酸性气田液硫池内壁防腐技术

2015-02-15

油气田地面工程 2015年6期

中国石化中原油建工程有限公司普光气田

酸性气田液硫池内壁防腐技术

梁明贵

中国石化中原油建工程有限公司普光气田

普光气田H2S平均含量高达15%，由此导致的硫磺回收装置的腐蚀问题日益突出。采取科学的防护措施，使用新一代超强高温抗腐蚀新型材料,有效地解决了液硫池内壁的腐蚀问题，确保了普光气田安全平稳运行。新型抗腐蚀材料FHW系列耐高温防腐结构胶主要由进口氟树脂、改性树脂、特种强化树脂共聚物、偶联剂和部分纳米材料组成，采用IPN原理化合制成，其特点是集粘接与防腐于一身，从而使防腐层形成高度致密的交联立体结构，属厚浆型双组分重防腐材料。经过对比，最终选用FHW62和FHW62-01耐高温防腐结构胶作为液硫池内壁防腐用胶泥。天然气净化厂液硫池内壁防腐层施工采用“一底三布四涂”一次成型的工艺，保证液硫池内壁防腐层在通蒸汽加温后不出现发黏、脱落、起皮现象，并且在80～150℃的环境中耐液硫腐蚀。施工完工后用加温的方式检测防腐涂层完好，解决了液硫池内壁的防腐问题，为净化厂回收装置稳定运行提供了重要保障。

酸性气田；硫磺回收装置；施工工艺；质量控制；液硫池；防腐材料

引言

近年来,随着高含硫酸性气田的不断开发利用，硫磺回收装置的规模越来越大，其腐蚀问题也日益突出。因高温氧化、硫化腐蚀等造成的破坏尤其严重，回收H2S气体对减少环境污染有重要意义。因此，了解和分析硫磺回收装置的腐蚀类型，采取相应的防护措施，是保证硫磺回收装置长期安全运行的关键。

液硫池内壁直接与液体硫磺接触，腐蚀性较大，工作温度在130～160℃之间，属于高温环境，如果处理不当就会出现液硫池表面的损坏，造成以下影响：①堵塞液硫泵，影响液硫外输，情况严重时可能直接导致装置停机检修；②可能使液硫渗入地下，污染环境。

传统的防腐方法是采用内衬水玻璃胶泥砌筑耐火砖，因耐火砖疏松，致密性极差，高温硫等腐蚀介质很容易渗透破坏混凝土表层。针对此情况，普光气田天然气净化厂的高温液硫池内衬采用了新一代超强高温抗腐蚀新材料，其施工方便，性能稳定，安全环保。

1 净化厂技术工艺

天然气净化厂以普光气田高含硫天然气为原料，目前已建设12个系列的天然气处理装置及配套工程。每个系列都包括天然气脱硫单元、硫磺回收单元、尾气处理单元及硫磺成型单元，2个系列共用1套天然气脱水单元、1套酸性水汽提单元及配套公用工程。天然气净化厂工艺技术路线见图1。

图1 天然气净化厂工艺技术路线

天然气净化厂每个系列装置均有一个液硫池，共计12个，每个液硫池内壁面积约630m2。另外在硫磺成型单元有2个液硫池，每个液硫池内壁面积约720m2。

液硫池由不同的区域组成，分为脱气区和存储区。液硫在液硫池的不同分区中循环流动，并通过一、二级喷射器进行机械搅动，溶解在液硫中的H2S释放到气体中并由抽空器送入尾气焚烧炉，抽空器同时向液硫池的气相空间引入一股吹扫空气，以维持气相中的H2S浓度在爆炸极限以下。液硫自液硫池的脱气区溢流至存储区，存储区的液硫经液硫池泵升压后进入硫磺冷却器，冷却至138℃后再循环回脱气区。脱气后的液硫用液硫产品泵送至液硫成型单元生产粒状固体硫磺，产品送至单元外的存储及装车设施。

