硫磺回收装置急冷水腐蚀泄漏分析及对策

2020-08-08白永成新特能源股份有限公司新疆乌鲁木齐830024

化工管理 2020年21期

白永成(新特能源股份有限公司，新疆乌鲁木齐 830024)

1 概述

新特能源股份有限公司10kt/a 硫磺回收装置由常规Claus制硫、尾气处理SSR、硫磺成型3 个部分组成，其中尾气处理采用加氢还原吸收工艺，日常运行状态下急冷塔是对加氢后的尾气进行冷却、水洗的场所。其主要作用是降低加氢尾气的温度，使之达到理想的吸收温度。同时通过水洗去除杂质，保护后续胺液吸收系统。醇胺吸收硫化氢的最佳温度是40～45℃。因此，加氢尾气经过急冷塔后，被迫降低至40℃或更低。加氢尾气自塔底进入，与塔顶来的急冷水逆流接触，在塔内填料间完成传热。换热后的急冷水自塔底流出，经急冷水泵加压，过滤器去除杂质，再经水冷却器降至更低的温度，重新返回急冷塔内作用于尾气。

2 故障分析

2.1 急冷水循环运行存在问题

2010 年10 月31 日硫磺装置在正常生产运行过程中，发现硫磺泵房内C-201 至P-201 入口管线弯头处有轻微滴漏，经检查发现为弯头腐蚀减薄泄漏，该段管线材质为Q345R 碳钢，分析原因如下。

C-201 介质为急冷水，介质温度一般控制在30～45℃，操作压力范围在0.4～0.6MPa，通过热交换吸收尾气中的硫化氢、以及少量二氧化碳。由于硫化氢溶于水呈酸性水，因此，为典型的低温湿硫化氢腐蚀环境。而硫化氢(H2S)溶于水中后电离呈酸性，金属在H2S 水溶液中发生电化学反应，金属部位发生阳极反应产生FeS，引起设备或管道壁减薄的腐蚀。H2S 腐蚀是均匀腐蚀，产生大量的腐蚀产物，这些产物在金属表面形成一层保护膜，但由于膜的脆性，随着厚度的加大和流体的冲刷，这层保护膜可能就会脱落，因此新的金属表面重新暴露在腐蚀介质中。

该环境中的腐蚀反应机理可以表示为：

由于氢原子不断渗入硫化物的垢层，导致垢层疏松多孔，使H2S 介质不断扩散渗透，造成溶解在钢中的氢原子溶度增大而使受弯头硫化氢应力腐蚀开裂。

硫磺回收装置尾气系统也存在一定的CO2腐蚀，因为溶液中少量未脱除的CO2在有水的条件下会形成CO2腐蚀，因为二氧化碳溶入水后对金属材料有极强的腐蚀性，在相同的pH 值下，由于二氧化碳的总酸度比盐酸高，因此，它对钢铁的腐蚀比盐酸还严重。实验表明，当温度＜60℃时，二氧化碳对碳钢的腐蚀速率随着温度的升高而增加，当温度＞60℃后腐蚀速率反而降低，在60℃时出现最大值，这是因为温度的升高能加速化学反应速率，而随着温度的升高，腐蚀产物(FeCO3)的溶解度逐渐下降，促使腐蚀产物在碳钢表面形成保护膜，从而降低了腐蚀速率。而为了保障冷却吸收效果，急冷水温度一般控制在30～45℃。

图1 尾气急冷水流程图

图2 切割下弯头内部沉积物

主要反应：Fe + 2CO2+ 2H2O→Fe(H CO3)2+ H2↑

Fe(HCO3)2→FeCO3+ CO2+ H2O

Fe(H CO3)2和FeCO3是一种稀松的腐蚀产物，由于受流体的冲刷，腐蚀产物随之脱落形成新的金属表面，继而产生新的腐蚀，但这种反应在温度较高部位下较为严重。

从2010年1月1日至10月31日统计的硫磺装置进C-201(即R-201 出口)尾气分析表1 如下：

表1 尾气成份分析表

而从弯头切割下后可以看到有部分黑色FeS 的沉积，垢层呈疏松状，为H2不断扩散渗透，造成溶解在钢中的氢原子溶度增大而使受弯头氢致应力开裂的结果。同时，从腐蚀部位来看只是小范围出现严重的腐蚀情况，存在泄漏处的材质有局部的缺陷。从日常操作看，C-201 定期更换除盐水后，塔的PH 会降低，易于使材质暴露于腐蚀性环境中。

从设备维护管理上来分析，日常对出口线防腐检测一般放在P-201 入口管线及出口来监测C-201 出口至P-201 的整个管线的防腐情况。从实际看这是片面的，存在失真。检测结果虽然显示较好，但不能正确反应C-201 出口至P-201 入口管线的腐蚀情况。

通过管线测厚数据如下：

图3 P-201入口管线测厚数据图

图4 P-201出口管线测厚数据图

3 改进措施

参考PH 值对碳钢腐蚀速度的影响，目前控制急冷塔C-201的PH 值在7-9，避免酸低温湿硫化氢腐蚀；由于C-201 内尾气中组分为H2S与SO2，急冷水冷却吸收H2S与SO2后，水溶液呈酸性，PH 会降低至7 以下；车间在工艺上设定平稳率下限为7.2，当PH值低于7.2 时，通过向急冷水中注入20%氨水来调节C-201 中急冷水PH 值，并且控制PH 值在9 以下，从而避免碱性腐蚀；