WSA湿法制酸装置硫酸罐防腐蚀

(中海油石化工程有限公司，山东 青岛 266010)

20世纪80年代初,丹麦托普索公司开发了WSA(Wet Gas Sulphuric Acid)湿法制酸工艺。该工艺可以用质量分数低至0.05%的SO2废气生成质量分数为94%～98%的硫酸，硫回收率达99%。WSA湿法制酸工艺流程为：酸气的燃烧、投加氨、DeNOx工艺、SO2的氧化和随后的冷却、酸冷凝、浓缩和再冷却[1]。WSA湿法制酸工艺简单,投资小、能耗低，回收蒸汽量大，没有废酸及其他废液外排，尾气不必处理即可达到环保要求，是目前世界上较为先进成熟的一种湿法制酸工艺。鉴于以上优势，近几年WSA湿法制酸装置在炼油厂使用日趋广泛。装置中主要介质为酸性气、浓硫酸且操作工况复杂，防腐蚀是保证整个装置顺利运行的首要问题，需对装置中每台设备制定防腐蚀方案。

该文介绍了某炼油厂50 kt/a的WSA湿法制酸装置中的硫酸罐防腐蚀技术方案。此装置已开车成功1次，且已正常运行近2 a。

1 浓硫酸对碳钢的腐蚀

浓硫酸指质量分数大于或等于70%的硫酸溶液。硫酸在浓度高时具有强氧化性，浓硫酸对碳钢的腐蚀是典型的电化学腐蚀，具有以下特征：

(1)在一定温度下，浓硫酸对碳钢的腐蚀速率随浓度的升高急剧下降(发生了钝化反应)。

(2)同一浓度的硫酸，随着温度的升高腐蚀性增强，这主要是因为温度升高加速了阴极和阳极反应的发生，从而加速了硫酸对金属的腐蚀[2]。

(3)浓硫酸的流速及流动状态易加快钝化膜的破坏，钝化膜一旦破坏则加速硫酸对碳钢的腐蚀，流速超过0.67 m/s会引起湍流腐蚀。

2 硫酸罐的防腐蚀

硫酸罐位于WSA冷凝器底部出口管线上，用于酸冷凝,见图1。硫酸罐中介质为浓硫酸(质量分数为97%～98%)，温度为120 ℃至常温且变化范围大。脱离WSA冷凝器的热浓硫酸温度为硫酸的露点温度(大约210 ℃)，经过管线冷却，热浓硫酸进入硫酸罐的温度大约为120 ℃。热浓硫酸在硫酸罐中与冷的循环硫酸混合，从而降低温度，避免超出设备的设计温度。硫酸通过酸泵在硫酸罐中循环冷却到70 ℃，然后经板式酸冷却器冷却到40 ℃。

2.1 硫酸罐设计条件

介质：质量分数为97%～98%的硫酸；介质特性：强腐蚀性浓硫酸；设计压力(内部)(Pd)：常压；设计温度(Td)：120 ℃；操作压力(内压)(Po)：常压；操作温度：70 ℃；结构型式见图2。

图1 WSA湿法制酸流程

图2 硫酸罐结构

2.2 硫酸罐选材

在常温浓硫酸中，碳钢是适用的，也是应用最广泛的[3]。但该硫酸罐的操作温度为70 ℃，且入口处硫酸的流动速度超过0.67 m/s,腐蚀情况比较严重，只用碳钢无法满足设备的防腐蚀。某湿法制酸装置中硫酸罐只用碳钢，结果腐蚀严重，使用不到一个月就发生腐蚀泄漏(见图3)，因此硫酸罐需增加内衬或者防腐蚀涂层。由于内衬使用寿命比涂层短且容易老化，该硫酸罐采用碳钢+内表面喷涂防腐蚀涂层，硫酸入口增加衬垫的防腐蚀方案。

碳钢材料选用Q235B,厚度为8 mm，通过强度计算可满足设备需求。涂层材料采用喷涂ECTFE(乙烯和三氟氯乙烯1∶1的交替共聚物)，厚度为800 μm，见图4。ECTFE有很好的热塑加工性能、耐热性(分解温度350 ℃)、耐化学品性及耐候性。ECTFE韧性好、硬度高，且与聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯及六氟丙烯(FEP)相比有更好的耐磨损和耐腐蚀性能[4]。硫酸入口接管及法兰端面增加衬垫，衬垫采用PTFE，厚度为7 mm。PTFE是目前最常用的耐酸腐蚀性能较好的材料之一。常温至250 ℃,PTFE几乎不能被任何化学品侵蚀[5]。硫酸罐液位计口为可拆卸的双法兰套管式液位计接管，接管规格为DN25，内伸接管长度约为2 m。由于管径小，喷涂ECTFE工艺无法实现。液位计接管采用内外衬PTFE。为避免接管端部腐蚀，衬层需把接管端面包住，衬层上部覆盖液位计口的法兰端面，详见图5及图6。

图3 腐蚀泄漏的硫酸罐

3 涂层质量控制

防腐蚀涂层的质量直接决定防腐蚀的效果，从而影响硫酸罐的使用寿命。为保证喷涂涂层质量，喷涂前设备基材需做打磨、除锈处理，喷涂后涂层需做检测。

图4 喷涂ECTFE后的硫酸罐

图5 液位计接管衬PTFE

图6 液位计接管端部

3.1 喷涂前设备处理

在设备衬里和喷涂前,金属表面应进行除锈处理，达到GB/T 8923.1—2011《涂覆涂料前钢材表面处理》Sa2.5级要求。焊渣、飞溅物应予以彻底清除，结构棱角处和角焊缝必须圆滑过渡，其圆角半径不小于5 mm;所有接管、手孔与筒体的角焊缝及筒体的对接焊缝应保证全焊透;做衬里的接管与筒体内壁处的焊接应采用与设备内壁切齐的焊接结构，且该焊缝应圆滑平整；接管端部需倒圆角，圆角半径至少3 mm。设备在喷涂之前，需将管线支撑;垫板及其连接件、吊耳、铭牌托架及内件等应先焊好，喷涂以后严禁在钢壳或焊好的垫板上动火施焊，禁止一切会损伤涂层的操作。

3.2 喷涂后质量检测

涂层和衬里层的贴衬表面必须光滑平整，不得有大于1 mm的凹凸。涂层钢壳和衬里钢壳焊缝表面应均匀平整，不得有裂纹、气孔、焊瘤、夹渣及弧坑等缺陷，焊缝余高小于或等于1 mm。设备衬里和喷涂完成后的衬层及涂层表面不能有分层、裂纹和影响强度的褶皱等缺陷，衬层和涂层内不得有气泡、裂口。用电火花检漏器检查衬层质量，以不发生电火花为合格。设备所有内表面喷涂ECTFE完成后，应进行煤油渗漏检验。

4 结 语

WSA湿法制酸装置中硫酸罐属于浓硫酸的换热设备，罐内操作温度高、浓硫酸入口处流速快，存在湍流腐蚀。设备材料只采用碳钢不能满足防腐蚀要求。该硫酸罐防腐蚀采用碳钢(Q235B)+内表面喷涂ECTFE防腐蚀涂层，硫酸入口接管增加PTFE衬垫的防腐蚀方案。为保证喷涂涂层质量，喷涂前设备基材需做打磨、除锈处理，喷涂后涂层需做检测。该硫酸罐已应用于某炼油厂50 kt/a的WSA湿法制酸装置。该罐正常运行时间已近2 a，防腐蚀效果良好，未出现腐蚀泄漏。