硫磺回收装置的腐蚀与防护.pdf

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化学工程师ChemicalEngineer2015年第O2期DOI：10．16247~．cnki．23—1171／tg20150247能：王竣硫磺回收装置的腐蚀与防护备王凯，刘文彬，杨剑锋，陈良超(北京化工大学。北京100029)摘要：硫磺回收装置的原料主要是酸性气体，因此腐蚀性介质几乎贯穿全装置，腐蚀的防治始终是装置可以长时间安全运行的关键。运用能谱分析法(EDS，EnergyDispersiveSpectrometer)对急冷塔、换热器和尾气焚烧炉进行分析，首先对设备进行外部宏观检查，然后使用能谱分析法分析腐蚀原因和腐蚀类型，并根据分析结果，讨论了相应的腐蚀防护策略。关键词：硫磺回收装置；腐蚀；腐蚀原因；防腐策略中图分类号：TE962文献标识码：ACorrosionandprotectionofSRUunitWANGKai，LIUWen—bin，YANGJian—feng，CHENLiang—chao(BeijingUniversityofChemicalTechnology，Beijing100029，China)Abstract：ThefeedmaterialforSRUunitisacidgas，thereforecorrosivemediumsalmostrunthroughtheen—tireunit．Corrosionpreventionisalwaysthekeytoensuringsafetyinproductionforalongtime．UseEDSmethod-ologytoanalysethequenchtower．exehange~andtailgasincineratorinthisunit．Firstly．checktheexternalco卜rosion，andthenuseEDStoanalysethecorrosioncauseandcorrosiontype．Accordingtotheconclusionofanaly—sis，somesuggestionsoncorrosionpreventionareraised．Keywords：sulfurrecoveryunit；corrosion；corosioncause；protectionmeasure随着国际形势陡变，原油价格大跌，而中国是1．1装置概况全球最大原油进口国，较低的原油价格促使中国增此次检查的硫磺回收装置产能为5000t·a～。该加更多的战略石油储备。但是，进口原油的硫含量普炼油厂硫磺回收装置回收部分采用部分燃烧法和遍较高，中国炼化企业必需面临重要问题就是使尾气外高温掺合两级转化克劳斯(Claus)方法制备固态达标。排放气体中sO质量浓度不超过960mg·in】。硫。尾气处理采用常规SCOT(还原一吸收)工艺。此由于硫磺回收装置的原料即是酸性气体，因此，会次腐蚀检查主要是针对工艺中的塔器、反应器、燃生产出高浓度的H2s过程气，从而会引起腐蚀。如不烧炉和换热器，相应的设备清单见表1。及时将其脱除，将严重腐蚀设备和管线，严重影响产表1硫磺回收装置主要设备清单品质量。此外，设备的腐蚀是在生产过程中随时进Tab．1ThelistofmainequipmentinSRUunit行的【引。如果不能时刻了解设备的腐蚀情况，就无法名称塔反应器炉容器换热空冷在其发生事故时采取相应的补救措施。因此，硫磺回数量2121281收装置应该采取有效的防腐措施。1．2反应机理笔者对某炼油厂硫磺回收装置中的设备进行硫磺回收及尾气处理部分的反应机理如下：腐蚀检查，对装置腐蚀情况、腐蚀类型、腐蚀原因进Clous反应：行全面的分析和统计。H2S+—10H2O+S』(1)1工艺简介H2s+o2_十H2O+SO2(2)2HzS+SO2---*2H20+s2』(3)收稿日期：2014—12—25作者简介：王凯(1989一)，男，在读硕士研究生，研究方向：设备安全2H2S+S02---+2H20+sN0(4)及腐蚀防护。SCOT反应：导师简介：刘文彬(1979一)，博士，副教授，主要从事石油化工安全、技术和工程方面的研究。S2+8H2H2S(5) 2015年第O2期王凯等：硫磺回收装置的腐蚀与防护49通过腐蚀检查发现，腐蚀严重的换热器主要集3．