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硫回收过程气加热器技术改造经济效果分析点击：1796 日期：[ 2014-04-26 21:54:04 ] |
| 硫回收过程气加热器技术改造经济效果分析 张波 （兖矿国宏化工有限责任公司山东邹城273512） 【摘要】文章阐述硫回收过程气加热器内漏的经过，分析了内漏原因，并介绍本公司改进措施及运行情况，并从经济上对此次改造进行分析。 【关键词】硫回收；过程气；硫化氢；腐蚀；经济分析 0·前言 我公司是以高硫煤制甲醇企业，硫回收采用三级克劳斯工艺，经过废热锅炉及硫磺冷凝器的过程气在进入每一级克劳斯反应器之前，采取蒸汽预热方式将工艺气预热到硫磺的露点温度以上。工艺流程如下：由废热锅炉出来的过程气进第一过程气加热器升温至250℃后，进一级克劳斯反应器发生克劳斯反应，反应后的过程气进入一级硫冷凝器，冷凝并分离出液硫。冷却后的过程气进第二过程气加热器升温至240℃后，进二级克劳斯反应器发生克劳斯反应，反应后的过程气进入二级硫冷凝器，冷凝并分离出液硫。冷却后的过程气进第三过程气加热器升温至200℃后，进三级克劳斯反应器发生克劳斯反应，反应后的过程气进入三级硫冷凝器，冷凝并分离出液硫。出三级硫冷凝器的冷却尾气经尾气捕集器捕集少量硫磺后送尾气加热器加热到170℃后送锅炉房焚烧。硫回收装置开工运行一段时间后发现三台过程气加热器预热效果下降，初步判断为内漏引起，停工检修时发现每一台过程气加热器管束与管板连接环焊缝上布满针尖大小的小孔，修复非常困难，初步判断为换热器制造厂加工质量引起的，又找实力可靠的制造厂重新制造了三台相同的换热器。新的过程气加热器更换后，在硫回收装置运行2个月时发现这三台换热器又出现相同的内漏情况。经公司组织分析这是由于硫化氢腐蚀引起的，需要提高换热器部分材料材质才可避免腐蚀泄露再次发生。 1·过程气加热器结构介绍及内漏原因分析 第一、第二、第三过程气加热器结构均为卧式单管程固定管板式换热器，设计参数及结构相同而换热面积不同，管板材质为16Mn,换热管材质为20#，换热管与管板采用焊接方式连接。管程走的工艺气主要成分是水蒸气、二氧化硫、硫化氢、氮气、二氧化碳等，壳程走的是5.5 MPa水蒸气。 第二次发现过程气加热器泄漏时想拆开换热器看看，由于是紧急停车，氮气置换合格后，在没有对硫回收系统钝化的情况下就将三台换热器的管箱拆除，拆除后不久发现筒体两侧产生大量白色气体，开始是以为是换热器壳层残存的蒸汽泄露，但后来发现这是一种带有刺激性气味的气体，初步判断该气体为二氧化硫，是由于换热器内部存在硫化亚铁在空气中发生自燃引起的。立即采取对裸露在空气中的管板及换热管束通氮气保护，加少量空气让过程气加热器内残存的硫化亚铁缓慢氧化。整个过程大约持续4个小时。待氧化亚铁缓慢氧化后发现有一层2-3mm厚的铁锈状物质浮在管板上面及换热管内部，轻轻一碰就会大面积脱落，脱落后呈现出光洁的黑色管板。向壳侧通蒸汽发现管束与管板连接处焊缝上面布满了针尖大小的小孔向外漏蒸汽。第一、第二过程气加热器泄露比较严重，第三过程气加热器泄漏点较少。采集垢样分析，其主要成分为：铁的氧化物、少部分硫酸盐、亚硫酸盐、单质硫、氨盐等。垢样少部分溶于水，pH值略显酸性。拆除管箱出现大量白色气体初步判断为硫化亚铁在没有可燃物支持的情况下发生自燃产生的白色二氧化硫气体。硫化亚铁是深棕色或黑色固体，难溶于水，密度4.74g/cm3，熔点1193℃。在200℃以上，干硫化氢可和铁发生直接反应生成FeS。生成的硫化亚铁结构比较疏松，均匀地附着在设备及管道内壁。硫化氢气体在120-200℃的温度范围内是没有腐蚀性的，或者说腐蚀是及其轻微的。