氨法脫硫防腐蝕材料研究

瞿光彬 張小斌

摘 要：氨法脫硫（FGD）裝置中煙道、吸收塔、噴淋管等部位很容易出現化學腐蝕、電化學腐蝕、結晶腐蝕問題，導致煙道結構、設備本體及部件、塔內件受到破壞，使用壽命縮短。本文重點介紹了氨法脫硫的腐蝕機理，對防腐蝕技術進行探討和研究，并提出防腐蝕建議。

關鍵詞：氨法脫硫;防腐蝕材料;應用措施

由于煙氣氨法脫硫具有效率高、二次污染小，副產硫銨等優勢，在當前化工、鋼鐵行業占據一定主導地位。隨著國家環保形勢的日益嚴峻，環保裝置的穩定運行是制約企業生產和生存的關鍵因素之一。由于煤或燃料在鍋爐燃燒后產生的SOx、NOx、HCl、HF等產物幾乎全部在脫硫洗滌和吸收過程轉移到循環漿液中，加之在循環吸收過程中，漿液受煙氣加熱不斷濃縮，產生晶體，會加劇腐蝕和磨損。因此，腐蝕問題是影響氨法脫硫裝置運行的關鍵問題。本文就分析氨法脫硫中的腐蝕機理，研究防腐材料的應用，提出防腐材料的選用建議，旨在為氨法脫硫的防腐蝕工作提供指導。

1 氨法脫硫腐蝕原理分析

氨法脫硫是以SO2和NH3為反應基礎，經過吸收塔生成亞硫酸銨和亞硫酸氫銨，通過不斷的補充NH3，實現漿液的循環吸收，其反應原理如下：

SO2+H2O+2NH3=（NH4）2SO3

主要發生在吸收段吸收段

（NH4）2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3

主要發生在吸收塔吸收段

NH4HSO3+NH3=（NH4）2SO3

主要循環氧化槽

2（NH4）2SO3+O2=2（NH4）2SO4

主要發生在循環氧化槽和吸收塔濃縮段

2（NH4）2SO3+2NO=2（NH4）SO4+N2

主要發生在吸收塔吸收段（副反應）

在各個區域內均存在不同程度的腐蝕，根據腐蝕機理不同，主要包括結晶腐蝕、化學腐蝕和電化學腐蝕。

1.1 結晶腐蝕原理

煙氣脫硫所產生的可溶性硫酸鹽成分、亞硫酸鹽、硝酸鹽等成分，會以液相的形式進入到防腐層毛細孔之內，在系統停止運行的時候，液相自然干燥，形成結晶鹽，體積會逐漸增大，導致防腐材料縫隙內部的壓力增加，對防腐層會產生破壞性影響，尤其是在干濕交替作用之下，會加重腐蝕問題。

1.2 化學腐蝕原理

氨法脫硫系統運行的過程中，漿液內的腐蝕介質，會在一定的溫度環境與濕度環境中，和金屬材料之間出現化學反應，導致設備出現腐蝕現象，如果不能及時處置，將會導致化學反應反復性循環，腐蝕問題加重，對設備造成嚴重的破壞。其主要反應如下：

Fe+SO2+H2O=FeSO3+H2

Fe+SO2+O2=FeSO4

FeSO4水解生成游離硫酸：

FeSO4+H2O+O2→Fe（OH）3+H2SO4

1.3 電化學腐蝕原理

氨法脫硫的過程中，金屬原材料和漿液之間、濕煙氣之間相互接觸，會出現電極反應的現象，誘發電化學腐蝕。如果金屬和煙氣介質之間直接接觸出現化學反應，濕潤的環境中會出現嚴重的電化學腐蝕問題，不僅會對金屬表面造成破壞性影響，金屬焊縫也很容易有腐蝕的現象。反應原理如下：

Fe→Fe2++2e

Fe2++FeO·OH+2e→Fe3O4+H2O

2 氨法脫硫腐蝕環境劃分

常規的氨法脫硫工藝，按工藝特點和腐蝕環境可劃分為五個區域：①A區：吸收塔入口煙氣急冷區，該區域比其他區域溫度高，屬于塔內干濕交界面，有高濃度的酸霧和可溶性銨鹽、氯化鹽等;②B區：吸收塔濃縮區，腐蝕比較激烈，該區域漿液pH為2-4左右，且含有一定濃度的晶粒，漿液的Cl-含量也會很高。此處會引起點蝕、強酸腐蝕，和磨損;③C區：吸收塔吸收區、循環槽，腐蝕相對B區比較緩和，冷卻后煙氣約60℃左右;④D區：吸收塔洗滌區，屬于腐蝕輕度腐蝕環境，冷卻后煙氣溫度約50℃;⑤E區：凈煙道及煙囪區，屬于最為輕度的腐蝕區域，此處煙氣溫度約為50℃左右。

3 常用氨法脫硫防腐材料的分析

在采用氨法脫硫技術的過程中，應該結合技術的應用特點、系統運行規律，合理采用氨法脫硫防腐材料，有效預防出現設備腐蝕問題。常見的防腐蝕材料包括非金屬材料和金屬材料兩大類：