2 液硫池防腐材料

天然气净化厂的液硫池采用混凝土整体浇注，然后用两层耐酸砖在混凝土内侧砌筑一道耐酸墙，最后采用耐高温防腐结构胶泥（主要成分为氟树脂）及无蜡玻璃纤维布贴于液硫池内壁，最终实现耐高温防腐蚀的目的。

2.1 材料品种与性能

FHW系列耐高温防腐结构胶主要由进口氟树脂、改性树脂、特种强化树脂共聚物、偶联剂和部分纳米材料组成，采用IPN原理化合制成，其特点是集粘接与防腐于一身，从而使防腐层形成高度致密的交联立体结构，属厚浆型双组分重防腐材料。耐高温防腐结构胶性能：黏度＞1800mPa·s（25℃）；密度1.4～1.6kg/L；剪切强度≥7MPa；干膜使用温度-30～360℃；颜色为灰色；耐酸，25%H2SO4浸泡6个月（25℃）涂层完好；耐碱，20%NaOH浸泡6个月（25℃）涂层完好；硫化物，浸泡72h（150℃）涂层完好。耐高温防腐结构胶具有以下优点：

（1）附着力好。因其改性树脂结构中含有极性很强的脂肪族羟基和醚键，其分子能与相临界面之间产生很强的电磁力，且与介质表面的游离键起化学反应，形成化学键。其固化是通过分子与分子之间的化学反应交联成网状高分子涂膜，是一种直接的加成反应，反应过程中无低分子物产生，体积收缩率一般小于0.05%，与混凝土、金属粘接力极强，不易出现脱皮、起壳等现象。

（2）耐腐蚀性能优良。FHW系列防腐结构胶因其树脂分子结构较紧密，对化学介质的稳定性好，固化后分子排列整齐，形成致密的高分子互穿网络结构，抗渗透性极强，对硫化物、酸、碱、盐及有机溶剂等化学介质具有优异的抗侵蚀能力，能够很好地抵制硫磺池内腐蚀介质的侵蚀。

（3）耐温性好。FHW系列防腐结构胶选择不同的型号，其耐温范围为-300～11000℃，根据施工条件，可加温固化也可常温固化，使用方便灵活。而一般的耐温防腐材料需在酸性催干剂或高温作用下才能成膜，使用受到一定的局限性。

（4）胶层综合性能好。固化后胶层机械强度高，韧性好，饱满坚硬，耐温性稳定，同时还具有很好的抗冲击、耐摩擦能力。产品无毒，属环保型产品，常温固化，便于施工，能达到理想的耐温防腐效果。

2.2 液硫池内壁防腐衬里施工工艺

液硫池防腐衬里设计依据《工业建筑防腐蚀设计规范（GB50046—1995）》及Fick定律——渗透时间与扩散系数、涂层厚度的关系原理，结合耐高温防腐结构胶不同型号的功能以及防腐蚀区域的介质环境，设计防腐蚀方案。

天然气净化厂液硫池内壁防腐层的施工采用“一底三布四涂”一次成型的工艺，保证液硫池内壁防腐层在通蒸汽加温后不出现发黏、脱落、起皮现象，并且在80～150℃的环境中耐液硫腐蚀。

3 不同防腐材料的应用

天然气净化厂液硫池数量多，体积大，整体采用地下结构，共分3个区域，其中2个为脱气区，1个为存储区。每个区域的顶部，只有一个1m×1m的方孔作为与外界连接的通道。由于液硫池内部所形成的密闭环境使得其内部温度高于外部环境温度，所以施工过程相当困难。天然气净化厂先后选用环氧树脂和氟树脂2种防腐涂料，最终解决了液硫池内壁防腐的问题。

