WSA濕法制酸裝置硫酸罐防腐蝕

(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266010)

20世紀80年代初,丹麥托普索公司開發了WSA(Wet Gas Sulphuric Acid)濕法制酸工藝。該工藝可以用質量分數低至0.05%的SO2廢氣生成質量分數為94%～98%的硫酸，硫回收率達99%。WSA濕法制酸工藝流程為：酸氣的燃燒、投加氨、DeNOx工藝、SO2的氧化和隨后的冷卻、酸冷凝、濃縮和再冷卻[1]。WSA濕法制酸工藝簡單,投資小、能耗低，回收蒸汽量大，沒有廢酸及其他廢液外排，尾氣不必處理即可達到環保要求，是目前世界上較為先進成熟的一種濕法制酸工藝。鑒于以上優勢，近幾年WSA濕法制酸裝置在煉油廠使用日趨廣泛。裝置中主要介質為酸性氣、濃硫酸且操作工況復雜，防腐蝕是保證整個裝置順利運行的首要問題，需對裝置中每臺設備制定防腐蝕方案。

該文介紹了某煉油廠50 kt/a的WSA濕法制酸裝置中的硫酸罐防腐蝕技術方案。此裝置已開車成功1次，且已正常運行近2 a。

1 濃硫酸對碳鋼的腐蝕

濃硫酸指質量分數大于或等于70%的硫酸溶液。硫酸在濃度高時具有強氧化性，濃硫酸對碳鋼的腐蝕是典型的電化學腐蝕，具有以下特征：

(1)在一定溫度下，濃硫酸對碳鋼的腐蝕速率隨濃度的升高急劇下降(發生了鈍化反應)。

(2)同一濃度的硫酸，隨著溫度的升高腐蝕性增強，這主要是因為溫度升高加速了陰極和陽極反應的發生，從而加速了硫酸對金屬的腐蝕[2]。

(3)濃硫酸的流速及流動狀態易加快鈍化膜的破壞，鈍化膜一旦破壞則加速硫酸對碳鋼的腐蝕，流速超過0.67 m/s會引起湍流腐蝕。

2 硫酸罐的防腐蝕

硫酸罐位于WSA冷凝器底部出口管線上，用于酸冷凝,見圖1。硫酸罐中介質為濃硫酸(質量分數為97%～98%)，溫度為120 ℃至常溫且變化范圍大。脫離WSA冷凝器的熱濃硫酸溫度為硫酸的露點溫度(大約210 ℃)，經過管線冷卻，熱濃硫酸進入硫酸罐的溫度大約為120 ℃。熱濃硫酸在硫酸罐中與冷的循環硫酸混合，從而降低溫度，避免超出設備的設計溫度。硫酸通過酸泵在硫酸罐中循環冷卻到70 ℃，然后經板式酸冷卻器冷卻到40 ℃。

2.1 硫酸罐設計條件

介質：質量分數為97%～98%的硫酸；介質特性：強腐蝕性濃硫酸；設計壓力(內部)(Pd)：常壓；設計溫度(Td)：120 ℃；操作壓力(內壓)(Po)：常壓；操作溫度：70 ℃；結構型式見圖2。

圖1 WSA濕法制酸流程

圖2 硫酸罐結構

2.2 硫酸罐選材

在常溫濃硫酸中，碳鋼是適用的，也是應用最廣泛的[3]。但該硫酸罐的操作溫度為70 ℃，且入口處硫酸的流動速度超過0.67 m/s,腐蝕情況比較嚴重，只用碳鋼無法滿足設備的防腐蝕。某濕法制酸裝置中硫酸罐只用碳鋼，結果腐蝕嚴重，使用不到一個月就發生腐蝕泄漏(見圖3)，因此硫酸罐需增加內襯或者防腐蝕涂層。由于內襯使用壽命比涂層短且容易老化，該硫酸罐采用碳鋼+內表面噴涂防腐蝕涂層，硫酸入口增加襯墊的防腐蝕方案。

