硫磺回收裝置腐蝕分析與防腐措施

王燕文

摘 要：本文針對(duì)硫磺回收裝置的腐蝕問(wèn)題，以石油行業(yè)為引，社會(huì)環(huán)境和人體健康以及行業(yè)進(jìn)步為基礎(chǔ)，探討了硫磺回收裝置腐蝕的主要原因，包括露點(diǎn)腐蝕、化學(xué)腐蝕等，經(jīng)分析后在工藝、設(shè)備保護(hù)、防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面提出了幾種有針對(duì)性的防腐蝕措施。

關(guān)鍵詞：硫磺回收裝置;腐蝕;防腐措施

0 引言

機(jī)械時(shí)代，意味著各行各業(yè)都離不開(kāi)原油，而隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速，國(guó)內(nèi)自產(chǎn)原油不足，但進(jìn)口原油中大多是含硫原油，原油在加工過(guò)程中其中的硫轉(zhuǎn)化為H2S，這種劇毒物質(zhì)目前來(lái)說(shuō)最常用的處理方式就是硫磺回收工藝，只是在加工過(guò)程之中，硫磺回收裝置卻被S嚴(yán)重腐蝕，成了這一工藝最大的缺陷，經(jīng)過(guò)近些年的發(fā)展和需求，硫磺回收技術(shù)也獲得了進(jìn)步，只是硫腐蝕這一根本問(wèn)題依舊存在。硫磺回收裝置如圖1所示。

1 硫磺回收技術(shù)存在的背景及重要意義

據(jù)資料顯示，我國(guó)早期石油煉油生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備以及工藝都是按照加工含硫量低于0.5%的原油而設(shè)計(jì)建造的，但隨著近些年國(guó)家快速發(fā)展，我國(guó)石油的需求量逐年增加，在2019年，我國(guó)原油對(duì)外依存度達(dá)到70.8%，而進(jìn)口原油中的高硫原油占比較大，而原油硫含量的增大，對(duì)煉化企業(yè)帶來(lái)安全隱患成倍增大，尤其是加工高硫原油可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備腐蝕加劇，造成著火爆炸等事故，不僅企業(yè)的損失增大，同時(shí)對(duì)人民的生命健康造成威脅。例如，2017年11月，某石化公司硫磺裝置在做設(shè)備檢修和換熱器管束清洗作業(yè)時(shí)，發(fā)生硫化氫中毒事件，共造成3人死亡，6人受傷。目前，高硫劣質(zhì)原油的煉化問(wèn)題，以及如何安全、有效地控制石油產(chǎn)品中的硫含量，將是石油煉化行業(yè)面臨的一大問(wèn)題。硫磺回收裝置工藝原理流程圖如圖2所示。

2 腐蝕原因分析

2.1 露點(diǎn)腐蝕

在利用克勞斯工藝回收H2S的過(guò)程中，不止會(huì)產(chǎn)生SO2，經(jīng)過(guò)空氣氧化后還會(huì)產(chǎn)生少量的SO3，這種氣體在低溫預(yù)冷之后化為水溶液H2SO4，也就是腐蝕性極強(qiáng)的硫酸，硫酸在低溫下開(kāi)始腐蝕，然而機(jī)器運(yùn)作，內(nèi)部環(huán)節(jié)出現(xiàn)高溫之后，附著在設(shè)備金屬層表面上的硫酸腐蝕速率卻是成倍速增加。因此硫磺回收裝置中最容易發(fā)生腐蝕的部位就是硫磺冷卻出口的位置。

2.2 化學(xué)腐蝕

硫磺回收設(shè)備中SO2在一定量的時(shí)候，可利用加氫還原法將SO2還原，使酸性氣體溶解掉，當(dāng)原油中硫含量增高時(shí)，硫磺回收裝置酸性氣中的SO2含量就會(huì)增大，而從而造成加氫還原法過(guò)慢，無(wú)法全部將SO2全部還原。這也就導(dǎo)致其他沒(méi)有及時(shí)還原的酸性氣體擠到急冷塔中，一步隱患步步隱患，冷凝塔中的酸性溶液增加到一定程度，將會(huì)開(kāi)始腐蝕設(shè)備的金屬內(nèi)殼。

2.3 硫化氫的腐蝕

在硫磺回收過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)H2S，H2S易溶解與水，形成低濃度酸性溶液SO2，而這種酸性溶液對(duì)板材、鋼材都具有腐蝕作用。硫化氫的相對(duì)分子質(zhì)量為34.08，密度為1.539kg/立方，在水溫度達(dá)到30℃時(shí)，硫化氫的飽和度大約為3580mg/L。隨著金屬表面硫化鐵的活性不同，腐蝕速率也隨著pH的降低而增加，維修的時(shí)候，往往會(huì)看到設(shè)備內(nèi)壁有不正常的凹凸表面，同時(shí)會(huì)有些許疏松的物質(zhì)沉淀與設(shè)備內(nèi)壁表面，設(shè)備內(nèi)部空氣流動(dòng)性較大，繼而會(huì)出現(xiàn)氧化物脫離，硫化氫與裸露出來(lái)的新一層金屬接觸，造成二次、甚至多次腐蝕。