3露点腐蚀中在急冷水系统中，特别是换热器的急冷水侧腐蚀露点腐蚀包括SO：露点腐蚀和SO露点腐蚀，比较严重。对于高温换热器，如一、二、三级冷凝冷主要发生在温度低于露点的部位[61。腐蚀设备主要却器，处于高温硫腐蚀环境，其腐蚀也比较严重，个有硫冷凝器和捕集器等。别管束堵塞。HSO的露点腐蚀比HSO腐蚀更严重，这是由于露点腐蚀生成的FeSO在沉积物的作用下，与过程3腐蚀原因分析气中的SO2和02生成Fe2(SO)，并且FeSO对SO的生成有促进作用，当pH值小于3时，Fe(sO)，对通过对表2中的腐蚀现象以及工艺流程进行分碳钢造成腐蚀生成FeSO，从而造成恶性循环。析，硫磺回收装置中存在腐蚀机理主要有湿H：s腐蚀、高温硫腐蚀、露点腐蚀、保温层下腐蚀、冲蚀等。4防腐策略3．1湿H2s腐蚀湿HS腐蚀环境，即HS+H0型的腐蚀环境，是在硫磺回收装置中，腐蚀类型多种多样，结合指水或水物流在露点以下与Hs共存时，在压力容以下的防腐策略对设备进行腐蚀监管。器与管道中发生的开裂的腐蚀环境。湿H2S腐蚀主4．1工艺防腐策略要存在于酸性气分液罐、酸性气预热器壳体、一二工艺防腐是解决设备腐蚀的根本方法，是从源三级冷凝冷却器管束等。头上降低和控制腐蚀，而且是众多防护方法中最为湿HS腐蚀机理如下：有效的一种。H：S在水中发生电离：首先，当pH值较低时，湿H2S离解生成H+浓H2s—}H++HS—度增加，大量H渗入碳钢中，加速了氢鼓泡和硫化HS—H++S／物应力腐蚀开裂，因此，处在该腐蚀环境的设备，应碳钢在Hs的水溶液中发生电化学反应：严格控制其pH值。其次，露点腐蚀通常发生在温度阳极过程：FeFe+2e’较低的位置，所以对易冷凝发生露点腐蚀的部位，Fe2++HS—FeS+H+应该采用伴热和保温，避免介质温度接近SO：和阴极过程：2H++2e—Hf(渗透到钢材中)SO的露点温度，并且管线不应该有低点。同时优化从以上反应可以看出，碳钢在H2S水溶液中于工艺操作，杜绝过程气中0过剩，装置停工后应将阳极反应生成FeS，引起管道的均匀腐蚀，阴极反应装置的过程气系统用盲板隔断。并且可以充装惰性生成的氢可以渗透到金属的缺陷处，引起氢鼓泡，同气体，加以保护。时在应力作用下产生硫化物应力腐蚀开裂。最后，加热炉耐热衬里对高温硫化腐蚀起到了3．2高温硫腐蚀很大抑制作用，所以应该严格控制其配风，并且保高温硫化物腐蚀是当温度处于240425℃时，持上游生产装置稳定地操作，这样才能有效避免其H2S所形成的腐蚀环境。腐蚀的部位主要在酸性气因内部温度波动过大而引起的耐热衬里损坏，造成燃烧炉炉喷嘴和炉体、尾气焚烧炉炉体、余热锅炉高温硫腐蚀。进口管厢和传热管前端、电加热器壳体、尾气一气4．2设备防腐策略换热器、一二三级反应器壳体等。硫磺回收装置的腐蚀是不可避免的，因为腐蚀在高温条件下，活性硫能与金属直接发生反性介质几乎贯穿全装置，腐蚀防治始终是装置安全立，引起设备的均匀腐蚀。高温硫腐蚀和环境温度、运行的关键，设备防腐主要包括材料防腐、结构防介质流速、硫化物形态以及设备材质有关。当温度腐和涂料防腐3方面。处于240～430℃时，温度越高，高温硫腐蚀愈加剧(1)材料防腐主要指材质升级，因此，应对过滤烈。当介质温度到达430~E时腐蚀到达最大值[5】。当器及急冷塔塔盘提升材质为不锈钢。对于易发生露金属刚开始发生高温硫腐蚀时，金属表面会生成一点腐蚀或Hs腐蚀的设备，应选更抗硫腐蚀的材层致密的FeS保护膜，使腐蚀速率下降。但是，若设质，如09CrCuSb(ND钢)。备内流速较高或在弯头、变径、三通等湍流处，金属(2)结构防腐主要指避免应力集中。对处于湿保护膜将被迅速冲刷掉，继续高温硫腐蚀。(下转第65页) 2015年第O2期胡君梅：硫酸盐体系三价铬常温镀铬镀层的性能研究9008003结论7006oo_暑5o0对市售KP一6000硫酸盐体系cr(IU)电镀铬，测400试了镀层的硬度、结合力和耐腐蚀性能，并采用x一300射线衍射仪对镀铬层进行了衍射分析。镀层的硬度20010o在pH值2—3．5范围内，呈抛物线变化；镀层随热处0l理温度升高硬度也增加，而且在热处理过程中也由2非晶态转变为晶态；镀层结合力和耐盐雾性能均比(I)30~C(II)IO0~C(III)200℃(IV)300~C(V)35ooc较好，硫酸盐体系Cr(IlI)镀层具有优良的耐蚀性。图3不同温度热处理后镀层的x射线衍射图Fig．3XRDpatternsofdepositsafterheattreatmentat参考文献differenttemperatures[1jJameseH，DecorativeL．