王向?qū)?程紹杰,康 平

(中海石油煉化有限責(zé)任公司海工英派爾工程有限公司，山東 青島 266061)

酸性氣制硫酸裝置中降低腐蝕的保溫結(jié)構(gòu)

王向?qū)?程紹杰,康 平

(中海石油煉化有限責(zé)任公司海工英派爾工程有限公司，山東 青島 266061)

硫酸裝置中主要介質(zhì)為含SO2和SO3的工藝氣體，當(dāng)溫度低于氣體或酸的露點(diǎn)時(shí)，這些氣體會(huì)冷凝為硫酸，對(duì)設(shè)備、管道中所有常規(guī)類型鋼(包括不銹鋼)產(chǎn)生強(qiáng)烈的腐蝕，在高溫下腐蝕性更強(qiáng),因此，做好設(shè)備和管道的外部保溫對(duì)整個(gè)裝置的防腐蝕起著至關(guān)重要的作用。常規(guī)的保溫支撐結(jié)構(gòu)在硫酸裝置中是不適用的。改進(jìn)后的保溫支撐結(jié)構(gòu)由固定錨、熱障和連接鋼組成，允許設(shè)備和管道的熱膨脹,不影響保溫層(包括外部保溫外皮)的性能，且無熱量傳導(dǎo)。硫酸裝置保溫要做好防水,避免特殊部位形成設(shè)備冷點(diǎn)。對(duì)硫酸裝置的保溫結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)介紹，這種保溫結(jié)構(gòu)可以保證設(shè)備的保溫效果，減少熱量傳導(dǎo)，避免設(shè)備外壁產(chǎn)生冷點(diǎn)從而造成設(shè)備露點(diǎn)腐蝕。

酸性氣制硫酸 腐蝕 保溫 防護(hù)

1 概 述

隨著政府各級(jí)環(huán)保監(jiān)管部門對(duì)SO2和硫酸霧排放監(jiān)管力度的加大，酸性氣回收裝置對(duì)煙氣排放的要求越來越高。酸性氣制硫酸裝置(簡(jiǎn)稱硫酸裝置)不僅能滿足新頒布的GB 31570—2015《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求,同時(shí)副產(chǎn)的大量中壓過熱蒸汽還可以起到彌補(bǔ)全廠中壓蒸汽的作用,因此硫酸裝置在各化工企業(yè)以及煉油企業(yè)中大受歡迎。然而由于硫酸裝置中主要介質(zhì)為含SO2和SO3的工藝氣體[1]，當(dāng)溫度低于氣體或酸的露點(diǎn)時(shí)，這些氣體會(huì)冷凝為硫酸，對(duì)設(shè)備、管道中所有常規(guī)類型鋼(包括不銹鋼)產(chǎn)生強(qiáng)烈腐蝕，在高溫下腐蝕性更強(qiáng)，見圖1。

圖1 法蘭泄漏引起的腐蝕

為了防止冷凝和后續(xù)腐蝕，裝載工藝氣體的設(shè)備和管道的金屬表面溫度必須始終高于氣體或酸氣的露點(diǎn)，因此做好外部保溫對(duì)整個(gè)裝置的防腐蝕起著至關(guān)重要的作用[2]。

2 常規(guī)保溫支撐形式

除了要保證保溫層的厚度以及質(zhì)量以外，也要保證保溫支撐的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。常規(guī)的保溫支撐方式用焊接到設(shè)備本體的保溫支撐圈(通常是扁鋼或者角鋼)來支撐保溫棉，保溫支持圈的寬度為保溫厚度或者略小，保溫棉外面加保溫外皮防護(hù)(見圖2)。

圖2 常規(guī)保溫支撐結(jié)構(gòu)

這種形式的保溫支持圈直接焊接到設(shè)備外表面，設(shè)備熱量會(huì)通過支撐圈傳導(dǎo)到大氣中，使得設(shè)備或管道外表面溫度驟降。如果溫度降低至工藝氣體的露點(diǎn)將引起嚴(yán)重腐蝕(見圖3)，破壞設(shè)備或者管道。這種常規(guī)的保溫支撐結(jié)構(gòu)在硫酸裝置中是不適用的。

圖3 傳統(tǒng)保溫支撐結(jié)構(gòu)及露點(diǎn)腐蝕

3 改進(jìn)后的保溫支撐結(jié)構(gòu)

