酸吸收塔泄漏原因分析及維修措施

孫浩

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司,遼寧 營口115007）

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司（以下簡稱鲅魚圈）煉焦部焦爐煤氣凈化系統采用德國伍德公司開發的真空碳酸鉀法脫去焦爐煤氣中的硫并制成硫酸。此工序是公司重點環保工序，一旦發生泄漏不僅會造成工序停產，而且泄漏介質會污染環境，給周圍人員、設備造成安全隱患。工序中硫酸吸收塔作為重要反應裝置，如果發生腐蝕泄漏，情況尤為嚴重。本文分析了酸吸收塔的泄露原因，比較了幾種常用酸吸收塔防腐內襯材料，選擇采取搪鉛與浸漬石墨碳磚砌筑維修措施，實施后效果良好。

1 存在問題及原因分析

1.1 工藝流程

真空碳酸鉀法基本工藝原理是將碳酸鉀溶液作為吸收劑，使其與煤氣直接逆向接觸，碳酸鉀與焦爐煤氣中的硫化氫和氰化氫等酸性氣體充分反應吸收后，再用氫氧化鈉溶液對焦爐煤氣進行二次洗滌，從而達到脫硫脫氰的目的[1]，同時將脫下的硫制成硫酸。鲅魚圈焦爐煤氣凈化真空碳酸鉀法脫硫制酸工藝流程如圖1所示。

圖1 鲅魚圈焦爐煤氣凈化真空碳酸鉀法脫硫制酸工藝流程Fig.1 Technological Process of Preparing Acid by Desulfurization with Vacuum Potash Method for Purifying Gas from Coke Oven in Bayuquan Branch

1.2 存在問題

酸吸收塔是生產工序中重要硫酸吸收用化工靜設備，內部酸濃度波動大、腐蝕性強。在酸吸收塔初始設計中，上段采用PVDF+FRP結構，下段采用鋼襯鉛結構。經多年實際運行后發現，酸吸收塔下段襯鉛層極易發生腐蝕泄漏。酸吸收塔泄漏點如圖2所示。

圖2 酸吸收塔泄漏點Fig.2 Leakage Positions on Acid Absorbing Tower

自2008年該工序投產以來，鲅魚圈煉焦部先后于2012年及2014年對襯鉛層進行了焊補修復，但效果并不理想。對2016～2018年酸吸收塔泄漏問題進行統計分析，結果見表1。

表1 2016～2018年酸吸收塔泄漏情況統計Table 1 Statistics on Leakages of Acid Absorbing Tower from 2016 to 2018

1.3 原因分析

酸吸收塔泄漏塔段圖紙及現場照片見圖3。結合圖紙和現場照片分析可知，酸吸收塔采用間接焊鉛方式連接碳鋼塔壁與鉛層，一旦工況波動造成鉛層出現破損點，酸氣進入塔壁與鉛層中間，就會造成焊鉛層迅速與塔壁脫離，防腐層失效，塔壁腐蝕泄漏，而修復后的焊縫位置耐腐性變差，容易再次發生泄漏。

圖3 酸吸收塔泄漏塔段圖紙及現場照片Fig.3 Blueprints on Leakage Section in Acid Absorbing Tower and Photos on Site

2 解決措施及效果

2.1 酸吸收塔防腐內襯處理方式比較與選擇

針對酸吸收塔下端襯鉛層極易發生腐蝕，及采取焊補修復后焊縫位置耐腐蝕性變差容易再次發生泄漏的問題，選取幾種常用防腐內襯材料進行對比分析，以找出最佳酸吸收塔防腐內襯處理方式。

2.1.1 陶瓷內襯

耐酸陶瓷是一種使用范圍極其廣泛的粘土質半瓷化材料,可應用于化工、冶煉、制藥、食品、造紙、石油等工業領域，它對所有無機酸和有機酸介質具有耐腐蝕、耐磨、無污染等優點[2]。其主要性能指標如表2所示。

表2 耐酸陶瓷主要性能指標Table 2 Main Property Indexes of Acid-resistant Ceramics

2.1.2 PTFE內襯

聚四氟乙烯（PTFE），俗稱“塑料王”，是由四氟乙烯經聚合而成的高分子化合物，具有優良的化學穩定性、耐腐蝕性、密封性、高潤滑不粘性、電絕緣性和良好的抗老化耐力。用作工程塑料可制成聚四氟乙烯管、棒、帶、板、薄膜等,可以在條件苛刻的溫度、壓力和介質等情況下使用，已經成為石油、化工、紡織等行業的主要耐腐蝕材料[3]。其主要性能指標見表3。

表3 聚四氟乙烯主要性能指標Table 3 Main Properties of PTFE

2.1.3 浸漬石墨碳磚

浸漬石墨碳磚采用優質的石墨碳素材料，添加耐酸性極強的有機復合物，經高壓成型、真空浸漬、高溫熱處理工藝精制而成，具有很好的耐酸和耐溫性能，外形尺寸精確，是化工行業反應槽、貯存槽等設備的理想內襯材料。其主要性能指標見表4。

