硫磺回收装置的设备腐蚀及防护分析

1、硫磺回收装置的设备腐蚀及防护分析作者：韩旭雷蕾来源：科技创新导报2015年第13期韩旭雷蕾(中国石油化工股份有限公司洛阳分公司四联合车间 河南洛阳471012)摘 要：近年来，由于硫磺回收工艺流程的特殊性，设备腐蚀问题一直是企业和硫磺回收装 置面临的重要问题之一。装置上游环节产生的含硫污水、溶剂再生产生的酸性气体，都对回收 装置的各种设备和管线产生了不同程度的腐蚀。该文将结合笔者实际工作经验，以中石化洛阳 分公司四联合车间的硫磺回收装置作为研究对象，分析硫磺回收设备的日常运行状况并对造成 设备腐蚀的具体原因进行分析，针对这些具体原因，开展对重点环节和关键因素的治理和优化， 实现装置设备的长期、

2、可靠运行。关键词：硫磺回收装置腐蚀成因和形态防护措施中图分类号：TQ050.9文献标识码:A文章编号：1674-098X(2015)05(a)-0093-02硫磺回收装置常见于炼化企业，其主要作用是处理各个装置和环节产生的含硫物品和酸性 气体，并对这些排放物进行无害化、循环利用。该装置的主要工作机理是：在高温环境中，在具 有不同功能催化剂的作用下，将硫化氢转化成单质硫。因为硫磺回收作业的复杂性，在硫磺回 收的操作过程中，不同来源、不同组分的尾气会产生性质差异极大的酸性气体，这些气体对于 设备的腐蚀程度也是各不相同的。生产流程和工艺特点也导致了装置内会发生不同的化学反应， 如高温反应、低温反应、

3、应力反应等，这些反应本身和生成物可能对设备造成腐蚀。该文将针 对笔者所在的四联合车间硫磺回收装置相关情况进行分析，找出影响设备腐蚀的关键因素，并 采取适当措施。1 生产装置和工艺流程中石化洛阳分公司硫磺回收联合装置是该公司1000万吨/年炼油工程的配套装置。本联合 装置包括硫磺回收装置、溶剂再生装置、加氢型酸性水汽提装置等部分组成。石油化工企业中，一般均采用两种硫回收工艺，即工艺路线成熟的高温热反应和两级催化 反应的Claus，在硫回收工艺中，根据酸性气中H2S含量不同，通常采用分流法和部分燃烧法， 部分燃烧法是将全部原料气引入制硫燃烧炉，在炉中按制硫所需的氧气量严格控制配风比，使 H2S燃烧

4、后生成SO2的量满足H2S/SO2接近于2，经过反应生成气态硫磺。这种方法通常在酸性 气浓度较高时使用。硫磺回收装置制硫部分采用部分燃烧法。尾气处理部分采用SSR加氢还原 吸收工艺，通过加氢的方法将硫磺尾气中的单体硫及硫化物还原为H2S，然后采用甲基二乙醇 胺溶液吸收H2S，被吸收了 H2S后的尾气过程气经焚烧炉焚烧后通过烟囱排入大气。2设备腐蚀原因与形态分析下面将结合上述生产流程，对造成硫磺回收装置设备腐蚀的原因进行分析，并对腐蚀的形 态进行介绍。2.1 高温硫腐蚀产生高温硫腐蚀作用，主要介质为高温过程，气体产生的气态硫或者硫化氢、二氧化硫等。 若碳钢设备温度在260C300C左右，就有可能

5、出现高温硫腐蚀的现象。在高温条件下，硫化 氢与铁产生进行反应，转化成硫化亚铁，而单质硫也会与铁发生反应。产生这种腐蚀的主要环 节是酸性气的燃烧。一般废锅管束出现的内漏现象，多数是由高温硫腐蚀导致的。它的主要作 用机制是：由于多次改变管束迎火面的隔热衬里，部分陶瓷保护管出现破损，进而出现缝隙， 作业过程中产生的高温烟气能够直接对管束焊缝形成腐蚀，最终导致泄漏。紧接着，废锅的后 部温度会降低，为露点腐蚀的产生创造了条件，有可能对装置生产流程下游设备和管线造成威 胁。2.2露点腐蚀硫磺过程气是产生露点腐蚀的主要物质，以CO2、SO2、水蒸气等成分为主，主要发生在硫 磺尾气处理中温度较低的环节。过程气

6、中由于含有水分和SO2，生成亚硫酸蒸汽。如果此时温 度低于露点温度，就有可能产生高浓度的亚硫酸，对碳钢设备造成腐蚀。2.3 二氧化碳腐蚀硫磺回收装置中产生的尾气，通过加氢处理冷却之后，被二乙醇胺吸收，进入再生环节。 酸性气中存在的二氧化碳体积占比通常为0.2-0.25，经过制硫系统之后，和尾气一起进入到再 生环节，对再生环节造成腐蚀。而处于游离状态或者化合状态的二氧化碳，都有可能发生腐蚀。 特别是在高温或者水环境中，二氧化碳和铁发生反应，产生碳酸铁，物质形态比较疏松。在流 体冲刷作用下，管线腐蚀物出现脱落，管线中新的部位会遭受更进一步的腐蚀，进入“腐蚀程 度不断加深、管线持续受到破坏进而导致泄

