金屬冶煉的氣回收凈化過程中產生問題與治理

王心量

（山信軟件股份有限公司萊蕪自動化分公司，山東 濟南 271104）

在過去工業生產中，受限于生產設備、應用技術，以及人們思想水平不到位，導致在金屬冶煉產生氣體會不經處理，直接排放至自然環境中，造成嚴重環境污染。但是科學技術快速發展的當下，社會也開始關注工業生產是否健康，推動工業開始重視金屬冶煉產生氣體的回收與凈化工作。但是，在實踐中遇到各種影響設備正常使用問題，則成為金屬冶煉面臨的新問題，有必要對其詳細剖析，進而推動工業健康發展。

1 實際案例

某冶煉廠在2016年擁有專門負責凈化冶煉氣體的回收車間，將其稱為一號系統，其理論處理冶煉氣體能力為每小時立方米。在2016年前后開始擴大產能，所以在增設冶煉爐的同時，也建設冶煉氣體回收車間，將其成為二號系統，理論處理冶煉氣體能力為每小時立方米。在二號系統投入運行的前兩年，負責回收凈化的冶煉氣體一號與二號系統均保持正常運行狀態。而在投入運行第三年2月初，該冶煉廠進一步擴大產能，提高燃料需求，所有冶煉爐均進入強化生產過程，并讓一號、二號系統保持超負荷運行，導致兩個系統均出現不同程度問題，其中，二號系統情況最為嚴重，冶煉氣體在輸送階段存在阻力強，無法保證設備正常運行，嚴重影響冶金生產。

2 金屬冶煉的氣回收凈化現狀

將兩個系統當前運行問題充分調查，并整理為如下內容：冶煉氣體出現運輸阻力增加。在系統使用時，因金屬冶煉產生氣體的流量過大，導致系統原設計能力無法有效處理問題，進而導致系統運行阻力提升增加過快，具體表現則是負責吸收冶煉氣體的鼓風機動力下滑，難以保證冶煉氣體正常輸送，從而對冶煉爐的集氣管會造成額外壓力，冶煉氣體輸送出現問題；飽和器無法保證正常運行。二號系統的硫銨處理工序使用噴淋飽和器，對氨完成回收，而兩臺飽和器設計為運行與備用。在冶煉爐產生冶煉氣體，通過鼓風機對氣體加壓后，氣體在硫銨飽和器做工藝處理。而冶煉氣體會在吸收室內，通過母液循環泵，將其含有氨充分被母液硫酸吸收干凈，并將完成脫氨操作的冶煉氣體，送入脫苯設備進一步脫苯，然后將凈化氣體送入工業生產其他環節[1]。在二號系統正式投入生產后，生產指標均在設計標準內，而硫銨質量也符合一級品合格標準。但是在2019年后，因為該冶煉廠擴大生產，造成冶煉氣體真實流量要遠超過二號系統設計最大能力，冶煉氣體出現流速過高，在凈化處理階段也會夾帶過多母液，造成硫銨在回收凈化階段無法做到完全處理。而母液pH上升，大量氨元素伴隨冶煉氣體流動產生損耗，也讓后續生產工藝，以及氣體運輸管道、生產設備等造成影響。明顯無法繼續維持高效生產的飽和器，所有生產指標均出現下滑，導致硫酸銨制品顏色變深，如圖1所示；而以飽和器為代表諸多設備也產生腐蝕現象，部分設備甚至出現泄漏問題，如圖2所示。

圖1 顏色變深的硫酸銨制品

圖2 飽和器被腐蝕

3 問題分析與應對方法

3.1 工藝方面

在出現問題后，該冶煉廠對于冶煉氣體的輸送環節徹底檢查，并采用分段方式逐一排查管路到設備相關。最后由技術人員發現，在對冶煉氣體初冷操作，凈化焦油以及脫苯等工序并無過多問題，而系統產生嚴重阻力問題，則是處在硫銨操作工序。

負責回收冶煉氣體二號系統，其飽和器規格是DN4200/3000，總高為10.15m。在冶煉廠擴大產能后，產生大量冶煉氣體，讓每日處理流量劇增，但是飽和器在面對過量冶煉氣體時則變現為處理能力不足。針對這種問題，技術人員提出對于硫銨操作工段的飽和器進行全方位改進，包括加酸步驟、氣體循環吸收，以及對物質結晶泵等，并讓以前飽和器采用運行與備用，更改成并聯運行，讓兩臺飽和器全部投入工作中，提高飽和器對冶煉氣體的處理能力[2]。

3.2 設備方面

3.2.1 設備腐蝕

因為該冶金廠管道多為316L不銹鋼，可是其卻極易被硫銨母液影響，發生電化學腐蝕現象。因為母液內含H+，是存在電子受體存在，SO42-與Cl-則是作為去除陽離子的極化劑使用。一旦負責保護不銹鋼不受外界因素影響的鈍化膜被人為或化學藥劑破壞，在其表面極易出現腐蝕缺口，進而被母液腐蝕。同時，在母液對金屬腐蝕時，會產生放熱現象，進而加快腐蝕速度，擴大不銹鋼表面腐蝕影響。而飽和器則是作為連續加酸存在，在提高加酸流量時，極易出現局部管道與設備酸度偏高，造成溫度上升，讓原本輕微腐蝕現象加快。

