氨法脱硫防腐蚀材料研究

瞿光彬 张小斌

摘 要：氨法脱硫（FGD）装置中烟道、吸收塔、喷淋管等部位很容易出现化学腐蚀、电化学腐蚀、结晶腐蚀问题，导致烟道结构、设备本体及部件、塔内件受到破坏，使用寿命缩短。本文重点介绍了氨法脱硫的腐蚀机理，对防腐蚀技术进行探讨和研究，并提出防腐蚀建议。

关键词：氨法脱硫;防腐蚀材料;应用措施

由于烟气氨法脱硫具有效率高、二次污染小，副产硫铵等优势，在当前化工、钢铁行业占据一定主导地位。随着国家环保形势的日益严峻，环保装置的稳定运行是制约企业生产和生存的关键因素之一。由于煤或燃料在锅炉燃烧后产生的SOx、NOx、HCl、HF等产物几乎全部在脱硫洗涤和吸收过程转移到循环浆液中，加之在循环吸收过程中，浆液受烟气加热不断浓缩，产生晶体，会加剧腐蚀和磨损。因此，腐蚀问题是影响氨法脱硫装置运行的关键问题。本文就分析氨法脱硫中的腐蚀机理，研究防腐材料的应用，提出防腐材料的选用建议，旨在为氨法脱硫的防腐蚀工作提供指导。

1 氨法脱硫腐蚀原理分析

氨法脱硫是以SO2和NH3为反应基础，经过吸收塔生成亚硫酸铵和亚硫酸氢铵，通过不断的补充NH3，实现浆液的循环吸收，其反应原理如下：

SO2+H2O+2NH3=（NH4）2SO3

主要发生在吸收段吸收段

（NH4）2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3

主要发生在吸收塔吸收段

NH4HSO3+NH3=（NH4）2SO3

主要循环氧化槽

2（NH4）2SO3+O2=2（NH4）2SO4

主要发生在循环氧化槽和吸收塔浓缩段

2（NH4）2SO3+2NO=2（NH4）SO4+N2

主要发生在吸收塔吸收段（副反应）

在各个区域内均存在不同程度的腐蚀，根据腐蚀机理不同，主要包括结晶腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀。

1.1 结晶腐蚀原理

烟气脱硫所产生的可溶性硫酸盐成分、亚硫酸盐、硝酸盐等成分，会以液相的形式进入到防腐层毛细孔之内，在系统停止运行的时候，液相自然干燥，形成结晶盐，体积会逐渐增大，导致防腐材料缝隙内部的压力增加，对防腐层会产生破坏性影响，尤其是在干湿交替作用之下，会加重腐蚀问题。

1.2 化学腐蚀原理

氨法脱硫系统运行的过程中，浆液内的腐蚀介质，会在一定的温度环境与湿度环境中，和金属材料之间出现化学反应，导致设备出现腐蚀现象，如果不能及时处置，将会导致化学反应反复性循环，腐蚀问题加重，对设备造成严重的破坏。其主要反应如下：

Fe+SO2+H2O=FeSO3+H2

Fe+SO2+O2=FeSO4

FeSO4水解生成游离硫酸：

FeSO4+H2O+O2→Fe（OH）3+H2SO4

1.3 电化学腐蚀原理

氨法脱硫的过程中，金属原材料和浆液之间、湿烟气之间相互接触，会出现电极反应的现象，诱发电化学腐蚀。如果金属和烟气介质之间直接接触出现化学反应，湿润的环境中会出现严重的电化学腐蚀问题，不仅会对金属表面造成破坏性影响，金属焊缝也很容易有腐蚀的现象。反应原理如下：

Fe→Fe2++2e

Fe2++FeO·OH+2e→Fe3O4+H2O

2 氨法脱硫腐蚀环境划分

常规的氨法脱硫工艺，按工艺特点和腐蚀环境可划分为五个区域：①A区：吸收塔入口烟气急冷区，该区域比其他区域温度高，属于塔内干湿交界面，有高浓度的酸雾和可溶性铵盐、氯化盐等;②B区：吸收塔浓缩区，腐蚀比较激烈，该区域浆液pH为2-4左右，且含有一定浓度的晶粒，浆液的Cl-含量也会很高。此处会引起点蚀、强酸腐蚀，和磨损;③C区：吸收塔吸收区、循环槽，腐蚀相对B区比较缓和，冷却后烟气约60℃左右;④D区：吸收塔洗涤区，属于腐蚀轻度腐蚀环境，冷却后烟气温度约50℃;⑤E区：净烟道及烟囱区，属于最为轻度的腐蚀区域，此处烟气温度约为50℃左右。

3 常用氨法脱硫防腐材料的分析

在采用氨法脱硫技术的过程中，应该结合技术的应用特点、系统运行规律，合理采用氨法脱硫防腐材料，有效预防出现设备腐蚀问题。常见的防腐蚀材料包括非金属材料和金属材料两大类：