2.4 高溫硫化腐蝕

露點(diǎn)腐蝕屬于低溫腐蝕，具有一定的腐蝕性但并不是設(shè)備腐蝕的主要原因，硫磺回收裝置在進(jìn)行工作的時(shí)候，溫度會(huì)升高，在高溫之下會(huì)產(chǎn)生大量的CO2和SO2等有害物質(zhì)，當(dāng)溫度達(dá)到300℃時(shí)，金屬將與設(shè)備內(nèi)部漂浮著的酸性氣體發(fā)生反應(yīng)，金屬層加速腐蝕，材料溫度升高，設(shè)備過(guò)早老化，對(duì)公司財(cái)務(wù)造成一定的損失。

3 防腐蝕的措施

3.1 工藝方面的防腐措施

在裝置運(yùn)行過(guò)程中，要通過(guò)H2S/SO2比值儀及時(shí)調(diào)整制硫爐的配風(fēng)，及通過(guò)氫氣分析儀調(diào)整氫氣的注入量，控制好加氫反應(yīng)器的反應(yīng)，確保SO2全部被加氫還原成H2S，通過(guò)急冷塔及胺液吸收塔，將H2S脫除，確保尾氣達(dá)標(biāo)排放及設(shè)備腐蝕速率控制在合理范圍內(nèi)。許多設(shè)備在運(yùn)行時(shí)做到了防腐維護(hù)工作，在停工后卻沒(méi)有將防腐維護(hù)工作做到位，裝置停工后也要定期檢查設(shè)備的管線(xiàn)，防止腐蝕物質(zhì)的殘留，使用密封的方式，通過(guò)氮?dú)獯祾呙芊夂螅梢苑乐節(jié)窨諝膺M(jìn)入設(shè)備內(nèi)部形成露點(diǎn)腐蝕。

3.2 設(shè)備方面的防腐措施

設(shè)備方面的防腐措施主要有兩方面，第一是在設(shè)備的選材方面，第二是設(shè)備的外部保溫。設(shè)備選材首選防腐蝕材料，適合殼體的Q245R等，高鋁水泥澆注料是用于隔熱的最佳材料，冷凝器換熱管需要耐腐蝕、有韌性的材質(zhì)，比如ND鋼，在材料的基礎(chǔ)上，也要做好防腐工藝，一般是采用在金屬表面涂抹防腐蝕涂料來(lái)達(dá)成，有兩地兩面、一布三油、兩布四油、三布五油等，在此基礎(chǔ)上，設(shè)備也要定期維護(hù)，及時(shí)補(bǔ)漏。外部保溫也是設(shè)備防腐過(guò)程中極為重要的一環(huán)，高溫腐蝕往往是造成設(shè)備早衰的最大隱患，針對(duì)硫磺回收裝置進(jìn)行保溫工作是必須要做的，較高壁溫，才能有效防止露點(diǎn)腐蝕。

3.3 防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

硫磺回收裝置的防腐工作要多管齊下，但最基礎(chǔ)的卻是防腐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，要想避免產(chǎn)生露點(diǎn)腐蝕，在進(jìn)行防腐設(shè)計(jì)之時(shí)要對(duì)反應(yīng)器的設(shè)計(jì)劃重點(diǎn)，以防止高應(yīng)力集中的形式為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)。燃燒爐的溫度如果小于SO2的露點(diǎn)腐蝕溫度，就會(huì)產(chǎn)生露點(diǎn)腐蝕，所以燃燒爐在選型時(shí)，要保證在燃燒爐的合理處理量間，燃燒爐的壁溫大于SO2的漏點(diǎn)溫度。但凡是容易出現(xiàn)露點(diǎn)腐蝕的設(shè)備，其正常生產(chǎn)時(shí)的溫度都要控制在露點(diǎn)腐蝕溫度以上。

4 結(jié)束語(yǔ)

硫磺腐蝕裝置存在腐蝕性問(wèn)題由來(lái)已久，這一課題也是目前最需要解決的一大問(wèn)題，其中腐蝕類(lèi)型也比較繁多復(fù)雜，對(duì)于每一項(xiàng)可能出現(xiàn)的腐蝕問(wèn)題，在做防腐蝕工作時(shí)都要采用最有效的防腐措施，有區(qū)別性的，針對(duì)性的對(duì)待，決不遺漏，才能有效減少設(shè)備腐蝕問(wèn)題，從而減少因腐蝕問(wèn)題引起的安全隱患，確保各項(xiàng)工作的順利進(jìn)行。

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