RTO之氨法脫硫裝置中的防腐蝕形式技術探討及防腐技術建議

Date:June 13, 2019 284

       本文介紹了氨脫硫裝置(FGD)的腐蝕特性,以及最常見的腐蝕防護形式(VEGF垢材料和整個玻璃鋼的關鍵技術)分別對設備進行了討論和研究,分析了氨脫硫裝置中垢材料失效的原因和可能性,RTO并在此基礎上提出了防腐技術建議(包括防腐結構和方法)。

   隨著經濟的發展,社會的進步和人們環保意識的增強,含硫燃料燃燒產生的煙氣中的二氧化硫是環境管理的重要目標。 SO2(FGD)的工業煙氣去除越來越受到關注。目前,煙氣脫硫的工藝很多。然而,由于歷史原因,目前主流的脫硫技術仍然是鈣法,但鈣脫硫的二次污染和不經濟的操作正變得越來越明顯。因此,作為一種國際技術,新的煙氣脫硫清洗技術(氨脫硫技術)受到越來越多的關注。

  由于氨煙氣脫硫技術脫硫效率高,無二次污染,可回收二氧化硫,可以滿足循環經濟的明顯優勢。近年來,氨煙氣脫硫技術在中國發展迅速。這一過程的應用不斷增加,包括石化,鋼鐵,RTO有色金屬等行業。國內已成功應用于60MW機組煙氣脫硫工程,其各項經濟技術指標處于脫硫行業的領先水平。

   氨脫硫工藝是通過使用氨作為吸收劑從煙道氣中除去SO2的工藝。吸附劑的高利用率可以實現高脫硫效率,系統簡單,設備小,與鈣基脫硫工藝相比能耗低。然而,由于氨是良好的堿性吸收劑,氨比鈣基吸收劑更堿性。因此,在氨FGD工藝中,設備的耐腐蝕性非常重要。最終,導致設備效率低甚至故障的問題。因此,本文討論了氨脫硫過程中的一些腐蝕技術問題。

   目前,氨法FGD工藝在國內外,濕法氨法是一種比較成熟的工業化氨法脫硫工藝。濕法氨工藝通常分為三個主要步驟:脫硫吸收,中間產物處理和副產物制造。濕氨脫硫方法基于SO2和NH 3在水溶液中的反應。煙氣通過吸收塔后,SO2被吸收形成亞硫酸銨和硫酸氫銨。主要化學反應過程如下:

   吸收:SO2 + H2O + xNH3=(NH4)xH2-xSO3(硫酰亞胺)?氧化:(NH4)xH2-xSO3 + 1/2O2 +(2-x)NH3=(NH4)SO4(硫酸銨)2(其中x=1.2-1.4)

   氨水洗脫脫工藝設備主要由脫硫洗滌系統,焚燒爐煙氣系統,氨儲存系統,硫酸銨生產系統等組成,核心設備為脫硫洗滌塔。在氨脫硫過程中,含有SO2的煙氣通過脫硫系統的每一步,對設備造成腐蝕。然而,由于在該過程中使用氨作為吸收劑,鈣過程中基本上沒有物理性質。氨脫硫過程中的腐蝕形式主要分為三類:化學腐蝕,電化學腐蝕和晶體腐蝕。

     A,電化學腐蝕:

  在潮濕條件下,金屬表面直接與煙道氣介質反應引起化學反應,這引起電化學腐蝕并且特別容易在焊接處發生。主要反應是:

  鐵的Fe2→++ 2eFe + 8FeO.OH + 2E→3Fe3O4 + 4H2O

  B,晶體腐蝕:

  在煙氣脫硫過程中,由于可溶性硫酸鹽或亞硫酸鹽的形成,液相滲透到表面防腐層的毛細孔中。當設備停用時,在自然干燥下形成結晶鹽,導致體積膨脹。防腐材料本身受到內應力的破壞,特別是在干濕交替作用下,腐蝕更嚴重。

  從宏觀上看,有三種形式和工藝可以通過各種化學介質腐蝕耐腐蝕材料:

  C,化學腐蝕:

  煙氣中的腐蝕性介質在一定的溫度和濕度下與金屬材料反應形成可溶性鹽,使設備逐漸腐蝕。主要反應方程是:

  Fe + SO2 + H2O=FeSO3 + H2    Fe + SO2 + O2=硫酸亞鐵

  水解FeSO4形成游離硫酸:  4FeSO4 + 10H2O + O2=的4Fe(OH)3 + 4H2SO4

  重復該循環,以便繼續腐蝕。

    (1)首先將介質浸入材料間隙和孔隙等缺陷中; 

      (2)進一步滲透到層中以引起材料膨脹;

      (3)蝕刻材料表面。因此,防腐層的防腐蝕失敗是中等浸漬,滲透和蝕刻的綜合結果。在氨脫硫工藝中,由于氨分子(包括氨蒸氣和銨離子)是屬于小分子的腐蝕性介質,因此容易滲透,因此在氨脫硫過程中,腐蝕性實際上高于一般的石灰石法。脫硫過程很嚴重。

