隨著中國對大氣排放指標的要求愈加嚴格，硫回收尾氣處理工藝的選擇也越來越難。有機胺法是目前常用的尾氣處理工藝，能將排放尾氣中

ρＳＯ２降低到１００ｍｇ／ｍ３以下。但部分有機胺法脫硫工藝在脫硫過程中會產(chǎn)生以酸霧形式存在的硫酸，ｐＨ值很低，腐蝕性較強，對裝置內(nèi)的設(shè)備及儀表材質(zhì)的選擇是很大的挑戰(zhàn)。

 

        本文結(jié)合某項目的設(shè)計和投產(chǎn)實踐，對有機胺法脫硫等稀硫酸工藝裝置中關(guān)鍵儀表的選型進行了論述，供廣大設(shè)計人員參考與探討。

 

１　工藝流程特點

        含硫尾氣先經(jīng)過焚燒爐過氧焚燒，使尾氣中的Ｈ２Ｓ全部轉(zhuǎn)化為ＳＯ２和ＳＯ３；再經(jīng)過急冷塔、過冷塔，將尾氣中大部分的ＳＯ２和ＳＯ３吸附到溶劑中；然后經(jīng)過電除霧器將煙氣中的酸霧脫除，再進入ＳＯ２吸收塔將尾氣中殘留的ＳＯ２吸附；最后經(jīng)過尾氣加熱器排出煙囪。有機胺法脫硫工藝流程如圖１所示。

        該工藝過程中，尾氣中大量的ＳＯ２和ＳＯ３被吸附到急冷水中形成質(zhì)量分數(shù)為１０％以下的Ｈ２ＳＯ３和Ｈ２ＳＯ４混合溶液，溫度在７０℃左右，有較強的腐蝕性。另外，含硫尾氣來自煉廠中的各工藝裝置，成分比較復(fù)雜，可能還含有少量氮氧化物，因而急冷水中可能也溶解有少量的ＨＮＯ３。急冷后的含硫尾氣中也因水蒸氣的存在形成了一定濃度的酸霧，有較強腐蝕性。在急冷塔頂出口及過冷塔頂出口至電除霧器的管線及設(shè)備內(nèi)的煙氣中均有酸霧存在。因此，上述這些部位的儀表必須滿足相應(yīng)的耐腐蝕性要求。

 

２　硫酸腐蝕性及耐蝕材料簡介

        不同溫度和濃度的硫酸，其腐蝕機理差異較大。ωＨ２ＳＯ４為６５％以下的硫酸在任何溫度下都是還原性，主要引起電化學(xué)腐蝕；ωＨ２ＳＯ４在６５％～８５％的硫酸低溫下為還原性，高溫或沸點下為氧化性，主要引起電化學(xué)腐蝕，也有部分氧化性腐蝕；ωＨ２ＳＯ４在８５％～１００％的硫酸及發(fā)煙硫酸在所有溫度下都呈氧化性，主要引起氧化性腐蝕。濃硫酸有很強的脫水性和強氧化性，會與生物組織中的碳水化合物發(fā)生脫水反應(yīng)并釋放出大量熱，所以硫酸，特別是高濃度的硫酸，一旦泄漏會對人員造成極大傷害。

 

根據(jù)硫酸的具體特性，儀表設(shè)備可對應(yīng)選擇非金屬和金屬材料，以滿足耐腐蝕要求。

        １）大多數(shù)非金屬材料都具有良好的耐稀硫酸腐蝕性，其中比較常用于儀表的非金屬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）、玻璃鋼等。

 

        ａ）ＰＴＦＥ熱穩(wěn)定性極好，在－２００～２４０℃下均能穩(wěn)定使用。

        ｂ）ＰＴＦＥ還有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐腐蝕性較強，可耐各種濃度硫酸、鹽酸、硝酸、氫氟酸等。

        ｃ）ＰＶＣ實際使用溫度為－１０～５０℃，有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，在５０℃以下除強氧化性酸外，能耐大部分酸、堿、鹽的腐蝕。

