氨法脫硫防腐蝕材料研究

瞿光彬 張小斌

摘 要：氨法脫硫（FGD）裝置中煙道、吸收塔、噴淋管等部位很容易出現(xiàn)化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、結(jié)晶腐蝕問題，導(dǎo)致煙道結(jié)構(gòu)、設(shè)備本體及部件、塔內(nèi)件受到破壞，使用壽命縮短。本文重點(diǎn)介紹了氨法脫硫的腐蝕機(jī)理，對(duì)防腐蝕技術(shù)進(jìn)行探討和研究，并提出防腐蝕建議。

關(guān)鍵詞：氨法脫硫;防腐蝕材料;應(yīng)用措施

由于煙氣氨法脫硫具有效率高、二次污染小，副產(chǎn)硫銨等優(yōu)勢(shì)，在當(dāng)前化工、鋼鐵行業(yè)占據(jù)一定主導(dǎo)地位。隨著國家環(huán)保形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，環(huán)保裝置的穩(wěn)定運(yùn)行是制約企業(yè)生產(chǎn)和生存的關(guān)鍵因素之一。由于煤或燃料在鍋爐燃燒后產(chǎn)生的SOx、NOx、HCl、HF等產(chǎn)物幾乎全部在脫硫洗滌和吸收過程轉(zhuǎn)移到循環(huán)漿液中，加之在循環(huán)吸收過程中，漿液受煙氣加熱不斷濃縮，產(chǎn)生晶體，會(huì)加劇腐蝕和磨損。因此，腐蝕問題是影響氨法脫硫裝置運(yùn)行的關(guān)鍵問題。本文就分析氨法脫硫中的腐蝕機(jī)理，研究防腐材料的應(yīng)用，提出防腐材料的選用建議，旨在為氨法脫硫的防腐蝕工作提供指導(dǎo)。

1 氨法脫硫腐蝕原理分析

氨法脫硫是以SO2和NH3為反應(yīng)基礎(chǔ)，經(jīng)過吸收塔生成亞硫酸銨和亞硫酸氫銨，通過不斷的補(bǔ)充NH3，實(shí)現(xiàn)漿液的循環(huán)吸收，其反應(yīng)原理如下：

SO2+H2O+2NH3=（NH4）2SO3

主要發(fā)生在吸收段吸收段

（NH4）2SO3+SO2+H2O=2NH4HSO3

主要發(fā)生在吸收塔吸收段

NH4HSO3+NH3=（NH4）2SO3

主要循環(huán)氧化槽

2（NH4）2SO3+O2=2（NH4）2SO4

主要發(fā)生在循環(huán)氧化槽和吸收塔濃縮段

2（NH4）2SO3+2NO=2（NH4）SO4+N2

主要發(fā)生在吸收塔吸收段（副反應(yīng)）

在各個(gè)區(qū)域內(nèi)均存在不同程度的腐蝕，根據(jù)腐蝕機(jī)理不同，主要包括結(jié)晶腐蝕、化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。

1.1 結(jié)晶腐蝕原理

煙氣脫硫所產(chǎn)生的可溶性硫酸鹽成分、亞硫酸鹽、硝酸鹽等成分，會(huì)以液相的形式進(jìn)入到防腐層毛細(xì)孔之內(nèi)，在系統(tǒng)停止運(yùn)行的時(shí)候，液相自然干燥，形成結(jié)晶鹽，體積會(huì)逐漸增大，導(dǎo)致防腐材料縫隙內(nèi)部的壓力增加，對(duì)防腐層會(huì)產(chǎn)生破壞性影響，尤其是在干濕交替作用之下，會(huì)加重腐蝕問題。

1.2 化學(xué)腐蝕原理

氨法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，漿液內(nèi)的腐蝕介質(zhì)，會(huì)在一定的溫度環(huán)境與濕度環(huán)境中，和金屬材料之間出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，如果不能及時(shí)處置，將會(huì)導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)反復(fù)性循環(huán)，腐蝕問題加重，對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重的破壞。其主要反應(yīng)如下：

