烟气湿法脱硫装置脱硫塔的腐蚀及防护

2020-03-18

石油化工腐蚀与防护 2020年1期

(1.宁波弘讯工程咨询有限公司，浙江宁波 315103;2.中国石化集团宁波技术研究院，浙江宁波 315103)

湿法烟气脱硫技术不仅具有压力降小、脱硫和除尘效率高的优势，而且具有工艺成熟等特点，还具有装置占地面积小和建设周期短、稳定运行周期长、负荷变动影响小、烟气处理能力强等优点，已成为国内控制SO2排放的主要技术手段。而湿法脱硫装置的腐蚀一直是烟气脱硫(FGD)装置的主要问题，直接影响脱硫系统的正常稳定运行。

1 烟气湿法脱硫技术概况

湿法脱硫技术主要包括EDV洗涤技术和双循环湍冲文丘里技术，脱硫塔是脱硫装置的核心设备，“烟塔合一”型是最为经济有效的塔型。

EDV洗涤技术在整个烟气脱硫过程烟气压力降小，可控制在5 kPa内，提高了长周期运行的可靠性。

双循环湍冲文丘里技术是中石化拥有自主知识产权的烟气脱硫除尘技术，采用两级脱硫除尘，脱除效率超过95%，外排烟气含尘量小和含湿量低，在塔内设置了除沫器和湿式静电除尘器，能有效降低外排烟气中的粉尘和液滴。

湿式静电除尘器对于颗粒物特别是亚微米颗粒物具有很好的脱除效果，且可脱除酸雾、Hg等多种污染物，具有效率高、能耗低和烟气处理量大等优点。不仅可以有效去除烟气中的烟尘颗粒和PM2.5级别的SO3和汞，同时可脱除在除雾器后烟尘中携带的雾滴等污染物。

目前湿法脱硫使用的脱硫剂主要有石灰石、石灰、氢氧化钠、氢氧化镁和氨水等。烟气进入脱硫塔反应区，逆流而上，经过多层浆液喷淋层，从脱硫塔内喷淋管组喷出的悬浮液滴向下降落，烟气与脱硫剂浆液液滴逆流接触，发生传质与吸收反应，脱除烟气中的SO2。脱硫后的烟气经除雾器除去烟气中夹带的液滴后，通过脱硫塔顶部的烟囱直接排放到大气中。

2 脱硫塔的腐蚀及防护

脱硫塔内部各部位腐蚀机理不尽相同。结合脱硫塔的实际情况，分区域对塔内腐蚀情况采取不同的防护措施。

2.1 入口烟道部位

在烟道与脱硫塔连接处(俗称“入口烟道”)，为便于烟气在塔内分布的较为均匀，入口烟道向下倾斜设置。烟道内设有浆液喷嘴，由于烟道干湿交替、温差大、机械振动和气体流速快等原因，这部位腐蚀最为严重。

表1 烟气/浆液中的腐蚀性组分

哈氏合金C-276具有良好的耐腐蚀性和耐高温性，被广泛应用在烟气入口烟道处。但由于C-276焊接时具有较高的热裂纹敏感性，气孔生成率高，而且焊接区易产生晶间腐蚀倾向。因此在制造过程中，应制作焊接试件、进行焊接工艺评定、焊条选用ENiCiMo-4、坡口表面清理干净、氩气保护到位和避免焊接区在高温下停留时间过长，在焊透的前提下尽量选用较小焊接线能量和小电流快速焊，同时提高焊缝的冷却速度等，这样制造的入口烟道多年未见腐蚀和裂纹，烟道运行良好。