常規(guī)的保溫支撐結(jié)構(gòu)不能滿足硫酸裝置的需求，為了降低保溫支撐結(jié)構(gòu)不合理引起的設(shè)備和管道腐蝕，應(yīng)對(duì)保溫支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。由于硫酸裝置操作溫度高，保溫材料厚度大且不允許有熱量流失，因此改進(jìn)后的保溫層固定支撐除了必須允許設(shè)備和管道的熱膨脹、不影響保溫層(包括外部保溫外皮)的性能外，還不允許有熱量的傳導(dǎo)。為實(shí)現(xiàn)這一目的，將保溫支撐結(jié)構(gòu)分為固定錨、熱障和連接板(見圖4和圖5)。

圖4 改進(jìn)后的保溫支撐結(jié)構(gòu)

固定錨由扭曲90°的30 mm×3mm的扁鋼支撐，長(zhǎng)度為1/3的保溫厚度，扭曲以后的扁鋼承壓能力增強(qiáng)。扁鋼固定錨也可以用φ2～3 mm的退火鋼銷代替。 固定錨沿圓周和長(zhǎng)度方向均勻分布，長(zhǎng)度方向固定錨之間的最大間距不超過1 000 mm，圓周方向固定錨之間的弧長(zhǎng)最大不超過300 mm。固定錨和連接板之間增加熱障，熱障由不傳熱的材料制成(為厚度3～4 mm的非金屬墊片)。固定錨、熱障和連接鋼用鉚釘加以固定。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)保溫支撐結(jié)構(gòu)

4 保溫外防護(hù)

4.1 防水層

做好保溫支撐后，必須采取一切措施避免水進(jìn)入保溫層，如果雨水滲漏進(jìn)保溫層會(huì)導(dǎo)致金屬表面出現(xiàn)冷點(diǎn)，造成腐蝕(見圖6)。因此需在保溫棉外部增加防水層，防水層材料可以使用一層最小厚度為0.05 mm的鋁箔或?yàn)r青覆蓋。防水層的所有接縫(圓周和縱向)都必須重疊至少50 mm，并用膠帶密封。

圖6 保溫進(jìn)水引起的腐蝕

4.2 保溫外皮

保溫外皮必須完全防水，其接縫必須重疊至少50 mm，接縫必須使用不銹鋼密封鉚釘和自攻螺釘固定，最大間距為150 mm。為螺釘或鉚釘鉆孔時(shí)應(yīng)格外小心,避免損壞防水材料。所有穿透保溫外皮的部件，包括自攻螺絲安裝時(shí)都要防止進(jìn)水導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕。

4.3 防水板和密封膠

在保溫層中斷或刺入的所有點(diǎn)，必須確保防水層和保護(hù)層的完整性。這在管口、軸承和閥門上的執(zhí)行器等位置附近尤為重要。保溫材料不可以在任何連接處外露，所有中斷位置都應(yīng)該覆蓋防水板。

保溫外皮不能完全防止進(jìn)水時(shí)，應(yīng)該使用密封膠泥進(jìn)行密封(如硅樹脂化合物)。密封膠必須是防水并且不因天氣影響而硬化的類型，并且有良好的黏性。

5 特殊部位的保溫

5.1 水平頂部表面

硫酸裝置中介質(zhì)為工藝氣的設(shè)備和方形管道上的所有頂部表面都必須傾斜至少5%，以避免保溫外皮上積水從而增加水進(jìn)入保溫層的風(fēng)險(xiǎn)。此外,對(duì)于在安裝和維護(hù)期間可能踩踏和碰撞的設(shè)備和管道上的頂部表面，必須采取額外加強(qiáng)措施以避免損壞保溫層。

5.2 人孔等管口的保溫

設(shè)備中的人孔、手孔和檢查孔等需要開啟的管口，也需要同設(shè)備筒體一樣保證保溫厚度和質(zhì)量，如果這些部位的保溫做不好也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備產(chǎn)生冷點(diǎn)進(jìn)而造成腐蝕。為了確保在停工檢修時(shí)可以順利打開人孔、手孔和檢查孔，這些部位的保溫需做成可拆卸的保溫結(jié)構(gòu)(見圖7)。