  從眾多投資和成功的操作案例中,乙烯襯里襯里和整體玻璃增強塑料(FRP)是兩種可靠的防腐形式。討論了以下兩種技術。

  乙烯基片狀材料(VEGF片狀粘土)是一種以乙烯基樹脂為主要材料,10-40%不同直徑的玻璃鱗片和其他功能性填料制成的防腐材料。大量FGD裝置的成功應用具有耐腐蝕性,抗穿透性和耐高溫性的特點。?VEGF鱗片材料具有以下特征:

  1.良好的耐腐蝕性;

       2.VEGC級粘土具有很強的粘合強度;

  3.耐溫(熱沖擊)性能更好。 VEGF鱗片粘土涂層的線性膨脹為11.5×10-6 /℃(類似于鋼的線膨脹系數),使得VEGF鱗片粘土適用于交替溫度的重腐蝕環境;

  4.滲透性較低;

  5.耐磨性好。涂層硬度高,外部機械損傷造成的損傷局部,擴散趨勢小,易于修復。

  但是,在某些氨脫硫的情況下,一些氨脫硫裝置的運轉率不高,主要原因之一是防腐蝕存在問題。原因是多方面的,結構設計,材料選擇和施工質量。為了確保系統的有效和穩定運行,防腐材料的選擇和構造是關鍵。

  在氨煙氣脫硫系統中,主要考慮三個區域的腐蝕:一個是煙氣輸送系統;另一種是SO2的吸收和氧化系統;第三是吸收劑儲存和供應系統。在上述三個區域,每個區域的腐蝕都有其自身的特點,腐蝕嚴重程度不同,但主要歸結為以下原因和腐蝕形式,并且是這些因素中的幾個因素的綜合作用。因此,下面對上述系統的腐蝕特性進行詳細分析,以研究耐腐蝕涂層失效的原因:

  A,亞硫酸露點腐蝕:

  當裝置開啟和關閉時,由于環境大氣濕度的影響,裝置中的殘余氣態SO2被鋼基體表面上的冷凝水吸收,形成亞硫酸,形成亞硫酸鹽的脫硫;

  B.防腐襯里高溫熱應力失效:

  這是FGD系統中的常見情況。主要原因如下:首先,環境友好型脫硫裝置經常開啟和停止,產生的熱應力處于間歇交替狀態,加速了襯里的熱應力腐蝕;二,水垢涂層是脆性材料,襯里層長期存在熱應力,特別是在熱應力交替期間,容易導致涂層開裂,開裂和剝落等物理腐蝕失效;第三,襯里材料選擇不合理,樹脂具有耐溫性。在高溫熱應力的作用下形成不充分的熱應力開裂。四,在襯砌施工中,存在局部質量缺陷,如涂層厚度不均勻,界面粘結不良,固化劑分布不均勻,使環境熱應力容易在襯里薄層形成應力集中,導致襯里的熱應力損壞。鑒于上述因素,在實際使用中的防垢襯里中經常發生腐蝕開裂,開裂,剝落等。

  C.防腐襯里高溫碳化燒蝕失敗:

  一般情況下,原始煙氣溫度為140-150°C,這個溫度不足以使高溫爐襯高溫碳化消融,但當鍋爐蒸汽預熱器,省煤器,空氣預熱器等設備不工作時原始煙氣溫度將高于160°C,這將導致大多數耐高溫襯里材料從表面緩慢而緩慢地碳化。這種襯里材料的碳化不會嚴重影響襯里的完整性和耐腐蝕性,但襯里一旦裂縫由熱應力形成,裂縫的發展就會加速,介質沿裂縫的穿透速度是加速,導致襯里部分剝落。?當溫度超過180℃時,長期的高溫效應將導致大部分耐高溫襯里襯里從表面燒蝕并燒蝕。這種情況會導致襯里嚴重退化和變薄,并且其腐蝕損壞是致命的。

  D,襯里震顫疲勞損傷:

  在下列條件下,襯里容易發生震顫疲勞損傷:首先,煙道結構的設計強度和剛度不足。特別是當煙道布局因環境而改變并且橫截面變化很大時,高速流動的煙氣就在煙霧中。在通道中的過電流期間,由于曲線和橫截面變化的影響,產生大的壓力變化,導致流動不穩定,導致煙道結構顫動,引起襯里的疲勞腐蝕開裂。原本是高溫弱,并且在嚴重時形成大規模。該地區正在剝落。

  其次,在煙道的結構強度設計中,為了加強結構,通過細桿加強支撐。當高速流動的煙道氣在煙道中溢出時,支撐桿由于煙道氣的沖擊而搖動和變形。導致支撐桿和煙道壁焊接區襯里開裂。由于煙霧引起的結構震顫通過襯里傳遞到金屬基材,襯里和基材通過界面底漆粘合粘合,這種破壞經常發生在界面底漆粘合層中,襯里層破壞是非常致命。

