壳牌煤气化装置的常见腐蚀及策略

2018-03-29夏多亮

山西化工 2018年1期

夏多亮

（同煤广发化学工业有限公司,山西大同 037000）

引言

就目前我国煤炭市场的现状来看,使用最多的煤气化装置是壳牌煤气化装置,所以针对壳牌煤气化装置进行研究,对于整个煤炭市场中的企业而言,都具有重要的意义。随着壳牌煤气化装置使用率的提升和普及度的提高,壳牌煤气化装置的使用问题逐渐暴露出来,尤其是腐蚀问题的产生,需要我们予以关注和重视［1］。

1 壳牌煤气化装置工艺概述

1.1 壳牌煤气化装置工艺主要流程

壳牌煤气化装置的主要构成包括气化炉、合成气冷却器、废热锅炉、激冷管、输气管等。在壳牌煤气化装置运行当中,需要先将碎煤磨成煤粉,然后进行干燥和加压处理,将其输送到气化炉当中,与氧气及水蒸气的混合物反应,发生部分氧化反应,同时将气化的压力保持在3MPa～4.1MPa,温度保持在1 400℃～1 600℃。经过高温处理之后,气体在激冷气入口与激冷循环气混合,被冷却到900℃,然后通过输气管被送到合成气冷却器中,之后经过回收、除尘和洗涤,合成甲醇、氨等产品。其他熔渣会排泄到气化炉的底部,经过淬冷形成微小玻璃颗粒,通过除渣系统清除。

1.2 壳牌煤气化装置工艺主要特点

气化炉的结构较为复杂,一般情况下,气化炉、输气管、合成气冷却器三个部分都是连接成为一个整体的,而在激冷段、输气管、合成气冷却器上共计装有58个敲击器,由于需要动静结合,因此使其密封存在较大的难度。在煤气化装置中,存在着较多的疲劳设备,所以管理难度相对较大,同时在气化装置中,其仪表点、复杂逻辑和控制回路较多,使得仪表管理以及工艺控制的难度大大增加。最后,粗煤气的成分较为复杂,而且粗煤气是湿气,所以又增加了腐蚀和泄漏的概率［2－3］。

2 激冷气压缩机的腐蚀及策略

2.1 激冷气压缩机的腐蚀原因

针对激冷气压缩机的腐蚀问题,需要通过检验的方式对其产生原因进行深入剖析。调查人员对激冷气压缩机中的腐蚀物进行了化学试验,发现其中的腐蚀化学物主要成分是FeS,其次是硫化物、氯化铵结晶物、铁碳酸盐。通过对这些腐蚀化学成分的进一步分析,找到了激冷气压缩机出现腐蚀问题的根本原因。一方面,壳牌煤气化装置中所使用的原料煤有氯、硫等化学元素,在高温合成的作用下,就会产生 H2S、NH4Cl、HCL、H2CO3等各类腐蚀物质。此后,经过一系列的循环输送,就会对激冷气压缩机产生直接的腐蚀。其次,如果在入口的地方采用了湿法、干洗除尘的方式进行洗涤,就会产生两股冷热气体,而冷热气体混合之后,温度在200℃以下,就会产生化学反应,导致氯化铵发生露点腐蚀；再次,在停车或开车的状态下,激冷气压缩机的温度骤降会导致水蒸气冷凝,进而出现局部液相环境。这给腐蚀的产生创造了条件,提供了产生腐蚀的可能。第四,如果在激冷气压缩机使用过程中碳钢、不锈钢等材质的材料使用过多,例如在入口处的缓冲罐中用到了316L材质,由于不锈钢对氯离子十分敏感,因此其极易产生氯化物的点腐蚀或者晶间腐蚀。在此情况下,一旦进入到水环境中,就会合成CO,产生碳酸物质,对激冷气压缩机系统产生腐蚀,损坏煤气化装置,或者造成管道堵塞,严重时就会直接导致煤气化装置故障,引发安全事故。

