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有机胺法硫回收装置中仪表选型的探讨

作时间:2018-04-09  来源:  作者:
   

北京28开奖号码 www.infoambi.com   摘要:有机胺法脱硫工艺在脱硫过程中会产生腐蚀性较强的硫酸酸雾,本文介绍了在不同温度和酸碱环境下耐腐蚀性良好的4种常用非金属材料,通过比较4种常用金属在不同质量分数和温度条件的硫酸介质中腐蚀情况,研究在该条件下影响金属腐蚀的关键因素,同时介绍了仪表的选型要求和注意事项。通过选择合适的仪表材料既实现了防腐的目的,又保障了装置的长期稳定运行和操作维护人员的人身安全。

 
        随着中国对大气排放指标的要求愈加严格,硫回收尾气处理工艺的选择也越来越难。有机胺法是目前常用的尾气处理工艺,能将排放尾气中
ρSO2降低到100mg/m3以下。但部分有机胺法脱硫工艺在脱硫过程中会产生以酸雾形式存在的硫酸,pH值很低,腐蚀性较强,对装置内的设备及仪表材质的选择是很大的挑战。
 
        本文结合某项目的设计和投产实践,对有机胺法脱硫等稀硫酸工艺装置中关键仪表的选型进行了论述,供广大设计人员参考与探讨。
 
1 工艺流程特点
        含硫尾气先经过焚烧炉过氧焚烧,使尾气中的H2S全部转化为SO2和SO3;再经过急冷塔、过冷塔,将尾气中大部分的SO2和SO3吸附到溶剂中;然后经过电除雾器将烟气中的酸雾脱除,再进入SO2吸收塔将尾气中残留的SO2吸附;最后经过尾气加热器排出烟囱。有机胺法脱硫工艺流程如图1所示。
有机胺法脱硫工艺流程示意
        该工艺过程中,尾气中大量的SO2和SO3被吸附到急冷水中形成质量分数为10%以下的H2SO3和H2SO4混合溶液,温度在70℃左右,有较强的腐蚀性。另外,含硫尾气来自炼厂中的各工艺装置,成分比较复杂,可能还含有少量氮氧化物,因而急冷水中可能也溶解有少量的HNO3。急冷后的含硫尾气中也因水蒸气的存在形成了一定浓度的酸雾,有较强腐蚀性。在急冷塔顶出口及过冷塔顶出口至电除雾器的管线及设备内的烟气中均有酸雾存在。因此,上述这些部位的仪表必须满足相应的耐腐蚀性要求。
 
2 硫酸腐蚀性及耐蚀材料简介
        不同温度和浓度的硫酸,其腐蚀机理差异较大。ωH2SO4为65%以下的硫酸在任何温度下都是还原性,主要引起电化学腐蚀;ωH2SO4在65%~85%的硫酸低温下为还原性,高温或沸点下为氧化性,主要引起电化学腐蚀,也有部分氧化性腐蚀;ωH2SO4在85%~100%的硫酸及发烟硫酸在所有温度下都呈氧化性,主要引起氧化性腐蚀。浓硫酸有很强的脱水性和强氧化性,会与生物组织中的碳水化合物发生脱水反应并释放出大量热,所以硫酸,特别是高浓度的硫酸,一旦泄漏会对人员造成极大伤害。
 
根据硫酸的具体特性,仪表设备可对应选择非金属和金属材料,以满足耐腐蚀要求。
        1)大多数非金属材料都具有良好的耐稀硫酸腐蚀性,其中比较常用于仪表的非金属材料主要有聚四氟乙烯(PTFE/F4)、聚氯乙烯(PVC)、聚全氟乙丙烯(FEP/F46)、玻璃钢等。
 
        a)PTFE热稳定性极好,在-200~240℃下均能稳定使用。
        b)PTFE还有较好的化学稳定性,耐腐蚀性较强,可耐各种浓度硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸等。
        c)PVC实际使用温度为-10~50℃,有较好的化学稳定性,在50℃以下除强氧化性酸外,能耐大部分酸、碱、盐的腐蚀。
        d)FEP耐低温性能好,耐高温性略低于PTFE,应用温度为-260~200℃。耐腐蚀性与PTFE相似,有较好的化学稳定性,能耐大部分的酸、碱、盐的腐蚀。
e)玻璃钢质量轻、强度高,有较好的耐腐蚀性,可耐大部分酸、碱、盐腐蚀,且玻璃钢有优良的绝缘性及可塑性,一般常用于制作保温箱、电缆槽盒等。
 