表4 浸漬石墨碳磚的主要性能指標Table 4 Main Properties of Impregnated Carbon Sticks

2.1.4 搪鉛內襯

采用氣焰將鉛條熔融后貼覆在被襯的物件或設備表面上形成具有一定厚度的密實的鉛層，這種防腐手段稱為搪鉛[4]。搪鉛有兩種施工方法：一種是經過氣焰把鉛焊條熔融后直接嵌在已處理好的物件或設備；另一種是在物件或設備表面先搪一層薄薄的錫，再搪鉛，稱為間接搪鉛法。搪鉛工藝廣泛適用于受負壓的設備、受振動的軸和葉輪、需要傳熱的耐腐蝕層、溫度較高或溫度變化比較頻繁的設備，其耐腐蝕性能與襯鉛工藝相同。搪鉛的質量檢查方法有外觀檢查、厚度檢查、剖割檢查、搪鉛層表面微孔檢查[5]。

2.1.5 常用防腐內襯處理方式對比

結合鲅魚圈酸吸收塔工況及現場實際作業條件，對以上幾種常用防腐內襯處理方式在工程造價、可靠性、施工難度等方面進行對比評估，具體見表5。

表5 常見防腐內襯對比評估表Table 5 Evaluation Sheet on Common Anti-corrosion Inner Linings by Comparison

對比陶瓷、PTFE內襯等修復方案可知，搪鉛工藝具有造價低、可靠性高、施工相對簡單等優點，缺點在于更換塔段切割原塔體位置需采用搪鉛層與鉛板焊接，焊縫易發生腐蝕泄漏。而浸漬石墨碳磚對比耐酸陶瓷磚砌筑，具有性能更優、密度較小、施工相對簡單等優勢。因此，決定選用搪鉛層內襯，并在搪鉛層內部采用浸漬石墨碳磚與酚醛膠泥砌筑內壁，用于保護焊縫及鉛層；同時，鉛層還可以避免砌筑內壁缺陷或檢修損壞造成的泄漏。搪鉛內襯與浸漬石墨碳磚聯合應用，不僅防腐效果更好，而且可靠性更高，可以有效降低生產及環保風險。

2.2 搪鉛內襯與浸漬石墨碳磚的聯合應用

2.2.1 搪鉛內襯的應用

采用直接搪鉛法對原硫酸吸收塔腐蝕嚴重塔段進行預制，與原塔體連接位置預留50 mm不搪鉛、用于焊接，焊接后采用鉛板與搪鉛層焊接蓋住碳鋼層形成完整防腐層，見圖4。針對搪鉛與鉛板焊接焊縫易腐蝕問題，預制搪鉛段DN3800法蘭口、人孔及進液口等位置，由原來的鉛板翻邊焊接方式改為整體搪鉛，使焊縫更加可靠與耐用，具體見圖5。

圖4 搪鉛層與酸吸收塔原鉛層采用焊接方式連接Fig.4 Connecting Lead-evading Layers to Original Lead Layers of Acid Absorbing Tower by Welding

圖5 與上段連接法蘭口位置由鉛板翻邊焊接改為整體搪鉛Fig.5 Connecting Location of Flange to Superior Section by Integrated Lead-evading instead of Lead Plate Flanging Welding

2.2.2 浸漬石墨碳磚的應用

在搪鉛層塔段恢復完畢，鉛板與酸吸收塔原鉛板連接完畢后，采用浸漬石墨碳磚與酚醛膠泥砌筑一層內壁，膠泥厚度5 mm，具體見圖6。

圖6 酸吸收塔修復后塔壁剖面圖及碳磚砌筑施工Fig.6 Profile of Acid Absorption Tower Wall after Repairing and Construction of Carbon Bricks

2.3 效果評價

鲅魚圈酸吸收塔維修施工，首先，采用塔體搪鉛代替了原設計中的襯鉛方式進行防腐，因為同樣采用鉛層防腐，可以確保耐腐蝕性能達到原設計能力；同時，將襯鉛改為搪鉛，在確保耐腐蝕性能的基礎上增強了鉛層與碳鋼塔體的結合性，提高了耐用性與可靠性。其次，在搪鉛層內砌筑浸漬石墨碳磚，解決了酸在鉛層表面聚集腐蝕的隱患；同時，襯磚層還能對鉛層隱性存在的缺陷進行保護，避免了隱性缺陷的擴大及劣化。

目前，鲅魚圈煉焦部脫硫制酸工序酸吸收塔已采用搪鉛與浸漬石墨碳磚砌筑方式完成修復一年以上，無任何泄漏情況發生，修復效果良好，有效解決了酸吸收塔泄漏造成的制約生產、安全及環保問題。不僅保證了硫酸生產，更具有良好的環保效益。

3 結語

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司煉焦部為了解決酸吸收塔泄露問題，采用搪鉛方式進行防腐處理，其耐腐蝕性能與襯鉛方式相同，但耐用性更強；同時，采用浸漬石墨碳磚與酚醛膠泥砌筑，以保證砌體與鉛層的緊密結合，滿足制酸工藝的工況需要。酸吸收塔防腐采用搪鉛與浸漬石墨碳磚的聯合應用達到了預期維修效果，完成修復一年以上，無任何泄漏情況發生，確保了焦爐煤氣脫硫制酸工序的穩定生產。