当硫化氢在超过200℃或与反应过程中生成的水蒸气接触的情况下，它和金属特别是碳钢反应生成硫化亚铁。硫化氢的腐蚀特点是均匀腐蚀，产生大量的腐蚀产物。当碳钢系统中含有少量硫化氢的反应产物，金属表面形成脆性的但有一定保护性的硫化亚铁膜。如有过量的硫化氢与水蒸气接触，硫化氢腐蚀就会加速。这是因为过量硫化氢存在，膜的厚度增加，由于膜是脆性的，达到一定厚度时，系统内流体的流动使膜破坏、剥落。这样新的金属面又暴露在系统中的腐蚀介质内，而使腐蚀过程加剧。在克劳斯硫回收系统中，工艺气体中含有硫化氢及反应生成的大量水蒸气。过程气加热器工艺气入口温度为165℃，出口温度为250℃。在此温度及湿度条件下，硫化氢对碳钢管板及换热管产生腐蚀生成硫化亚铁，并在管板表面形成一层比较疏松的腐蚀产物。这层疏松的腐蚀产物由于长时间的累积逐渐变厚，在工艺气流冲刷下极易脱落。脱落后呈现管板及焊缝的光洁表面，并在此恶劣环境下继续发生腐蚀。久而久之，管板厚度慢慢减少，焊缝堆积厚度也在减少，在换热器加工时管束与管板连接处堆焊较薄的地方，由于中压蒸汽的作用发生泄露，故而看到的漏点是密布的针尖大小的小孔。 2·技术改造措施 过程气加热器所处的环境腐蚀性较强，更换一台同样的换热器仍不能保证装置的长久运行需要。为解决此问题，一是考虑将换热管及管板材质更换为更高级的耐腐蚀材料如不锈钢或双相不锈钢；二是改变换热器结构，避免将焊缝大面积暴露在腐蚀环境中。综合考虑，我公司采取双管齐下的方式对三台换热器进行改造。首先将三台过程气加热器移除，直接用大口径管道连接工艺气进出口，管道直径比换热器筒体直径稍大，管道壁厚比设备连接管道厚3mm，材质与设备连接管道相同。在管道内套自制管束，管束材质更换为耐腐蚀的304不锈钢材料。管束在制作时采用1寸不锈钢管，拐弯处采用承插焊弯头连接，避免出现过多焊缝裸露在腐蚀环境中，提高了运行可靠性。管束内走中压蒸汽用于加热工艺气，这样就相当于一台自制的换热器。在换热器加工时首先考虑要满足换热效果，根据换热面积来确定管束长度及换热管数量。由于不锈钢的导热系数低于碳钢，理论上采用不锈钢管束替代碳钢管束换热器的换热面积是要增加的，但根据运行经验及设计余量等考虑，我公司实际上没有增加过程气加热器的换热面积，改进后的换热面积与原过程气加热器换热面积持平。 3·改造后运行情况及经济效果分析 过程气加热器改造后我公司硫回收装置已连续运行二个月，改造后的自制换热器换热效果能满足工艺要求，没有出现内漏情况。通过蒸汽消耗等指标来看，改造后的换热器运行指标均优于原来换热器，改造取得初步成功。 硫回收装置过程气加热器泄露主要是由于硫化氢腐蚀引起的，如果采用更换新的换热器且将管板及换热管材质提升的方法来解决硫化氢腐蚀问题将大大提高设备投资。更换下来的三台换热器总价为25万元，如果将管板及换热管材质更换为304不锈钢，由于304不锈钢的导热系数比碳钢小会导致换热器换热面积增加，换热器整体重量增加，这样三台换热器购置费用将增至35万元。而采用上文中提到的改造方法，材料费用为8万元，管束加工及设备安装费用2万元，整体改造费用为10万元，相比之下可为公司节约资金25万元。在运行过程中仍可降低运行成本，据统计每小时可节约蒸汽0.2吨。总体来说，此次改造比较成功，取得了良好的经济效益。 【参考文献】 ［1］卢绮敏.石油工业中的腐蚀与防护[M].化学工业出版社,北京,2000. ［2］张平喜.硫磺回收装置的腐蚀与防治[J].新疆化工,2004,3:22-25. 作者简介：张波（1982—），男，江苏沛县人，2005年毕业于青岛大学应用化学专业，助理工程师，现从事化工设备管理及检修工作。[责任编辑：曹明明] |
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