圖1可見，煙氣入口加裝防沖擋板后，避免了煙氣在入口附近貼壁流速過快，煙氣流道更趨向塔中心，并形成多個回流區，煙氣出口區的速度分布也趨于均勻，更有利于煙氣脫硫的進行。

圖1 入口煙道的擋液板和防沖板結構

(2)對進場原材料進行查驗，按焊接工藝評定并控制施工質量，焊縫打磨圓滑，嚴格按內部非金屬防腐蝕涂料的施工技術要求施工。

(3)最后嚴格按照設計和工藝卡要求控制循環漿液的pH值、嚴格監測和控制煙氣脫硫系統中的氯離子總量、循環漿液中催化劑顆粒和鹽含量。

2.3 塔底板

通常脫硫塔的基礎結構是混凝土環形墻包裹密實填沙墊層，導致塔底板的焊接變形、塔底板安裝完成后的起拱、底板與基礎之間出現空谷等，嚴重影響脫硫塔底板的內防腐蝕涂層。開停工過程中漿液對塔底板的沖擊也會影響罐底板內防腐蝕涂層。如某石化公司4臺脫硫塔，運行1 a多，檢修時發現其中1臺塔的塔底板玻璃鱗片涂層大面積開裂，因此塔基礎應采用硬基礎，不允許出現不均勻沉降；另外控制塔底板的焊接變形量，外環板厚度大于中間底板厚度，中間底板與預埋在混凝土二次灌漿層中的鋼架焊接在一起，塔底板與塔基礎牢固連接在一起,以控制塔底板的焊接變形量并防止塔底板的拱起。

2.4 塔 壁

脫硫塔底部為一定高度的漿液區，中間為洗滌區，上部為除沫區，不同區域pH值不同，操作溫度不同，腐蝕程度也不同。

煙氣中的SO2,SO3,HF或其他酸性物質與堿性脫硫劑發生化學反應生成硫酸鹽、亞硫酸鹽或其他化合物，導致塔體金屬發生腐蝕。在縫隙、焊縫或表面缺陷等特殊結構處，由于缺氧、水解和離子擴散困難等原因，造成局部的高酸性環境，在碳鋼表面形成原電池，而易產生電化學腐蝕。

影響脫硫塔內介質腐蝕的另一個因素是氯化物，它來自脫硫塔的水以及吸收了含氯化物的煤燃燒所產生的氯化氫。氯化物會由于水的蒸發和循環而濃縮，Cl-在脫硫塔漿液中逐漸富集，質量濃度可達數萬mg/L，形成腐蝕性很強的酸性氯化物溶液。

通過選材、施工質量控制和優化操作運行對脫硫塔的腐蝕進行防護，金屬復合板塔壁復層和塔內件常采用S30403，S31603，N08367和254SMO等。內涂非金屬防腐蝕涂料塔常采用內涂玻璃鱗片、聚烯烴共聚物、改性聚脲和納米復合涂料等。

2.5 塔壁與除塵器連接處

濕式靜電除塵器常安裝在脫硫塔吸收區，來除去SO3霧滴，捕集的SO3霧滴被水沖刷下來，沿著變徑段流向脫硫塔塔壁。在采用高硫煤的電廠，沖刷后pH值在2～3的水，易造成塔壁腐蝕。特別是上部除沫器及其支撐梁等處，從濕式靜電除塵器流淌下來的沖洗水會聚集濃縮，形成腐蝕性很強的酸性水。如某脫硫塔，塔體為Q345R+S30403，運行過程中最上一層除沫器區域塔壁腐蝕穿孔并迅速惡化，見圖2。

圖2 脫硫塔塔壁腐蝕穿孔

在靜電除塵器下方變徑處，增設酸液收集槽收集酸液外排；或增設堿液噴淋管對酸液進行中和。對脫硫塔頂部塔壁材料升級，內層塔壁和塔內件改為2205或2507。改造后塔壁未見腐蝕穿孔發生。

2.6 煙 囪

當煙氣溫度為50～80 ℃時，隨著煙氣含水率提高，煙囪內壁腐蝕速率也增大。硫酸蒸汽凝結到金屬表面會發生硫酸腐蝕，還會黏附煙氣中的灰塵形成不易清除的積垢。污垢逐漸增厚，導致煙氣流道不暢甚至堵塞,使SO2轉化成SO3所需觸媒不斷強化，SO3生成量逐漸上升。硫酸露點腐蝕過程中最重要的因素是SO3的生成，其腐蝕程度取決于SO3生成量。特別是在脫硫塔或綜合塔的錐段、煙囪焊縫和接管處，凝液更易聚集和濃縮，使腐蝕加劇。某企業催化裂化裝置EDV洗滌塔煙囪頂部冷凝水pH值為2.3，為強酸性，分析數據見表2[1]。