Fe+SO2+H2O=FeSO3+H2

Fe+SO2+O2=FeSO4

FeSO4水解生成游離硫酸：

FeSO4+H2O+O2→Fe（OH）3+H2SO4

1.3 電化學(xué)腐蝕原理

氨法脫硫的過程中，金屬原材料和漿液之間、濕煙氣之間相互接觸，會(huì)出現(xiàn)電極反應(yīng)的現(xiàn)象，誘發(fā)電化學(xué)腐蝕。如果金屬和煙氣介質(zhì)之間直接接觸出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，濕潤的環(huán)境中會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕問題，不僅會(huì)對(duì)金屬表面造成破壞性影響，金屬焊縫也很容易有腐蝕的現(xiàn)象。反應(yīng)原理如下：

Fe→Fe2++2e

Fe2++FeO·OH+2e→Fe3O4+H2O

2 氨法脫硫腐蝕環(huán)境劃分

常規(guī)的氨法脫硫工藝，按工藝特點(diǎn)和腐蝕環(huán)境可劃分為五個(gè)區(qū)域：①A區(qū)：吸收塔入口煙氣急冷區(qū)，該區(qū)域比其他區(qū)域溫度高，屬于塔內(nèi)干濕交界面，有高濃度的酸霧和可溶性銨鹽、氯化鹽等;②B區(qū)：吸收塔濃縮區(qū)，腐蝕比較激烈，該區(qū)域漿液pH為2-4左右，且含有一定濃度的晶粒，漿液的Cl-含量也會(huì)很高。此處會(huì)引起點(diǎn)蝕、強(qiáng)酸腐蝕，和磨損;③C區(qū)：吸收塔吸收區(qū)、循環(huán)槽，腐蝕相對(duì)B區(qū)比較緩和，冷卻后煙氣約60℃左右;④D區(qū)：吸收塔洗滌區(qū)，屬于腐蝕輕度腐蝕環(huán)境，冷卻后煙氣溫度約50℃;⑤E區(qū)：凈煙道及煙囪區(qū)，屬于最為輕度的腐蝕區(qū)域，此處煙氣溫度約為50℃左右。

3 常用氨法脫硫防腐材料的分析

在采用氨法脫硫技術(shù)的過程中，應(yīng)該結(jié)合技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)、系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律，合理采用氨法脫硫防腐材料，有效預(yù)防出現(xiàn)設(shè)備腐蝕問題。常見的防腐蝕材料包括非金屬材料和金屬材料兩大類：

3.1 合理采用玻璃鋼材料（FRP）

玻璃鋼即纖維增強(qiáng)塑料。主要就是將合成樹脂當(dāng)做是粘合劑、以玻璃纖維制品為增強(qiáng)原材料所制作而成。重量較低，強(qiáng)度很高，成型加工的工藝技術(shù)簡(jiǎn)易，化學(xué)穩(wěn)定性較為良好，造價(jià)相對(duì)便宜。玻璃鋼防腐材料可長時(shí)間耐受溫度在100℃-120℃之間，短時(shí)間的耐受溫度在160℃左右，目前國內(nèi)已研發(fā)最高耐受溫度220℃，但是，在加工期間很容易出現(xiàn)氣泡缺陷、裂紋缺陷，不耐受振動(dòng)，易脆斷。在成型加工過程中，強(qiáng)化監(jiān)督管理力度，有效預(yù)防出現(xiàn)缺陷問題，保證防腐性能滿足標(biāo)準(zhǔn)。適合使用在脫硫塔的噴淋管、氧化風(fēng)管、除霧器沖洗水管線、凈煙道內(nèi)襯等。

3.2 橡膠襯里材料的應(yīng)用

此類材料在實(shí)際應(yīng)用的過程中，化學(xué)穩(wěn)定性較高，具有一定的耐強(qiáng)酸、有機(jī)酸的性能，但是，在氨法脫硫強(qiáng)氧化的環(huán)境下，化學(xué)穩(wěn)定性較低，溫度承受能力也很低，只能在65℃-100℃之間才能確保耐腐蝕性能，一旦超出了這個(gè)溫度數(shù)值，就會(huì)出現(xiàn)破壞性的問題。因此，在選用防腐材料的過程中，必須要按照橡膠襯里材料的特點(diǎn)與實(shí)際情況，針對(duì)性開展分析研究工作，確保按照氨法脫硫系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，合理使用橡膠襯里材料，可應(yīng)用在脫硫各個(gè)區(qū)域的塔外漿液輸送管線。