  E,晶體腐蝕:

  在基于混凝土的部件的情況下,它易受硫酸銨晶體的腐蝕。如果設備因維護或事故停機而關閉,硫酸銨很容易吸收水分,形成水合晶體并導致體積膨脹,最終導致基礎損壞。

  FRP在氨法脫硫裝置中的應用

  FRP是一種早期開發的復合材料,具有非常顯著的性能特征。與金屬材料或其他無機材料相比,它重量輕,比強度高,電絕緣,耐瞬態高溫,傳熱慢,隔音,防水,易著色,并能傳輸電磁波。它是一種功能和結構。具有屬性的新材料。 FRP具有以下性能特征:

  1.優異的耐腐蝕性

  FRP的耐腐蝕性主要取決于樹脂。隨著合成技術的不斷進步,樹脂的性能也在不斷提高,特別是在20世紀60年代,乙烯基酯樹脂的誕生,進一步提高了玻璃鋼的耐腐蝕性,物理性能和耐熱性。事實上,由乙烯基酯樹脂制成的玻璃增強塑料已經成功地用于比濕法脫硫系統更苛刻的環境中,并且具有悠久的歷史。

  2,耐熱性

  在氨脫硫過程中,高溫是一個必須考慮的問題,因為入口處混合氣體的溫度經常超過180℃,系統中的組分經受暫時的高溫淬火,潛在的熱損傷和高腐蝕性。副產品導致使用昂貴的結構材料,如高鎳合金C-276,以滿足使用壽命要求。

  由乙烯基酯樹脂制成的FRP已經成功地取代了濕法脫硫系統的煙囪襯里,該系統由于熱應力和機械應力而產生裂縫。由乙烯基酯樹脂FRP制成的脫硫塔可用于更高的溫度,更長的壽命和更可靠。?FRP的長期使用溫度取決于樹脂基質的玻璃化轉變溫度(Tg)和熱變形溫度(HDT)。雙酚A環氧乙烯基酯樹脂的HDT高于105℃,酚醛改性環氧乙烯基酯樹脂的HDT高于145℃。上海富辰化工有限公司開發生產了FGD洗滌器可在220°C的溫度下使用。

  3,耐磨性

  在腐蝕性環境中,FRP的耐磨性優于鋼。為了提高FRP的耐磨性,可以在樹脂基質中添加適當的填料。目前,在吸收塔內側,排渣管和噴淋系統中,石灰石法輸送石灰漿的管道可由玻璃鋼制成,耐磨性較好,因為填料是添加到樹脂中。

  4,FRP的價格優勢

  國外研究數據表明,根據設備的尺寸和類型,FRP的成本約為高鎳合金成本的1/3。直徑為4米的FRP吸收器的成本僅為涂有高鎳合金的吸收器的一半。由于FRP的綜合性能,許多濕法脫硫系統裝置使用FRP取得了良好的效果。 FRP已成功應用于濕法脫硫系統的以下幾個方面:1吸收塔體,2個石灰溶解槽,3個液體收集器,除霧器,4個漿料輸送管道,5個煙道,6個煙囪。

  目前,在中國的實際應用經驗中,煙囪和FRP整體吸收塔是FRP的應用重點。根據某些工程脫硫塔工作條件的要求,對FRP塔體樹脂基體材料的要求:1可以承受酸堿交替腐蝕; 2同時滿足煙氣入口處的干燥狀態和低于塔底8米的高度。耐低溫性達到200℃,在潮濕狀態下耐溫性達到150℃; 38 m高度至15 m用于滿足干燥狀態下180°C的耐溫性,在潮濕狀態下耐溫度達到130°C;在干燥狀態下,溫度達到130℃,在濕潤狀態下,溫度達到100℃。

  因此,脫硫塔高度8米以下的襯里樹脂可選用特殊的耐高溫樹脂進行脫硫(如FUCHEM898)。對于8米以上的襯里樹脂,樹脂可以交替腐蝕酸和堿(如FUCHEM854),以及塔體的整體結構。樹脂是耐溫,耐候的乙烯基樹脂(如FUCHEM854)。對于FRP脫硫塔的纖維增強材料,建議使用所有無堿纖維,內表面由聚酯氈制成,以提高塔體的耐腐蝕性。

  同時,在生產過程中,建議采用現場整體卷繞工藝。整個吸收塔的FRP分層結構示意圖如下:內襯層(包括內表層,防滲層)→結構層→外保護層

  無論是使用VEGF片狀材料還是整體FRP(FRP),在氨工藝中都有大量成功的防腐應用。在過去十年的應用實踐中,已經發現該裝置的腐蝕保護是一個重要的環節。只要根據具體的工作條件選擇合適的材料,并在施工過程中控制整個過程,就可以達到優異的防腐效果,從而促進國內氨脫硫裝置的成功和高效運行。


文章來源:中國RTO設備網

文章標題:RTO之氨法脫硫裝置中的防腐蝕形式技術探討及防腐技術建議

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