3.1 合理采用玻璃钢材料（FRP）

玻璃钢即纤维增强塑料。主要就是将合成树脂当做是粘合剂、以玻璃纤维制品为增强原材料所制作而成。重量较低，强度很高，成型加工的工艺技术简易，化学稳定性较为良好，造价相对便宜。玻璃钢防腐材料可长时间耐受温度在100℃-120℃之间，短时间的耐受温度在160℃左右，目前国内已研发最高耐受温度220℃，但是，在加工期间很容易出现气泡缺陷、裂纹缺陷，不耐受振动，易脆断。在成型加工过程中，强化监督管理力度，有效预防出现缺陷问题，保证防腐性能满足标准。适合使用在脱硫塔的喷淋管、氧化风管、除雾器冲洗水管线、净烟道内衬等。

3.2 橡胶衬里材料的应用

此类材料在实际应用的过程中，化学稳定性较高，具有一定的耐强酸、有机酸的性能，但是，在氨法脱硫强氧化的环境下，化学稳定性较低，温度承受能力也很低，只能在65℃-100℃之间才能确保耐腐蚀性能，一旦超出了这个温度数值，就会出现破坏性的问题。因此，在选用防腐材料的过程中，必须要按照橡胶衬里材料的特点与实际情况，针对性开展分析研究工作，确保按照氨法脱硫系统的运行特点，合理使用橡胶衬里材料，可应用在脱硫各个区域的塔外浆液输送管线。

3.3 玻璃鳞片衬里（VEGF）材料的应用

对于鳞片衬里材料而言，是将乙烯基树脂当做基體树脂，在其中添加15%-39%片径不等的玻璃鳞片，属于不同材料混合性的防腐材料。该材料具有防腐性能好、抗渗性能高、耐高温性能强、耐磨损性能好，黏结强度较高等特点，且该涂层可以喷涂、滚涂和刷图，现场配置室温固化。缺点是挥发的苯乙烯极易着火，且冬季施工需采用一定采暖措施。目前在FGD各个区域防腐中应用普遍，应用在吸收塔、循环槽和烟道内衬。

3.4 合金材料

常用的合金材料包括镍基合金、钛合金。常见的为C276、合金625、钛合金板。

3.5 不锈钢材料

304不锈钢，S316L不锈钢、317LM不锈钢、2205双相不锈钢、2507双相不锈钢。

4 常用氨法脱硫防腐材料的应用措施

氨法FGD系统中，最严酷的是高温、急冷、低pH、冲刷磨损）结晶颗粒，针对不同腐蚀环境，防腐材料应用措施建议：①吸收塔入口烟道急冷区（A区）：该区域是干湿交界和急冷降温区，由于烟气温度高、烟气流速高、pH低、Cl-浓度高，建议采用高温玻璃鳞片、C276复合板、高镍基合金板、钛合金板;②吸收塔浓缩区（B区）：该区域浆液pH为2-4左右，氯离子浓度极高，且含有一定浓度的固态晶粒，此处会产生强酸腐蚀、点蚀和冲刷磨损。此区域的喷淋管和氧化空气管可采用FRP玻璃钢（管内壁应进行防磨处理）或2507/2205双相不锈钢（根据氯离子浓度），设备内衬宜采用高温玻璃鳞片;③吸收塔吸收区、循环槽区（C区）：该区域浆液的pH约4-6.5（随工艺定），Cl-浓度相对A、B区大幅度降低。此区域的喷淋管可采用FRP玻璃钢或316L不锈钢（根据氯离子浓度），设备内衬采用中、低温玻璃鳞片;④吸收塔洗涤区（D区）：该区域循环水的pH约7-8，冷却后烟气温度约50℃。此區域的喷淋管可采用FRP玻璃钢或304不锈钢（根据氯离子浓度），设备内衬采用低温玻璃鳞片;⑤净烟道区及烟囱（E区）：该区域主要是低温酸腐蚀，此处烟道可采用低温玻璃鳞片衬里、烟道可采用低温玻璃鳞片衬里、耐酸瓷砖衬里（水泥烟囱）等。

5 结语

综上所述，氨法脱硫系统运行期间，经常会出现化学腐蚀、电化学腐蚀、结晶腐蚀等问题，对设备会造成破坏性影响，导致设备的寿命缩短，而合理采用先进的防腐材料，有助于延长设备的使用寿命，保证氨法脱硫的稳定性，具有非常重要的意义。因此，在氨法脱硫装置的设计阶段，必须要重视防腐材料的选择和应用，按照各个区域的腐蚀特点和工作环境特点，合理采用相关的防腐材料，保证材料的防腐性能，规避氨法脱硫设备的腐蚀性问题，彰显防腐材料的应用优势。

参考文献：

[1]杨建华，刘震.浅谈氨法脱硫装置腐蚀机理与防腐措施[J].齐鲁石油化工，2019，47（1）：45-50.