2.2 入口烟道下方和正对的塔壁处

入口烟道下方和正对的塔壁，除了承受塔内浆液的腐蚀外还承受烟气/浆液的冲刷，金属塔壁易被浆液冲刷减薄，内衬非金属防腐蚀涂料的塔壁易发生涂层脱落。

(1)金属塔塔壁采用耐蚀钢。内涂非金属涂料脱硫塔，应增加涂料与塔壁的结合强度，提高涂料的抗渗透性。入口烟道内伸，入口烟道上方塔壁上设置挡液板，入口烟道正对塔壁上设置防冲挡板。入口烟道的挡液板和防冲挡板见图1。由图1可见，烟气入口加装防冲挡板后，避免了烟气在入口附近贴壁流速过快，烟气流道更趋向塔中心，并形成多个回流区，烟气出口区的速度分布也趋于均匀，更有利于烟气脱硫的进行。

图1 入口烟道的挡液板和防冲板结构

(2)对进场原材料进行查验，按焊接工艺评定并控制施工质量，焊缝打磨圆滑，严格按内部非金属防腐蚀涂料的施工技术要求施工。

(3)最后严格按照设计和工艺卡要求控制循环浆液的pH值、严格监测和控制烟气脱硫系统中的氯离子总量、循环浆液中催化剂颗粒和盐含量。

2.3 塔底板

通常脱硫塔的基础结构是混凝土环形墙包裹密实填沙垫层，导致塔底板的焊接变形、塔底板安装完成后的起拱、底板与基础之间出现空谷等，严重影响脱硫塔底板的内防腐蚀涂层。开停工过程中浆液对塔底板的冲击也会影响罐底板内防腐蚀涂层。如某石化公司4台脱硫塔，运行1 a多，检修时发现其中1台塔的塔底板玻璃鳞片涂层大面积开裂，因此塔基础应采用硬基础，不允许出现不均匀沉降；另外控制塔底板的焊接变形量，外环板厚度大于中间底板厚度，中间底板与预埋在混凝土二次灌浆层中的钢架焊接在一起，塔底板与塔基础牢固连接在一起,以控制塔底板的焊接变形量并防止塔底板的拱起。

2.4 塔壁

脱硫塔底部为一定高度的浆液区，中间为洗涤区，上部为除沫区，不同区域pH值不同，操作温度不同，腐蚀程度也不同。

烟气中的SO2,SO3,HF或其他酸性物质与碱性脱硫剂发生化学反应生成硫酸盐、亚硫酸盐或其他化合物，导致塔体金属发生腐蚀。在缝隙、焊缝或表面缺陷等特殊结构处，由于缺氧、水解和离子扩散困难等原因，造成局部的高酸性环境，在碳钢表面形成原电池，而易产生电化学腐蚀。

影响脱硫塔内介质腐蚀的另一个因素是氯化物，它来自脱硫塔的水以及吸收了含氯化物的煤燃烧所产生的氯化氢。氯化物会由于水的蒸发和循环而浓缩，Cl-在脱硫塔浆液中逐渐富集，质量浓度可达数万mg/L，形成腐蚀性很强的酸性氯化物溶液。

通过选材、施工质量控制和优化操作运行对脱硫塔的腐蚀进行防护，金属复合板塔壁复层和塔内件常采用S30403，S31603，N08367和254SMO等。内涂非金属防腐蚀涂料塔常采用内涂玻璃鳞片、聚烯烃共聚物、改性聚脲和纳米复合涂料等。

2.5 塔壁与除尘器连接处

湿式静电除尘器常安装在脱硫塔吸收区，来除去SO3雾滴，捕集的SO3雾滴被水冲刷下来，沿着变径段流向脱硫塔塔壁。在采用高硫煤的电厂，冲刷后pH值在2～3的水，易造成塔壁腐蚀。特别是上部除沫器及其支撑梁等处，从湿式静电除尘器流淌下来的冲洗水会聚集浓缩，形成腐蚀性很强的酸性水。如某脱硫塔，塔体为Q345R+S30403，运行过程中最上一层除沫器区域塔壁腐蚀穿孔并迅速恶化，见图2。