7、漏发生和设备损坏”的恶性循环。2.4硫化氢腐蚀在石化企业的硫磺回收装置中，硫化氢的腐蚀作用也相当大。在压力作用下，在高浓度硫 化氢条件下，钢材质或高强度合金钢产生脆化，可能会出现开裂现象。裂缝主要分布在设备的 应力区域，以穿晶型为主。如果缺少对设备和管线中应力消除的相关措施，有很大的概率出现 设备和管线应力腐蚀。比如，硫池内出现的盘管的泄漏，通常是由于硫化氢腐蚀而出现的。2.5应力腐蚀热应力腐蚀多数情况下，发生在一级、二级或三级冷凝冷却器中。当温度较高的过程气通 过冷凝冷却器之后，管板的两面在温度差作用下，产生显著的热应力。而管子和管板的结合， 受到较大的热负荷，在受热不均匀的情况会出现热应力

8、；另一方面，在焊缝的地方，最容易出 现腐蚀。在高温环境中完成焊接，加热和冷却必然不均匀，就会有预应力产生，在化学介质的 接触和反应条件下，会产生腐蚀作用。3防护措施3.1对温度加强控制为了很好地降低回收装置的设备腐蚀，必须加强温度控制。一方面，回收装置的主燃烧炉 废热锅炉出口温度约为320C ；焚烧炉的蒸汽过热器出口温度420C450C。由于流程和作业 环境的限制，在生产过程中，温度很难降低。这时，就要在实现工艺作业条件的前提下，把温 度尽量控制在操作的下限范围。由于下限温度仍然较高，这种方法虽然即使不能彻底消除高温 硫对设备和管线的腐蚀，但是却能够避免露点腐蚀的出现。在日常作业环境中，因为硫

9、磺回收 装置运作环境和作业条件的不稳定性和复杂性，温度变化范围很大，加上管束和壳体膨胀系数 差别很大，焊缝的应力会由于所在部位的不同而产生不同影响，持续的应力作用，会导致设备 和管线出现疲劳裂纹或腐蚀缝隙。裂纹发展到一定程度，会延展到外表面，这样就会形成泄漏。 因此，如果能对硫磺回收过程中的各环节作业温度进行适当控制，能够充分利用设备的处理能 力，避免腐蚀程度的加深，也能够很好地延长设备使用寿命。3.2规范操作手段在硫磺回收装置作业过程中，应当按照工艺流程手册的要求，严格规范技术操作，及时做 好设备巡检和维护。确保在线分析仪能够正常工作，控制SO2的含量，尽可能降低高温硫腐蚀 和露点腐蚀对设备

10、的不良影响。在尾气处理过程中，为了相关化学反应的持续进行，应及时添 加氨水，将急冷水控制在PH值为78的范围内，能够减少设备腐蚀的发生。3.3强化设备管理强化设备管理包括恰当的外温控制和动态、科学的设备管理两部分。一是对外部保温进行科学控制。硫磺回收装置设备的外部保温控制，可以避免腐蚀的产生。 在装置运行中，会产生各种成分的气体，而设备壳体的内部衬里，能够较好地控制设备壁温， 降低高温硫腐蚀发生的可能性。同时，温度也不应太低，以避免露点腐蚀的出现。一般地，在 作业过程中，可将外壳温度控制在140C260C的范围。二是进行详细的、动态、科学的设备管理。细化设备管理，实施腐蚀状态的实时监测，也 能

11、够有效减少设备腐蚀效应的发生和加深。在日常操作和定期维护中，需要及时准确地开展定 点测厚的采样分析，掌握设备当前的腐蚀情况以及腐蚀发生的主要部位。通过及时巡检和维护， 能够强化对设备的操作特点和检修规律的认识，实现主动维护、尽可能避免非计划停工。3.4改善除氧水质除氧水质中如果含有过多的氯离子，会对表面的钝化膜造成侵蚀，使管壁穿孔，也可能引 起腐蚀裂纹。由于该装置所在地区水质硬度较大，管壁会生成大量的水垢，造成热传导困难。 在局部温度过高的情况下，就会产生应力裂纹。水质的酸碱性等指标，也会对设备腐蚀产生作 用，应当及时加以控制、排除安全隐患。4结语通过上述分析，笔者分析了硫磺回收装置中存在的腐蚀类型，如高温硫腐蚀、应力腐蚀、 露点腐蚀等，并对成因和形态进行了分析。针对这些成因、特点各不相同的腐蚀类型，应当持 续改进设备材质、慎选脱硫溶剂，严格按照操作手册要求，合理控制工艺参数，不断强化对设 备的维护和保养，对回收装置中的设备腐蚀情况进行