        ｄ）ＦＥＰ耐低溫性能好，耐高溫性略低于ＰＴＦＥ，應(yīng)用溫度為－２６０～２００℃。耐腐蝕性與ＰＴＦＥ相似，有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，能耐大部分的酸、堿、鹽的腐蝕。

ｅ）玻璃鋼質(zhì)量輕、強度高，有較好的耐腐蝕性，可耐大部分酸、堿、鹽腐蝕，且玻璃鋼有優(yōu)良的絕緣性及可塑性，一般常用于制作保溫箱、電纜槽盒等。

 

        ２）常用于硫酸介質(zhì)的金屬材料主要有Ｍｏｎｅｌ合金、哈式Ｂ合金、哈式Ｃ合金、鉛、鉭等。

        ａ）Ｍｏｎｅｌ與哈式合金均為高鎳合金。Ｍｏｎｅｌ合金對一定溫度與濃度的堿溶液及中等溫度的稀鹽酸、稀硫酸、磷酸是耐腐蝕的，尤其耐氫氟酸腐蝕性較好。但Ｍｏｎｅｌ合金在濃硫酸、硝酸等強氧化性酸及氧化性鹽中是不耐腐蝕的，Ｍｏｎｅｌ合金在不同ωＨ２ＳＯ４中的年腐蝕情況曲線如圖２所示。

        ｂ）哈式合金在非氧化性無機酸和有機酸中有很高的耐腐蝕性。哈式Ｃ合金在各種濃度的冷硝酸中有較高穩(wěn)定性，并可耐質(zhì)量分數(shù)為７０％的沸騰硝酸腐蝕，哈式Ｃ合金在不同ωＨ２ＳＯ４中的年腐蝕曲線如圖３所示，哈式Ｂ合金在熱濃鹽酸中有很高的耐蝕性，哈式Ｂ合金在不同ωＨ２ＳＯ４中年腐蝕情況如圖４所示。

        ｃ）鉛合金硬度比較高，在含硫化物大氣中比鎳合金更耐腐蝕。鉛合金在稀硫酸中極耐腐蝕，但不耐濃硫酸腐蝕。

 

        ｄ）鉭合金有極高的耐腐蝕性。鉭合金除不耐熱濃硫酸、發(fā)煙硫酸、磷酸等腐蝕外，能耐大部分酸腐蝕，鉭合金在不同ωＨ２ＳＯ４中的年腐蝕情況如圖５所示。硫酸對金屬材料的腐蝕性和諸多因素有關(guān)。從圖２～圖５中可以看出，硫酸的濃度和溫度對材質(zhì)的腐蝕速率影響很大，是材質(zhì)選擇中的關(guān)鍵因素。不同濃度的硫酸對金屬的電化學(xué)腐蝕程度差別較大，溫度對腐蝕速率影響也較大。一般來說溫度越高，腐蝕反應(yīng)的速度也會越快。

 

        ３）ｐＨ值不但會影響材料的腐蝕速率，而且對金屬表面膜或腐蝕產(chǎn)物的溶解度也有重要影響。介質(zhì)中其他腐蝕成分的含量同樣會影響金屬材料的腐蝕速率。例如工藝介質(zhì)中是否含有ＮＯ－３，對能否選擇Ｍｏｎｅｌ材質(zhì)的儀表有很大影響。另外，介質(zhì)的流動速度也會影響金屬材料的腐蝕速率。

３　儀表選型注意事項

        用于硫酸工藝參數(shù)測量的儀表選擇材質(zhì)時，要綜合考慮材質(zhì)的耐蝕性、價格以及儀表測量原理要求等因素。

 

        １）溫度儀表選型。溫度儀表的保護套管直接接觸腐蝕性介質(zhì)，一般可選用非金屬材質(zhì)隔離或直接選用耐酸腐蝕的金屬材質(zhì)。金屬材質(zhì)套管傳熱快，溫度反饋較靈敏，但耐腐蝕性較非金屬材質(zhì)差一些。