圖7 人孔、手孔和檢查孔的保溫

5.3 吊耳和耳座等外伸部件保溫

通常在硫酸裝置中介質(zhì)為工藝氣的設(shè)備上不允許設(shè)置長(zhǎng)度超過100 mm的外伸部件，熱量會(huì)通過外伸部件往外傳導(dǎo)，使設(shè)備外壁產(chǎn)生冷點(diǎn)進(jìn)

而造成腐蝕。一般情況下吊裝時(shí)的吊耳在設(shè)備安裝就位后應(yīng)割除，如果不割除，此部位的保溫厚度應(yīng)不小于設(shè)備本體的保溫厚度。

同樣此類設(shè)備的耳座等支撐如果不保溫也將會(huì)造成設(shè)備外壁熱量流失(見圖8)，從而使設(shè)備產(chǎn)生冷點(diǎn)造成腐蝕。因此設(shè)備的耳座也應(yīng)同設(shè)備筒體一樣進(jìn)行保溫，保溫厚度不應(yīng)小于設(shè)備本體的保溫厚度，以避免產(chǎn)生冷點(diǎn)，造成腐蝕。

圖8 耳座未保溫時(shí)熱量傳導(dǎo)情況

6 結(jié) 論

(1)硫酸裝置中主要介質(zhì)為含SO2和SO3的工藝氣體，當(dāng)溫度低于氣體或酸的露點(diǎn)時(shí)，這些氣體會(huì)冷凝為硫酸，會(huì)對(duì)設(shè)備、管道中所有常規(guī)類型鋼(包括不銹鋼)產(chǎn)生強(qiáng)烈的腐蝕，在高溫下腐蝕性更強(qiáng)。因此,做好外部保溫對(duì)整個(gè)裝置的防腐蝕起著至關(guān)重要的作用。

(2)常規(guī)的保溫支撐結(jié)構(gòu)在硫酸裝置中是不適用的。改進(jìn)后的保溫支撐結(jié)構(gòu)由固定錨、熱障和連接鋼組成，這種形式允許設(shè)備和管道的熱膨脹、不影響保溫層(包括外部保溫外皮)的性能外，且無熱量傳導(dǎo)。

(3)硫酸裝置中保溫要做好防水。特殊部位的保溫要特別注意減少熱量傳導(dǎo)以免造成設(shè)備冷點(diǎn)腐蝕設(shè)備。

[1] 王愛群，陳美紅.用硫化氫氣體制造硫酸[J].硫酸工業(yè)，2001(3):21.

[2] 杜榮熙.硫磺回收裝置的腐蝕與防護(hù)[J].化工設(shè)備與防護(hù),2002,5(4):187-192.

(編輯 寇岱清)

Thermal Insulation Structure for Reducing Corrosion in Sulphuric Acid Production From Acid Gas

WangXiangning,ChengShaojie,KangPing

(COOEC-ENPALEngineeringCo.,Ltd.,Qingdao266061,China)

Process gases containing SO2and SO3is the main medium in sulphuric acid plant, which can be condensed into sulfuric acid when temperature is lower than the dew point of acid or gas, and hence produce strong corrosion to all conventional types of steel (including stainless steel) in equipment and pipeline, especially under high temperature. The exterior insulation of equipment and pipeline is crucial in the corrosion protection of the whole device. The conventional thermal insulation support structure is not applicable in sulfuric acid plant. Improved insulation support structure is composed of a fixed anchor, thermal barrier and connecting steel, which can withstand the thermal expansion of equipment and piping, in addition, the structure has no effect on the insulation layer (including external insulation sheath) and no heat conduction. Good waterproofing is important in the insulation of sulfuric acid plant, in particular, special attention has to be paid to special parts so as to avoid cold point corrosion to equipment. Insulation structure of sulfuric acid plant is introduced in detail and it can ensure the insulation effect of the equipment, reduce the heat conduction and avoid the cold point corrosion resulted from the external wall of equipment.

sulphuric acid production from acid gas, corrosion, thermal insulation, protection

2016-06-16；修改稿收到日期：2017-01-06。

王向?qū)?1981-)，工程師，碩士，青島科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院畢業(yè)，現(xiàn)在該公司設(shè)備室工作。E-mail:wangxn7@cnooc.com.cn