3.1 以环氧树脂为主要原料

天然气净化厂首先采用以环氧树脂为主的防腐涂料进行施工，采用“一底三布四涂”一次成型的施工工艺。在具体施工时发现，除一些搭接处存在施工质量问题外，还发现大面积防腐层与内壁脱离，形成鼓包的现象。另外，经过蒸汽烘烤后，防腐层开始变质、粉化，附着力大大降低，最终与内壁大面积脱离。实践证明，环氧树脂涂料最高可耐150℃高温，无法满足天然气净化厂液硫池内部保温蒸汽的最高要求温度160℃，因此以环氧树脂为主的防腐涂料不适合在高温液硫池内部使用。

3.2 以氟树脂为主要原料

氟树脂分子结构中含有氟原子的一类热塑性树脂，具有优异的耐高低温性能、介电性能、化学稳定性、耐候性、不燃性、不粘性和低摩擦系数等特性。氟树脂的主要品种有聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯—四氟乙烯共聚物(ETFE)、乙烯—三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、聚氟乙烯（PVF）等。其中以聚四氟乙烯为主，可以在260℃高温下长期使用，-268℃低温下短期使用。

4 耐高温防腐结构胶对比

耐高温防腐结构胶FHW系列不同品种材料性能对比：

（1）FHW61耐高温防腐结构胶适用温度-30～160℃，耐温差骤变性能好，耐腐蚀性强，耐化工大气，附着力好，不脱层。用于耐高温防腐设备和部件的粘接、涂刷或修补，可制作耐高温玻璃钢。

（2）FHW62耐高温防腐结构胶适用温度-30～360℃，耐温差骤变性能好，耐硫化物腐蚀性强，附着力好。用于石油化工液硫池内衬防腐、堵漏、粘接、涂刷或修补，可制作耐高温玻璃钢。

（3）FHW62—01耐高温防腐结构胶适用温度-30～200℃，耐温差骤变性能好，耐硫化物腐蚀性强，附着力好。用于耐高温防腐设备和部件的粘接，砌筑耐酸瓷板、花岗岩等板材及石油化工液硫池内衬堵漏、粘接、补坑或修补。

（4）FHW63耐高温防腐结构胶为稠状物，有很好的触变性及良好的电绝缘性。用于高温炉或非金属耐高温设施内衬以及外壁高温防腐耐热、耐温差骤变等，可耐低于1100℃的高温。

经过对比，天然气净化厂最终选用FHW62和FHW62-01耐高温防腐结构胶作为液硫池内壁防腐用胶泥。

5 施工质量控制

5.1 施工前的防腐材料质量控制

对各厂家的资质、业绩等情况经过层层筛选及严格考核后，最终确定供货厂家。提前与厂家联系，介绍前期施工问题，让厂家熟悉现场。同时，要求厂家对所用的材料进行抽检，严格材料进场程序。

5.2 施工中的质量控制

由于前期液硫池已做过一次内壁防腐，要重新做防腐层就需要将所有前期做的防腐层全部清理干净。液硫池内壁如果残留原先的防腐层，首先会影响新防腐层的有效附着；其次，清理前期防腐层的过程中会对液流池内壁造成不同程度的损伤，增加表面不平整度。经过与厂家的多次交流，确定施工方案，保证新的防腐层能实现预期的施工效果。

5.3 施工后的质量验收

（1）基层质量检测方法和标准要求达到GB50212—2002标准。

（2）检查涂层道数和涂层质量，并在涂层施工完工后进行外观检查。涂装质量主要检查涂层有无漏涂、气泡、流挂、空鼓、露白等现象。

（3）待完成防腐涂装，涂层实干后应用测厚仪进行测厚，要求涂层厚度均匀。验收标准采用85—15规则，即85%的测定值要达到规定的胶层厚度，允许15%数值偏低，但必须大于“规定值的85%”，否则应增加涂装道数直至合格为止。

经过严格质量把关后，重新做的内壁防腐层结构平整，经过高温养护，未出现前期发生的问题。