        2)常用于硫酸介质的金属材料主要有Monel合金、哈式B合金、哈式C合金、铅、钽等。
        a)Monel与哈式合金均为高镍合金。Monel合金对一定温度与浓度的碱溶液及中等温度的稀盐酸、稀硫酸、磷酸是耐腐蚀的,尤其耐氢氟酸腐蚀性较好。但Monel合金在浓硫酸、硝酸等强氧化性酸及氧化性盐中是不耐腐蚀的,Monel合金在不同ωH2SO4中的年腐蚀情况曲线如图2所示。
Monel合金在不同 ω H 2 SO 4 中年腐蚀情况哈式C合金在不同 ω H 2 SO 4 中年腐蚀情况
        b)哈式合金在非氧化性无机酸和有机酸中有很高的耐腐蚀性。哈式C合金在各种浓度的冷硝酸中有较高稳定性,并可耐质量分数为70%的沸腾硝酸腐蚀,哈式C合金在不同ωH2SO4中的年腐蚀曲线如图3所示,哈式B合金在热浓盐酸中有很高的耐蚀性,哈式B合金在不同ωH2SO4中年腐蚀情况如图4所示。
 哈式 B 合金在不同 ω H 2 SO 4 中年腐蚀情况
        c)铅合金硬度比较高,在含硫化物大气中比镍合金更耐腐蚀。铅合金在稀硫酸中极耐腐蚀,但不耐浓硫酸腐蚀。
 
        d)钽合金有极高的耐腐蚀性。钽合金除不耐热浓硫酸、发烟硫酸、磷酸等腐蚀外,能耐大部分酸腐蚀,钽合金在不同ωH2SO4中的年腐蚀情况如图5所示。硫酸对金属材料的腐蚀性和诸多因素有关。从图2~图5中可以看出,硫酸的浓度和温度对材质的腐蚀速率影响很大,是材质选择中的关键因素。不同浓度的硫酸对金属的电化学腐蚀程度差别较大,温度对腐蚀速率影响也较大。一般来说温度越高,腐蚀反应的速度也会越快。
 
        3)pH值不但会影响材料的腐蚀速率,而且对金属表面膜或腐蚀产物的溶解度也有重要影响。介质中其他腐蚀成分的含量同样会影响金属材料的腐蚀速率。例如工艺介质中是否含有NO-3,对能否选择Monel材质的仪表有很大影响。另外,介质的流动速度也会影响金属材料的腐蚀速率。
钽合金在高 ω H 2 SO 4 中年腐蚀情况
3 仪表选型注意事项
        用于硫酸工艺参数测量的仪表选择材质时,要综合考虑材质的耐蚀性、价格以及仪表测量原理要求等因素。
 
        1)温度仪表选型。温度仪表的?;ぬ坠苤苯咏哟ジ葱越橹?,一般可选用非金属材质隔离或直接选用耐酸腐蚀的金属材质。金属材质套管传热快,温度反馈较灵敏,但耐腐蚀性较非金属材质差一些。
 
        若采用非金属材质隔离方案,套管材质可选用普通304不锈钢热熔喷涂PTFE,也可用304不锈钢直接加装PTFE护套。使用PTFE热喷涂的优点是充分耐酸腐蚀;并且不易脱落,缺点是需要专业喷涂设备,成本较高。做PTFE护套优点是成本较低,并能充分耐腐蚀;缺点是容易脱落,且对精度有一定影响。套管也可选用耐酸腐蚀的金属材质。经查阅图2~图4,在70℃、ωH2SO4为10%的溶液中Monel合金的腐蚀速率约为0.3mm/a,哈式B合金约为0.1mm/a,哈式C合金约为0.05mm/a。由于介质中存在的少量HNO3会对Monel合金产生较大腐蚀,综合经济等因素考虑,套管材质推荐选用哈式C合金??悸堑焦芟咧薪橹实牧鞫逅?、管线振动等因素会加剧腐蚀速率,建议套管厚度不小于8mm。
 
        2)压力仪表选型。对于腐蚀性介质,一般选用膜片隔离式压力测量仪表(例如单法兰凸膜片远传差压变送器),将仪表与腐蚀性介质的接触面集中在仪表膜片处,尽量减少仪表测量管路的接液面积。就地压力测量仪表选用隔膜压力表,远传压力测量仪表选用毛细管远传单法兰压力变送器。
 