 

        若采用非金屬材質(zhì)隔離方案，套管材質(zhì)可選用普通３０４不銹鋼熱熔噴涂ＰＴＦＥ，也可用３０４不銹鋼直接加裝ＰＴＦＥ護套。使用ＰＴＦＥ熱噴涂的優(yōu)點是充分耐酸腐蝕；并且不易脫落，缺點是需要專業(yè)噴涂設(shè)備，成本較高。做ＰＴＦＥ護套優(yōu)點是成本較低，并能充分耐腐蝕；缺點是容易脫落，且對精度有一定影響。套管也可選用耐酸腐蝕的金屬材質(zhì)。經(jīng)查閱圖２～圖４，在７０℃、ωＨ２ＳＯ４為１０％的溶液中Ｍｏｎｅｌ合金的腐蝕速率約為０．３ｍｍ／ａ，哈式Ｂ合金約為０．１ｍｍ／ａ，哈式Ｃ合金約為０．０５ｍｍ／ａ。由于介質(zhì)中存在的少量ＨＮＯ３會對Ｍｏｎｅｌ合金產(chǎn)生較大腐蝕，綜合經(jīng)濟等因素考慮，套管材質(zhì)推薦選用哈式Ｃ合金。考慮到管線中介質(zhì)的流動沖刷、管線振動等因素會加劇腐蝕速率，建議套管厚度不小于８ｍｍ。

 

        ２）壓力儀表選型。對于腐蝕性介質(zhì)，一般選用膜片隔離式壓力測量儀表（例如單法蘭凸膜片遠傳差壓變送器），將儀表與腐蝕性介質(zhì)的接觸面集中在儀表膜片處，盡量減少儀表測量管路的接液面積。就地壓力測量儀表選用隔膜壓力表，遠傳壓力測量儀表選用毛細管遠傳單法蘭壓力變送器。

 

        常用的變送器膜片材質(zhì)為３１６Ｌ不銹鋼，對硝酸、冷磷酸及其他無機酸、海水、濕空氣及堿液有較高的耐腐蝕性，但在硫酸、鹽酸、氫氟酸等介質(zhì)中的化學(xué)穩(wěn)定性較差。如果用于本文所述工況，膜片材質(zhì)可選擇耐酸腐蝕的金屬材料，或選擇３１６Ｌ噴涂非金屬材質(zhì)。

 

        可用于耐酸腐蝕的金屬膜片有哈式Ｃ２７６合金、Ｍｏｎｅｌ４００合金、鉭合金等材質(zhì)。因膜片過厚會對壓力傳導(dǎo)產(chǎn)生較大影響，目前國內(nèi)外主流生產(chǎn)廠家膜片厚度約０．０６～０．１ｍｍ。經(jīng)查閱圖２～圖５，在７０℃、ωＨ２ＳＯ４為１０％的溶液中Ｍｏｎｅｌ合金的腐蝕速率約為０．３ｍｍ／ａ，哈式Ｃ合金約為０．０５ｍｍ／ａ。所以如果用作膜片材質(zhì)，Ｍｏｎｅｌ合金使用壽命均不足１ａ，哈式Ｃ合金使用壽命在１ａ左右。

 

        鉭合金穩(wěn)定性高，在該工況下腐蝕速率小于０．０１ｍｍ／ａ，使用壽命可達到３ａ以上。目前工藝裝置檢修周期一般為３ａ左右，因此膜片材質(zhì)選擇鉭合金較好。

 

