硫磺回收装置的腐蚀与防护

1、硫磺回收装置的腐蚀与防护由H2S回收硫磺的克劳斯装置在实际应用中产生了一系列不同的过程形式，无论哪种方式都是由燃烧炉、废热锅炉、转化器、冷凝器等一系列容器组成。这些形式的区别在于一级转化器前面产生SO2的方法不同。酸性气体中的H2S含量不同，燃烧时放出的热量不同，根据酸性气体中的H2S含量，对不同浓度的气体，分别采用直流法，分流法和直接氧化法。直流法：酸性气体中的H2S含量大于50%时，一般采用直流法工艺。从脱硫装置来的酸性气体经气液分离器脱除水分和烃类后，全部进入燃烧炉（1100-1300）。燃烧所需的空气由鼓风机供给，按酸性气体中烃类全部燃烧和1/3的H2S完全燃烧生成SO2配风。对H2S

2、来说，炉内约有60%的H2S生成气体硫，余下40%H2S的三分子一生成SO2，三分之二保持不变。反应生成气有80%通过废热锅炉降温至350左右，然后进入一级冷凝冷却器，冷却至170，此时，大部分硫磺呈液态，从一级捕集器底部分出。从一级捕集器出来的气体与10%的高温反应气体（从燃烧炉内出来）混合，使气体温度提高后进入一级转化器，转化温度为300-320。反应后的气体进入二级冷凝冷却器，冷却至150-160，然后进入二级捕集器，进行硫磺分离。从二级捕集器出来的气体与10%的高温反应气体（从燃烧炉内出来）混合，使气体温度提高后进入二级转化器，转化温度为250-270，然后进入三级冷凝冷却器和三级捕集

3、器。各处捕集的液态硫，经过硫封罐集中到液硫罐，用液硫泵送出。硫磺经过冷却，用结片机或钢带成型后包装出厂。分离出硫后的过程气送往下游装置处理。分流法酸性气体中的H2S含量在15-50%时，一般采用分流法工艺。占进料总量1/3的酸性气体进入燃烧炉（1100-1300）。燃烧所需的空气由鼓风机供给，按酸性气体中烃类全部燃烧、H2S完全燃烧生成SO2配风。此时燃烧炉内基本没有生成气体硫，只生成SO2。2/3的酸性气体与燃烧气在一级转化器前汇合，同时进入转化器，在催化剂的作用下，SO2和H2S生成气体硫。其后过程和直流法相同。直接氧化法酸性气体中的H2S含量小于15%时，一般采用直接氧化法工艺。将酸性气

4、体与空气在预热器内预热到一定温度，同时进入一级转化器反应生成硫，反应气流经一级硫冷凝冷却器分离出硫磺，分出硫磺的过程气，经再热升温后，再与适量的空气混合进入二级转化器，反应气流经二级硫冷凝冷却器分离出硫磺，分出硫后的过程气送往下游装置处理。10.1 腐蚀形态10.1.1 高温硫化腐蚀燃烧后的高温含硫过程气，气流组成为H2S、SO2、硫蒸汽、CS2、COS、CO2、水蒸汽、氮气等。这些介质常以复合形式产生腐蚀。当温度高于310时，碳钢就会发生高温硫化腐蚀。金属材料受到高温硫化腐蚀后，最明显的外观是材料厚度增加，硫化变脆。腐蚀产物分为四个组分：最里层为黑褐色，易碎无晶性、无光泽；大块蓝褐色亮晶体，

5、易敲碎；小块结晶，有蓝褐色光泽，结构致密，难以敲碎；最外层为无定形结晶无光泽的黑褐色产物，坚硬如铸铁。高温硫化腐蚀一般发生在燃烧炉内构件（如燃料喷嘴、酸性气喷嘴、烧氨喷嘴等）、废热锅炉进口管箱与传热管前端；采用外掺和工艺的掺和管、高温掺和阀以及转化器内构件等。单程立式无蒸发空间固定管板冷凝器由于进口过程气温度较高（350），蒸汽传热性较差，进口管板或换热器上部出现热点，导致高温硫化。进口管板处存有过热蒸汽的空穴以及液面波动使温度交替变化产生热应力造成管子渗漏，水漏入气流中形成酸腐蚀。管板、换热器采用碳钢，上部管段、胀口和气液交界处易产生疲劳腐蚀穿孔；采用不锈钢，腐蚀虽有所降低，但气液交界处仍产