3.1 合理采用玻璃鋼材料（FRP）

玻璃鋼即纖維增強塑料。主要就是將合成樹脂當做是粘合劑、以玻璃纖維制品為增強原材料所制作而成。重量較低，強度很高，成型加工的工藝技術簡易，化學穩定性較為良好，造價相對便宜。玻璃鋼防腐材料可長時間耐受溫度在100℃-120℃之間，短時間的耐受溫度在160℃左右，目前國內已研發最高耐受溫度220℃，但是，在加工期間很容易出現氣泡缺陷、裂紋缺陷，不耐受振動，易脆斷。在成型加工過程中，強化監督管理力度，有效預防出現缺陷問題，保證防腐性能滿足標準。適合使用在脫硫塔的噴淋管、氧化風管、除霧器沖洗水管線、凈煙道內襯等。

3.2 橡膠襯里材料的應用

此類材料在實際應用的過程中，化學穩定性較高，具有一定的耐強酸、有機酸的性能，但是，在氨法脫硫強氧化的環境下，化學穩定性較低，溫度承受能力也很低，只能在65℃-100℃之間才能確保耐腐蝕性能，一旦超出了這個溫度數值，就會出現破壞性的問題。因此，在選用防腐材料的過程中，必須要按照橡膠襯里材料的特點與實際情況，針對性開展分析研究工作，確保按照氨法脫硫系統的運行特點，合理使用橡膠襯里材料，可應用在脫硫各個區域的塔外漿液輸送管線。

3.3 玻璃鱗片襯里（VEGF）材料的應用

對于鱗片襯里材料而言，是將乙烯基樹脂當做基體樹脂，在其中添加15%-39%片徑不等的玻璃鱗片，屬于不同材料混合性的防腐材料。該材料具有防腐性能好、抗滲性能高、耐高溫性能強、耐磨損性能好，黏結強度較高等特點，且該涂層可以噴涂、滾涂和刷圖，現場配置室溫固化。缺點是揮發的苯乙烯極易著火，且冬季施工需采用一定采暖措施。目前在FGD各個區域防腐中應用普遍，應用在吸收塔、循環槽和煙道內襯。

3.4 合金材料

常用的合金材料包括鎳基合金、鈦合金。常見的為C276、合金625、鈦合金板。

3.5 不銹鋼材料

304不銹鋼，S316L不銹鋼、317LM不銹鋼、2205雙相不銹鋼、2507雙相不銹鋼。

4 常用氨法脫硫防腐材料的應用措施

氨法FGD系統中，最嚴酷的是高溫、急冷、低pH、沖刷磨損）結晶顆粒，針對不同腐蝕環境，防腐材料應用措施建議：①吸收塔入口煙道急冷區（A區）：該區域是干濕交界和急冷降溫區，由于煙氣溫度高、煙氣流速高、pH低、Cl-濃度高，建議采用高溫玻璃鱗片、C276復合板、高鎳基合金板、鈦合金板;②吸收塔濃縮區（B區）：該區域漿液pH為2-4左右，氯離子濃度極高，且含有一定濃度的固態晶粒，此處會產生強酸腐蝕、點蝕和沖刷磨損。此區域的噴淋管和氧化空氣管可采用FRP玻璃鋼（管內壁應進行防磨處理）或2507/2205雙相不銹鋼（根據氯離子濃度），設備內襯宜采用高溫玻璃鱗片;③吸收塔吸收區、循環槽區（C區）：該區域漿液的pH約4-6.5（隨工藝定），Cl-濃度相對A、B區大幅度降低。此區域的噴淋管可采用FRP玻璃鋼或316L不銹鋼（根據氯離子濃度），設備內襯采用中、低溫玻璃鱗片;④吸收塔洗滌區（D區）：該區域循環水的pH約7-8，冷卻后煙氣溫度約50℃。此區域的噴淋管可采用FRP玻璃鋼或304不銹鋼（根據氯離子濃度），設備內襯采用低溫玻璃鱗片;⑤凈煙道區及煙囪（E區）：該區域主要是低溫酸腐蝕，此處煙道可采用低溫玻璃鱗片襯里、煙道可采用低溫玻璃鱗片襯里、耐酸瓷磚襯里（水泥煙囪）等。

5 結語

綜上所述，氨法脫硫系統運行期間，經常會出現化學腐蝕、電化學腐蝕、結晶腐蝕等問題，對設備會造成破壞性影響，導致設備的壽命縮短，而合理采用先進的防腐材料，有助于延長設備的使用壽命，保證氨法脫硫的穩定性，具有非常重要的意義。因此，在氨法脫硫裝置的設計階段，必須要重視防腐材料的選擇和應用，按照各個區域的腐蝕特點和工作環境特點，合理采用相關的防腐材料，保證材料的防腐性能，規避氨法脫硫設備的腐蝕性問題，彰顯防腐材料的應用優勢。

參考文獻：

[1]楊建華，劉震.淺談氨法脫硫裝置腐蝕機理與防腐措施[J].齊魯石油化工，2019，47（1）：45-50.