        常用的变送器膜片材质为316L不锈钢,对硝酸、冷磷酸及其他无机酸、海水、湿空气及碱液有较高的耐腐蚀性,但在硫酸、盐酸、氢氟酸等介质中的化学稳定性较差。如果用于本文所述工况,膜片材质可选择耐酸腐蚀的金属材料,或选择316L喷涂非金属材质。
 
        可用于耐酸腐蚀的金属膜片有哈式C276合金、Monel400合金、钽合金等材质。因膜片过厚会对压力传导产生较大影响,目前国内外主流生产厂家膜片厚度约0.06~0.1mm。经查阅图2~图5,在70℃、ωH2SO4为10%的溶液中Monel合金的腐蚀速率约为0.3mm/a,哈式C合金约为0.05mm/a。所以如果用作膜片材质,Monel合金使用寿命均不足1a,哈式C合金使用寿命在1a左右。
 
        钽合金稳定性高,在该工况下腐蚀速率小于0.01mm/a,使用寿命可达到3a以上。目前工艺装置检修周期一般为3a左右,因此膜片材质选择钽合金较好。
 
        选择316L膜片喷涂非金属材质时,一般采用PTFE,可熔性聚四氟乙烯(PFA)热熔后喷涂,这对生产厂家的工艺设备要求比较高。这种方式下,膜片使用寿命较长,价格同钽膜片相近,但厂家加工水平对精度有一定影响?;褂幸恢痔沾砂材て透葱杂帕?,但其对供应商的加工水平要求较高,价格也较为昂贵,其价格为钽膜片3倍左右。综合经济因素,不建议膜片采用该种材质。
 
        在用于硫酸工况测量时,隔膜压力表及单法兰压力变送器宜配带冲洗环,用于在仪表维护时泄压,避免拆卸过程中介质喷溅造成人员伤害。
 
        3)流量仪表选型??悸堑浇橹实那扛葱?,测量流量时一般选用电磁流量计。电磁流量计衬里宜选择PFA,PTFE等材质。电极材质可选哈式C合金、钽合金等。因工艺管道一般选用带内衬的金属管道,为保证电磁流量计可靠接地,必须配带接地环,接地环宜与电极选择同种材质。
 
        4)液位仪表选型。就地液位测量宜选用玻璃板液位计,玻璃板宜选用透光式,接液金属部件内衬或喷涂PTFE,避免介质腐蚀。当远传液位仪表选用浮筒液位变送器时,宜选用非金属浮子,筒体内衬PTFE。如选用双法兰液位变送器,其膜片材质选择与前述单法兰压力变送器相同。液位计宜设计密闭排放措施,防止排出的废液对人员造成伤害,对平台、结构造成腐蚀。由于急冷塔及过冷塔塔顶均有液体喷淋,塔壁会有壁流,影响音叉开关等插入到塔内部仪表的测量,应在每个液位计管嘴上方设置防冲挡板,避免壁流引起的测量波动。
 
        5)阀门选型。该工况下的控制阀如果整体采用耐酸金属材质,价格将十分昂贵,因而一般选择衬塑阀,也可选择隔膜阀。调节阀一般选用衬塑波纹管密封调节阀,碳钢材质,阀体、阀内件等内衬或包覆PTFE和FEP等耐酸材质,避免碳钢材质接液。而阀杆处使用波纹管密封,可有效防止介质从阀杆处外漏。尾气主管口径大、压差低,宜选用衬塑蝶阀,阀座一般选择PTFE材质,阀板及阀杆接液部件则包覆PTFE或FEP。切断阀一般选用衬塑球阀,阀体及阀芯接液部件内衬或包覆PTFE和FEP,防止腐蚀。
 
4 其他注意事项
        仪表的及时维护也有助于改善仪表的腐蚀情况。例如停工检修期间,应使用氮气及时将仪表导压管、膜片等接液部位的介质吹扫干净,避免腐蚀性介质在这些部位残留,接触氧气后加速仪表腐蚀。
 
5 结束语
        仪表材料的防腐选择一直是仪表设计过程中非常重要的环节。仪表的防腐问题不仅影响到装置的长期稳定运行,更对操作维护人员的人身安全至关重要。笔者认为自控设计人员应多方查阅资料,针对具体工况综合分析,选择经济合理、安全可靠的方案,保障装置的安全稳定运行,为企业赢得更大的效益。

 

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