碳鋼材料選用Q235B,厚度為8 mm，通過強度計算可滿足設備需求。涂層材料采用噴涂ECTFE(乙烯和三氟氯乙烯1∶1的交替共聚物)，厚度為800 μm，見圖4。ECTFE有很好的熱塑加工性能、耐熱性(分解溫度350 ℃)、耐化學品性及耐候性。ECTFE韌性好、硬度高，且與聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯及六氟丙烯(FEP)相比有更好的耐磨損和耐腐蝕性能[4]。硫酸入口接管及法蘭端面增加襯墊，襯墊采用PTFE，厚度為7 mm。PTFE是目前最常用的耐酸腐蝕性能較好的材料之一。常溫至250 ℃,PTFE幾乎不能被任何化學品侵蝕[5]。硫酸罐液位計口為可拆卸的雙法蘭套管式液位計接管，接管規格為DN25，內伸接管長度約為2 m。由于管徑小，噴涂ECTFE工藝無法實現。液位計接管采用內外襯PTFE。為避免接管端部腐蝕，襯層需把接管端面包住，襯層上部覆蓋液位計口的法蘭端面，詳見圖5及圖6。

圖3 腐蝕泄漏的硫酸罐

3 涂層質量控制

防腐蝕涂層的質量直接決定防腐蝕的效果，從而影響硫酸罐的使用壽命。為保證噴涂涂層質量，噴涂前設備基材需做打磨、除銹處理，噴涂后涂層需做檢測。

圖4 噴涂ECTFE后的硫酸罐

圖5 液位計接管襯PTFE

圖6 液位計接管端部

3.1 噴涂前設備處理

在設備襯里和噴涂前,金屬表面應進行除銹處理，達到GB/T 8923.1—2011《涂覆涂料前鋼材表面處理》Sa2.5級要求。焊渣、飛濺物應予以徹底清除，結構棱角處和角焊縫必須圓滑過渡，其圓角半徑不小于5 mm;所有接管、手孔與筒體的角焊縫及筒體的對接焊縫應保證全焊透;做襯里的接管與筒體內壁處的焊接應采用與設備內壁切齊的焊接結構，且該焊縫應圓滑平整；接管端部需倒圓角，圓角半徑至少3 mm。設備在噴涂之前，需將管線支撐;墊板及其連接件、吊耳、銘牌托架及內件等應先焊好，噴涂以后嚴禁在鋼殼或焊好的墊板上動火施焊，禁止一切會損傷涂層的操作。

3.2 噴涂后質量檢測

涂層和襯里層的貼襯表面必須光滑平整，不得有大于1 mm的凹凸。涂層鋼殼和襯里鋼殼焊縫表面應均勻平整，不得有裂紋、氣孔、焊瘤、夾渣及弧坑等缺陷，焊縫余高小于或等于1 mm。設備襯里和噴涂完成后的襯層及涂層表面不能有分層、裂紋和影響強度的褶皺等缺陷，襯層和涂層內不得有氣泡、裂口。用電火花檢漏器檢查襯層質量，以不發生電火花為合格。設備所有內表面噴涂ECTFE完成后，應進行煤油滲漏檢驗。

4 結 語

WSA濕法制酸裝置中硫酸罐屬于濃硫酸的換熱設備，罐內操作溫度高、濃硫酸入口處流速快，存在湍流腐蝕。設備材料只采用碳鋼不能滿足防腐蝕要求。該硫酸罐防腐蝕采用碳鋼(Q235B)+內表面噴涂ECTFE防腐蝕涂層，硫酸入口接管增加PTFE襯墊的防腐蝕方案。為保證噴涂涂層質量，噴涂前設備基材需做打磨、除銹處理，噴涂后涂層需做檢測。該硫酸罐已應用于某煉油廠50 kt/a的WSA濕法制酸裝置。該罐正常運行時間已近2 a，防腐蝕效果良好，未出現腐蝕泄漏。