Hardchromiumplating[J]．Platingand由图3可知，原镀态和经过100、2o0热处理SurfaceFinishing,2004．90(8)：16．的铬镀层，在2~=44。附近有一宽峰(馒头峰)，没有[2JEl—SharifM，MedougallJ。ChisholmCU．Electrodepositionofthick金属铬典型的特征峰，故为非晶态结构；经300℃和chromiumcoatingfromanenvironmentallyacceptablechromium35O℃热处理后的铬镀层在2~=44．3o时有非常强的(Ⅲ)glycinecomplex[J]．TransIMF，1999，77(4)：139．[3]雷勇，陈旭泽，伍佳伟，等．C15型木质活性炭吸附六价铬离子衍射峰，对应于铬的(110)晶面；在20=64．5。附近有的研究[J]．化学与生物工程，2014，31(7)：66—67．1个相对较弱的衍射峰，分别对应于铬的(200)和[4]曾志翔，王立平，陈丽．三价铬电镀硬铬及镀层性能的研究[J]．(211)晶面。其中(1lo)和(211)晶面为相，(200)电镀与环保，2006，26(4)：11-13．晶面为相，因此，此时铬镀层主要以仅相铬形式[5]杨哲龙，屠振密，张景双，等．三价铬电镀的新进展[J]．电镀与环存在，为典型的体心立方结构。铬镀层的原镀态为保，2001，21(2)：l一4．[6]LINDSAYJHJr．Decorative＆hardchromiumplating[J]．Plating非晶态，热处理过程中转变为晶态，与文献【鲒果基andSurfaceFinishing，1999。86(11)：40—42．本相符，镀层由非晶态转为晶态也可能是镀层的硬[7]吴慧敏，康健强，左正忠，等．三价铬电镀的现状及研究进展[Jj．度增加的原因。材料保护，2004，37(8)：29—31．18jEL—SHAR1FM，MAS，CHISHOLMCU．Environmentallyaccept—ableprocessforelectrodeposifionofhardchromiumfromchromi-um(m)electrolyte『J]．TransactionsoftheInstituteofMetalFin—ishing，1995，73(1)：19—25．(上接第49页)H：s腐蚀环境的设备和管线，应采用焊后热处理来参考文献消除应力，避免发生硫化物应力腐蚀。另外，在弯[1]GB16297—1996，大气污染物综合排放标准[s]．[2]王俊艳．硫磺回收装置设施腐蚀及防护措施的研究[J]．化工科头、三通和大小头等位置应增加壁厚或贴板加强。技市场，2010，33(11)：31—33．(3)涂料防腐是指通过添加防腐层，以隔绝介[3]岑糍，李洋，温崇荣，等．硫磺回收及尾气处理装置的腐蚀与防护质对金属材料的腐蚀作用。对于碳钢设备，可以采[J]．石油与天然气化工，2009，38(3)：217—221．用添加防腐涂料进行防腐。如果设备防腐涂层损[4]粱晓乐，张连棠，张海燕，等．硫磺回收装置腐蚀与防护[JJ．石油坏，应及时修补，以免加剧腐蚀。化工腐蚀与防护，201l，28(2)：30—32．[5]林玉珍，杨德钧．腐蚀和腐蚀控制原理[M]．北京：中国石化出版社，2007．5结语16』API571，DamageMechanismsAfectingFixedEquipmentintheRefiningIndustrylSj．通过对硫磺回收装置的腐蚀检查，对装置的腐[7]中国石油化工设备管理协会设备防腐专业组．石油化工装置设蚀情况进行全面的分析。采用外部宏观检测、能谱分备防腐与防护手册[M]．北京：中国石化出版社，1996：236—236．析及面测厚对设备进行检测，分析了腐蚀原因，并给18jF．Ropita1．Currentandfuturecorrosionchallengesforareliableandsustainabledevelopmentofthechemical，refineryandpetrochemi—出防腐对策。希望能在今后的腐蚀研究中，采用科学calindustries[JJ．MaterialsandCorosion，2009，6O(7)：495—500．互补的研究方式，找到更加科学的监测方法㈣。