6、生疲劳腐蚀。卧式无蒸发空间固定管板冷凝器由于无蒸发空间，易出现局部过热，管束气液交界处液面波动产生疲劳腐蚀。大直径冷凝器采用胀接结构，管子和管板之间热阻大，进口段管壁温度峰值高，易产生高温硫化腐蚀。10.1.2 低温电化学腐蚀10.1.2.1 SO2-O2-H2O的腐蚀燃烧炉、转化器等设备衬里完好的情况下，过程气对衬里没有腐蚀。但当衬里出现裂缝、脱落时，过程气窜入衬里内层并与设备壳体接触，产生局部腐蚀。因为过程气中的SO2由于衬里内层温度低而冷凝，产生露点腐蚀。同时在该状态下，存在SO2氧化成SO3的可能性，SO3遇水生成硫酸蒸汽，硫酸蒸汽可以在比SO2的露点温度更高的情况下冷凝，造成设备的严

7、重腐蚀。水平安装的波形温度补偿器窜入过程气或尾气后，SO2冷凝液容易在补偿器波形底部产生和积存，随着冷凝液的增加，过程气或尾气中的其它硫化物等腐蚀性介质溶解在冷凝液中，加速了腐蚀过程的进行。装置停工后，残留在管道和设备内的气体，大量空气进入系统，系统内会产生凝结水吸附在设备表面，与残留的SO2生成亚硫酸，腐蚀比装置运行期间要严重的多。10.1.2.2 H2S-CO2-H2O型腐蚀存在于自脱硫装置来的酸性气体到燃烧炉前的工艺管线、气液分离器和酸性水线。长距离输送酸性气体，在管路的低点等易积存酸性水部位，可能发生该种类型的腐蚀，造成腐蚀穿孔。该种类型的腐蚀对碳钢为氢鼓泡及焊缝腐蚀开裂；对Cr5Mo

8、、1Cr13及低合金钢使用不锈钢焊条为焊缝处的硫化物应力腐蚀开裂。10.1.3 大气腐蚀在硫磺回收装置中，还可能发生大气腐蚀。该装置排放的硫化物、氮化物、一氧化碳、二氧化碳等废气以及固体尘粒等不仅污染环境，而且对金属产生大气腐蚀。10.2工艺防腐措施装置停工后，设备管线内不应有任何酸性介质存在，凡不需要打开检查的设备管线内应充满氮气，保持密封，防止系统中湿气的冷凝，保持温度在系统压力的露点以上。当设备打开检查时，应用惰性气体吹扫设备，酸性介质及腐蚀产物不应滞留。废热锅炉、硫冷凝冷却器内的腐蚀产物不宜用水清洗，推荐采用惰性气体吹扫清理，并保持干燥。操作过程中不宜用蒸汽调节温度和扑灭硫着火。酸性气

9、体中的烃类应控制在4%以下，防止烃类突增，造成不完全燃烧影响硫磺质量和炉温过分升高导致耐火衬里损坏，使燃烧过程气窜入炉壁产生腐蚀。为防止废热锅炉出口管箱和出口管线遭受高温硫化腐蚀，控制废热锅炉出口过程气温度小于310。10.3 设备防腐措施燃烧炉的燃烧温度在1100-1300，为防止高温硫化腐蚀，必须设耐火耐热衬里。耐火耐热衬里可采取多层结构：填料、硅藻土砖、轻质耐火砖、重质耐火砖。设计钢体炉壳温度大于150。为避免燃烧炉在生产中产生爆炸损坏衬里，使燃烧过程气窜入炉壁产生腐蚀，燃烧炉应设置防爆膜并加防护罩。设计处理含氨酸性气时，推荐采用同室二段燃烧炉。前室为氨气分解室，后室为硫化氢部分燃烧室。

10、炉体应设防雨设施。废热锅炉由于进的过程气温度很高，为防止高温硫化腐蚀，入口管板需采用耐火材料加以保护，避免过程气直接接触钢板。废热锅炉入口炉管应插入刚玉保护衬管，伸出的刚玉保护衬管周围要用耐火材料覆盖。刚玉保护衬管的长度应比耐火材料和管板的总厚度长，使其伸入管板冷面一段距离，防止管板冷面和炉管入口段传热量过大而超温，发生高温硫化腐蚀。废热锅炉应设防雨设施。硫冷凝冷却器壳层发生蒸汽时，以选用带蒸发空间的卧式固定管板换热器，避免管束气液交界处液面波动产生疲劳腐蚀。硫冷凝冷却器管束选用碳钢时，壁温应控制在310以下，超过310，进口管箱、管板等应采用耐热衬里结构。为便于清扫和检查管子，硫冷凝冷却器两端应设置检查孔。废热锅炉和硫冷凝冷却器制造时，为减少热阻和缝隙腐蚀，传热管和管板之间应采用贴胀加强焊。转化器应设耐热衬里层，并能适应催化剂再生的高温条件，转化器底部出口管嘴应和转化器内表面平齐，避免腐蚀产物积存及腐蚀。过程气温度高于310的工艺管线应使用