        選擇３１６Ｌ膜片噴涂非金屬材質(zhì)時，一般采用ＰＴＦＥ，可熔性聚四氟乙烯（ＰＦＡ）熱熔后噴涂，這對生產(chǎn)廠家的工藝設(shè)備要求比較高。這種方式下，膜片使用壽命較長，價格同鉭膜片相近，但廠家加工水平對精度有一定影響。還有一種陶瓷包覆膜片耐腐蝕性優(yōu)良，但其對供應(yīng)商的加工水平要求較高，價格也較為昂貴，其價格為鉭膜片３倍左右。綜合經(jīng)濟因素，不建議膜片采用該種材質(zhì)。

 

        在用于硫酸工況測量時，隔膜壓力表及單法蘭壓力變送器宜配帶沖洗環(huán)，用于在儀表維護時泄壓，避免拆卸過程中介質(zhì)噴濺造成人員傷害。

 

        ３）流量儀表選型。考慮到介質(zhì)的強腐蝕性，測量流量時一般選用電磁流量計。電磁流量計襯里宜選擇ＰＦＡ，ＰＴＦＥ等材質(zhì)。電極材質(zhì)可選哈式Ｃ合金、鉭合金等。因工藝管道一般選用帶內(nèi)襯的金屬管道，為保證電磁流量計可靠接地，必須配帶接地環(huán)，接地環(huán)宜與電極選擇同種材質(zhì)。

 

        ４）液位儀表選型。就地液位測量宜選用玻璃板液位計，玻璃板宜選用透光式，接液金屬部件內(nèi)襯或噴涂ＰＴＦＥ，避免介質(zhì)腐蝕。當遠傳液位儀表選用浮筒液位變送器時，宜選用非金屬浮子，筒體內(nèi)襯ＰＴＦＥ。如選用雙法蘭液位變送器，其膜片材質(zhì)選擇與前述單法蘭壓力變送器相同。液位計宜設(shè)計密閉排放措施，防止排出的廢液對人員造成傷害，對平臺、結(jié)構(gòu)造成腐蝕。由于急冷塔及過冷塔塔頂均有液體噴淋，塔壁會有壁流，影響音叉開關(guān)等插入到塔內(nèi)部儀表的測量，應(yīng)在每個液位計管嘴上方設(shè)置防沖擋板，避免壁流引起的測量波動。

 

        ５）閥門選型。該工況下的控制閥如果整體采用耐酸金屬材質(zhì)，價格將十分昂貴，因而一般選擇襯塑閥，也可選擇隔膜閥。調(diào)節(jié)閥一般選用襯塑波紋管密封調(diào)節(jié)閥，碳鋼材質(zhì)，閥體、閥內(nèi)件等內(nèi)襯或包覆ＰＴＦＥ和ＦＥＰ等耐酸材質(zhì)，避免碳鋼材質(zhì)接液。而閥桿處使用波紋管密封，可有效防止介質(zhì)從閥桿處外漏。尾氣主管口徑大、壓差低，宜選用襯塑蝶閥，閥座一般選擇ＰＴＦＥ材質(zhì)，閥板及閥桿接液部件則包覆ＰＴＦＥ或ＦＥＰ。切斷閥一般選用襯塑球閥，閥體及閥芯接液部件內(nèi)襯或包覆ＰＴＦＥ和ＦＥＰ，防止腐蝕。

 

４　其他注意事項

        儀表的及時維護也有助于改善儀表的腐蝕情況。例如停工檢修期間，應(yīng)使用氮氣及時將儀表導(dǎo)壓管、膜片等接液部位的介質(zhì)吹掃干凈，避免腐蝕性介質(zhì)在這些部位殘留，接觸氧氣后加速儀表腐蝕。

 

５　結(jié)束語

        儀表材料的防腐選擇一直是儀表設(shè)計過程中非常重要的環(huán)節(jié)。儀表的防腐問題不僅影響到裝置的長期穩(wěn)定運行，更對操作維護人員的人身安全至關(guān)重要。筆者認為自控設(shè)計人員應(yīng)多方查閱資料，針對具體工況綜合分析，選擇經(jīng)濟合理、安全可靠的方案，保障裝置的安全穩(wěn)定運行，為企業(yè)贏得更大的效益。