2.2 激冷气压缩机的腐蚀应对策略

就目前的研究情况来看,针对激冷气压缩机腐蚀问题的解决措施仍然还在不断探索和完善的过程当中,当前已有的应对策略主要有以下几种。第一,采用更加优质的材料。就目前市场上所售的材料来看,825材料是一种不错的选择。这种材料在应对腐蚀问题方面具有较好的性能。但是另一方面,采用825材料的成本也会相应提高,并且在制作工艺、焊接等方面也有发生改动。所以,具体采用哪种材料,采用多少,还需要根据实际情况综合考虑。目前用到最多的方案是碳钢材料与825复合管结合运用。第二,在除雾器的丝网上采用825材料。第三,对煤气化装置或者激冷气压缩机进行优化设计,试图通过设计和操作上的改良来防范腐蚀问题的产生,比如对入口温度进行控制,使其保持在200℃以上,从而避免激冷气压缩机系统产生腐蚀现象。另外,还可以对进口管线伴热保温,防止管线当中的液相析出。最后,在停车部位,可以适当增加吹扫的次数和时间,从而对激冷气压缩机中的积水进行更为充分的排除,保持环境干爽,有效降低腐蚀产生的可能性,同时还能够最大限度地延长激冷气压缩机的使用寿命。

3 合成气在洗涤之时出现腐蚀的策略

3.1 合成气在洗涤之时出现腐蚀的原因

在壳牌煤气化装置当中,湿法洗涤是非常重要的一道工序,同时也是设备是否能够正常运行的关键所在,是衡量产品质量的一个重要标准。但是经过大量的调查研究发现,如今企业当中所用到的壳牌煤气化装置,普遍存在洗涤腐蚀的问题,而且影响到了后续装置运行的安全性和稳定性,部分壳牌煤气化装置因为洗涤腐蚀的问题已经停止生产进入检修状态。由此可以看出,在洗涤过程中发生的腐蚀现象也是壳牌煤气化装置中常见且亟待解决的问题。研究发现,洗涤塔大多是被碱腐蚀或者氯化物的结晶所腐蚀的,并且由于这些原因所形成的腐蚀无法通过物理方法进行解决。目前很多企业都通过低压蒸汽的方式进行污垢的清除。但是从本质上来看,碱垢的出现几乎都是因为NaOH碱溶液过多而造成的,进而致使碳钢受到电化反应而遭受腐蚀。由此一来,就在洗涤器当中留下了结垢,影响到洗涤器的洗涤性能。事实上,如果碱量没有把握好,在高温环境当中,碳钢就会产生碱脆现象。不仅如此,在煤气化装置运行状态中,洗涤塔底部以及管道的竖直段、水平段弯头焊口处还会出现泄漏的现象。虽然泄漏难以通过肉眼直接观察到,但是久而久之会在小孔的周围出现晶体状物质,即氯离子的晶间腐蚀。

3.2 合理控制碱量

针对合成气在洗涤之时出现腐蚀的问题,目前已得到应用的策略主要有以下几种。第一,控制碱量。当前对碱量的控制主要通过采用抗碱腐蚀的计量器进行量的精确把握,从而确保碱液不会添加过多,预防碱垢现象的发生。另外,在开停时,要在增加N2加热次数的基础上进行洗涤塔的吹扫,同时加强吹扫的次数和力度。不仅如此,在日常工作当中,还需要安排专门的时间对管道中的腐蚀物进行定期清理,确保设备运行状态的良好。

3.3 合理控制工艺

其次,还需要重视对循环水的pH值的控制和把握,最好是将pH值保持在6.5～8.0的范围之内,避免氯化物腐蚀问题的发生。而且在满足工艺条件的前提下,可以采用防腐蚀的缓蚀剂,通过对缓蚀剂的利用来减缓腐蚀发生的速度,从而增强对腐蚀的抵抗能力。此外,还需要重视对各项工艺指标的把握和控制,根据实际情况采取最优质的材料和设备工具,最好是使用低碳钢,从而有效预防氯化物的晶间腐蚀。