結晶泵的進出口位置、滿流槽、閥門等重要設備出現腐蝕。因為母液內含部分硫酸銨結晶，細小顆粒會不斷沖刷、撞擊不銹鋼在表面覆蓋的鈍化膜，進而造成破壞，產生腐蝕現象[3]。同時，系統頻繁加酸，同樣會讓局部設備的溫度與酸度提升，加快電化學腐蝕影響。

不銹鋼材料在焊接時，如果對焊縫處理不當，極易造成周邊母材內鉻元素，和焊縫中留存的碳元素相互反應，產生碳化鉻結晶，進而造成不銹鋼材料耐腐蝕性下降。在硫銨設備的管道，產生大范圍焊縫腐蝕，其原因即為焊縫位置缺少足夠鉻元素導致。

3.2.2 解決措施

對設備產生諸多問題充分分析后，該冶煉廠使用如下措施解決問題。

對補焊方式進行更改。在設備與管道的焊縫位置產生腐蝕，其原因是硫銨母液內含有機物，造成腐蝕問題。如果在已有腐蝕位置采用加焊補漏方式，會進一步提升使貧鉻問題，讓腐蝕速度加快。所以，針對以往僅在焊縫腐蝕位置補焊作業方式徹底改變。在對補焊位置首先做充分清洗處理，從而降低其表面的有機物殘存量；選擇母材相同焊接材料，在泄漏部位使用外部包焊方式處理，從而降低焊縫和母液產生直接接觸可能性，進而降低硫銨晶體不斷沖刷不銹鋼的鈍化膜問題。

使用新型材料。在科技快速發展的當下，聚乙烯材料因為其擁有較強耐腐蝕能力，在耐磨性方面也表現良好，得到工業生產廣泛認可。所以，經技術人員選擇后，現針對其擁有最惡劣作業環境的結晶泵出口位置，將其316L管道材料更換，選擇高密度聚乙烯（HDPE）管道。因為HDPE管道在正式投入使用后，并不 會發生電化學腐蝕現象，而且其耐磨性能相較于鋼管要高出3倍以上。

提升工藝參數控制力度。在大量向系統加酸時，要確保以滿流槽為代表的諸多設備，其局部溫度要控制在60攝氏度以內，而在平常生產作業時，也要保證母液溫度可以控制在55攝氏度以內，從而降低因溫度快速提升，加快母液腐蝕設備與閥門負面影響[4]，進而提升設備使用壽命。

4 金屬冶煉的氣回收凈化過程中產生問題的治理

4.1 改善指標

在將雙飽和器同時運行新型生產模式投入使用后，讓飽和器在硫銨處理中獲得良好運行指標改善效果。飽和器在生產中實際阻力從原本3.5千帕下降至2至2.5千帕，讓鼓風機處理冶煉氣體時，感受到明顯的壓力下降，而冶煉氣體在進入初冷器設備之前吸力也從以往2至2.5千帕提升到3.0至3.5千帕，冶煉爐的集氣管位置壓力回歸正常狀態，從而有效降低在冶煉爐運行時出現氣體放散問題。并徹底解決冶煉氣體在經過飽和器無法保持正常流速，避免除酸器出現無法有效捕集冶煉氣體問題，控制冶煉氣體夾帶量，而母液滴被冶煉氣體攜帶進入下一道工序，產生損失問題也得到有效解決，酸耗逐漸恢復正常狀態。硫銨回收效率顯著提升，經過飽和器，冶煉氣體內氨濃度達到設計標準的每立方米0.02至0.03克，而硫酸消耗則被控制在每噸消耗0.70至0.75噸。

4.2 無腐蝕泄漏

在改進的硫銨飽和器持續運行十二個月后，對于焊接部位展開詳細檢查，并沒有檢查出管道或設備腐蝕，而飽和器自身泄漏問題也沒有再次出現，對于冶煉氣體的凈化系統安全運行提供有利條件，對于該冶煉廠未來發展具有重要價值。

4.3 管道正常應用

針對硫銨操作發生嚴重管道腐蝕問題，該冶煉廠積極采用新型材料，替換原本管道，獲得顯著效果，在2020年生產中并沒有發生HDPE管道泄漏問題。而預計將當前冶煉廠正投入使用316L管道，分批更換成HDPE管道的方法也得到冶煉廠管理層的一致認可，未來將會從源頭上徹底解決管道泄漏問題，保證冶煉氣體可以得到高效回收，并提升凈化質量。

5 結論

本文以金屬冶煉為對象，關注其產生氣體的有效回收凈化，并對影響工業健康成長各類問題詳細剖析，并提出相應治理對策。雖然可以作為參考內容使用，但還是建議企業在實際應用時可以從自身發展情況入手，選擇合適方法解決實際問題。堅決杜絕將本文內容直接照搬套用，不以實際情況為主，盲目偏信理論知識，造成其他問題，影響工業正常生產。