图2 脱硫塔塔壁腐蚀穿孔

在静电除尘器下方变径处，增设酸液收集槽收集酸液外排；或增设碱液喷淋管对酸液进行中和。对脱硫塔顶部塔壁材料升级，内层塔壁和塔内件改为2205或2507。改造后塔壁未见腐蚀穿孔发生。

2.6 烟囱

当烟气温度为50～80 ℃时，随着烟气含水率提高，烟囱内壁腐蚀速率也增大。硫酸蒸汽凝结到金属表面会发生硫酸腐蚀，还会黏附烟气中的灰尘形成不易清除的积垢。污垢逐渐增厚，导致烟气流道不畅甚至堵塞,使SO2转化成SO3所需触媒不断强化，SO3生成量逐渐上升。硫酸露点腐蚀过程中最重要的因素是SO3的生成，其腐蚀程度取决于SO3生成量。特别是在脱硫塔或综合塔的锥段、烟囱焊缝和接管处，凝液更易聚集和浓缩，使腐蚀加剧。某企业催化裂化装置EDV洗涤塔烟囱顶部冷凝水pH值为2.3，为强酸性，分析数据见表2[1]。

表2 烟囱顶部冷凝水分析

脱硫装置在停工检修等情况下，烟气温度可达130 ℃，烟囱温度在110 ℃左右，较脱硫塔腐蚀更为严重。复杂的运行工况要求烟囱内衬防腐蚀材料不仅要具有良好的防腐蚀性，而且还需要具有很高的抗应变性(温度交变性能)[2]。

对于烟囱的露点腐蚀，一般采用耐蚀钢或非金属防腐蚀涂料。国外建议烟囱采用整体316L，国内鉴于经济性考虑常用整体玻璃钢。中石化几个公司的脱硫塔或综合塔烟囱都采用了整体玻璃钢，运行效果良好。

2.7 喷淋管与支撑梁

催化再生烟气一般含有质量浓度120 mg/m3的催化剂颗粒，大部分进入脱硫塔后被循环浆液洗涤脱除，少部分被净化烟气携带排入大气，因此烟气和循环浆液中都含有催化剂颗粒。循环浆液中碱液与烟气中的SOx反应生成盐，在循环浆液中饱和结晶析出，形成固态盐颗粒。脱硫塔使用的脱硫剂以一定速度由喷淋管喷嘴喷出，对脱硫塔塔壁及内部支撑梁产生冲刷磨损。另外，烟气中含有的粉尘等固体颗粒物亦对塔壁和支撑梁有磨损。虽然喷淋管与支撑梁固定,但是随着喷嘴不断喷射脱硫剂或冲洗水也会不断地振动，支撑梁和喷淋管腐蚀断裂时有发生。某金属脱硫塔的支撑梁和喷淋管腐蚀情况见图3。某内衬玻璃鳞片脱硫塔支撑梁掉落塔底、另一公司涂改性聚脲塔支撑梁防腐涂层因局部腐蚀而呈红色、某个脱硫塔内氧化空气玻璃钢管线数次断裂,因此金属塔内构件选用不锈钢，控制焊接质量，焊缝打磨圆滑。脱硫塔内衬非金属防腐蚀涂料时，支撑梁宜选用方钢并穿出塔壁设置，支撑梁应实施局部增强措施。在喷淋管与支撑梁之间加装非金属鞍座，鞍座上面垫非金属软垫片，再用U型螺栓(金属塔)或玻璃丝布包扎，即可起到防腐蚀也可起到摩擦减缓的作用。

图3 支撑梁和喷淋管的腐蚀

2.8 塔体振动

脱硫塔采用“烟塔合一”，塔净高80～100 m，一般在低温和高湿的环境下运行。正常运行过程中，除了温度变化产生的变形量外，还有风载等因素引起的振动变形。某脱硫塔烟囱腐蚀严重，除了材料因素外，塔的大幅度摆动加剧了烟囱腐蚀。因此金属塔顶部1/3高度处设置扰流装置，禁止裸塔长时间树立。另外玻璃钢烟囱脱硫塔应设置塔架。