3.3 玻璃鱗片襯里（VEGF）材料的應(yīng)用

對(duì)于鱗片襯里材料而言，是將乙烯基樹脂當(dāng)做基體樹脂，在其中添加15%-39%片徑不等的玻璃鱗片，屬于不同材料混合性的防腐材料。該材料具有防腐性能好、抗?jié)B性能高、耐高溫性能強(qiáng)、耐磨損性能好，黏結(jié)強(qiáng)度較高等特點(diǎn)，且該涂層可以噴涂、滾涂和刷圖，現(xiàn)場(chǎng)配置室溫固化。缺點(diǎn)是揮發(fā)的苯乙烯極易著火，且冬季施工需采用一定采暖措施。目前在FGD各個(gè)區(qū)域防腐中應(yīng)用普遍，應(yīng)用在吸收塔、循環(huán)槽和煙道內(nèi)襯。

3.4 合金材料

常用的合金材料包括鎳基合金、鈦合金。常見的為C276、合金625、鈦合金板。

3.5 不銹鋼材料

304不銹鋼，S316L不銹鋼、317LM不銹鋼、2205雙相不銹鋼、2507雙相不銹鋼。

4 常用氨法脫硫防腐材料的應(yīng)用措施

氨法FGD系統(tǒng)中，最嚴(yán)酷的是高溫、急冷、低pH、沖刷磨損）結(jié)晶顆粒，針對(duì)不同腐蝕環(huán)境，防腐材料應(yīng)用措施建議：①吸收塔入口煙道急冷區(qū)（A區(qū)）：該區(qū)域是干濕交界和急冷降溫區(qū)，由于煙氣溫度高、煙氣流速高、pH低、Cl-濃度高，建議采用高溫玻璃鱗片、C276復(fù)合板、高鎳基合金板、鈦合金板;②吸收塔濃縮區(qū)（B區(qū)）：該區(qū)域漿液pH為2-4左右，氯離子濃度極高，且含有一定濃度的固態(tài)晶粒，此處會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)酸腐蝕、點(diǎn)蝕和沖刷磨損。此區(qū)域的噴淋管和氧化空氣管可采用FRP玻璃鋼（管內(nèi)壁應(yīng)進(jìn)行防磨處理）或2507/2205雙相不銹鋼（根據(jù)氯離子濃度），設(shè)備內(nèi)襯宜采用高溫玻璃鱗片;③吸收塔吸收區(qū)、循環(huán)槽區(qū)（C區(qū)）：該區(qū)域漿液的pH約4-6.5（隨工藝定），Cl-濃度相對(duì)A、B區(qū)大幅度降低。此區(qū)域的噴淋管可采用FRP玻璃鋼或316L不銹鋼（根據(jù)氯離子濃度），設(shè)備內(nèi)襯采用中、低溫玻璃鱗片;④吸收塔洗滌區(qū)（D區(qū)）：該區(qū)域循環(huán)水的pH約7-8，冷卻后煙氣溫度約50℃。此區(qū)域的噴淋管可采用FRP玻璃鋼或304不銹鋼（根據(jù)氯離子濃度），設(shè)備內(nèi)襯采用低溫玻璃鱗片;⑤凈煙道區(qū)及煙囪（E區(qū)）：該區(qū)域主要是低溫酸腐蝕，此處煙道可采用低溫玻璃鱗片襯里、煙道可采用低溫玻璃鱗片襯里、耐酸瓷磚襯里（水泥煙囪）等。

5 結(jié)語

綜上所述，氨法脫硫系統(tǒng)運(yùn)行期間，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、結(jié)晶腐蝕等問題，對(duì)設(shè)備會(huì)造成破壞性影響，導(dǎo)致設(shè)備的壽命縮短，而合理采用先進(jìn)的防腐材料，有助于延長設(shè)備的使用壽命，保證氨法脫硫的穩(wěn)定性，具有非常重要的意義。因此，在氨法脫硫裝置的設(shè)計(jì)階段，必須要重視防腐材料的選擇和應(yīng)用，按照各個(gè)區(qū)域的腐蝕特點(diǎn)和工作環(huán)境特點(diǎn)，合理采用相關(guān)的防腐材料，保證材料的防腐性能，規(guī)避氨法脫硫設(shè)備的腐蝕性問題，彰顯防腐材料的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊建華，劉震.淺談氨法脫硫裝置腐蝕機(jī)理與防腐措施[J].齊魯石油化工，2019，47（1）：45-50.