表2 煙囪頂部冷凝水分析

脫硫裝置在停工檢修等情況下，煙氣溫度可達130 ℃，煙囪溫度在110 ℃左右，較脫硫塔腐蝕更為嚴重。復雜的運行工況要求煙囪內襯防腐蝕材料不僅要具有良好的防腐蝕性，而且還需要具有很高的抗應變性(溫度交變性能)[2]。

對于煙囪的露點腐蝕，一般采用耐蝕鋼或非金屬防腐蝕涂料。國外建議煙囪采用整體316L，國內鑒于經濟性考慮常用整體玻璃鋼。中石化幾個公司的脫硫塔或綜合塔煙囪都采用了整體玻璃鋼，運行效果良好。

2.7 噴淋管與支撐梁

催化再生煙氣一般含有質量濃度120 mg/m3的催化劑顆粒，大部分進入脫硫塔后被循環漿液洗滌脫除，少部分被凈化煙氣攜帶排入大氣，因此煙氣和循環漿液中都含有催化劑顆粒。循環漿液中堿液與煙氣中的SOx反應生成鹽，在循環漿液中飽和結晶析出，形成固態鹽顆粒。脫硫塔使用的脫硫劑以一定速度由噴淋管噴嘴噴出，對脫硫塔塔壁及內部支撐梁產生沖刷磨損。另外，煙氣中含有的粉塵等固體顆粒物亦對塔壁和支撐梁有磨損。雖然噴淋管與支撐梁固定,但是隨著噴嘴不斷噴射脫硫劑或沖洗水也會不斷地振動，支撐梁和噴淋管腐蝕斷裂時有發生。某金屬脫硫塔的支撐梁和噴淋管腐蝕情況見圖3。某內襯玻璃鱗片脫硫塔支撐梁掉落塔底、另一公司涂改性聚脲塔支撐梁防腐涂層因局部腐蝕而呈紅色、某個脫硫塔內氧化空氣玻璃鋼管線數次斷裂,因此金屬塔內構件選用不銹鋼，控制焊接質量，焊縫打磨圓滑。脫硫塔內襯非金屬防腐蝕涂料時，支撐梁宜選用方鋼并穿出塔壁設置，支撐梁應實施局部增強措施。在噴淋管與支撐梁之間加裝非金屬鞍座，鞍座上面墊非金屬軟墊片，再用U型螺栓(金屬塔)或玻璃絲布包扎，即可起到防腐蝕也可起到摩擦減緩的作用。

圖3 支撐梁和噴淋管的腐蝕

2.8 塔體振動

脫硫塔采用“煙塔合一”，塔凈高80～100 m，一般在低溫和高濕的環境下運行。正常運行過程中，除了溫度變化產生的變形量外，還有風載等因素引起的振動變形。某脫硫塔煙囪腐蝕嚴重，除了材料因素外，塔的大幅度擺動加劇了煙囪腐蝕。因此金屬塔頂部1/3高度處設置擾流裝置，禁止裸塔長時間樹立。另外玻璃鋼煙囪脫硫塔應設置塔架。

3 建 議

(1)優化脫硫工藝。脫硫塔局部腐蝕和漿液的pH值有著明確的對應關系，在滿足脫硫要求的前提下調整塔壁流液的pH值，避免強酸對塔壁及塔內件的腐蝕。

(2)提高材質等級。選用N08367,254SMO,2205,2507和C-276等耐蝕鋼，非金屬防腐蝕涂料的選擇應考慮材料的耐蝕性、滲透性、耐磨性、耐溫性、與塔壁結合強度、可施工性，并優化噴涂施工方案。

(3)優化脫硫塔結構。減緩煙氣和漿液對塔壁及其塔內構件的沖擊，優化噴淋管噴嘴的布置，控制塔的撓度。

(4)強化施工管理。加強入場材料的復驗和控制焊接工藝,盡量避免焊縫處產生易腐蝕的馬氏體組織,焊縫應打磨圓滑,并嚴格按內襯非金屬防腐蝕涂料的施工要求施工。

(5)嚴格工藝運行管理。按照設計和工藝卡要求控制循環漿液的pH值,嚴格監測和控制煙氣脫硫系統中的氯離子總量,檢測和控制循環漿液中催化劑顆粒和鹽含量。