高 磊， 邵志超， 王 政， 賀少方， 楊 煦

(金川集團(tuán)股份有限公司化工廠， 甘肅金昌 737100)

復(fù)雜脫硫煙氣輸送管道的研究與應(yīng)用

高 磊， 邵志超， 王 政， 賀少方， 楊 煦

(金川集團(tuán)股份有限公司化工廠， 甘肅金昌 737100)

脫硫 煙氣 管道 材質(zhì) 應(yīng)用

在鎳銅冶煉低濃度SO2煙氣治理過程中，低濃度SO2煙氣成分復(fù)雜，煙氣濃度、氣量、溫度等工況條件差異較大。系統(tǒng)在長時(shí)間的連續(xù)運(yùn)行過程中，形成的稀酸、亞硫酸鈉等物質(zhì)對(duì)設(shè)備、管道造成了嚴(yán)重的腐蝕破壞，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行存在多處隱患，修繕費(fèi)用及系統(tǒng)運(yùn)行成本居高不下。

1 原有脫硫煙氣輸送現(xiàn)狀

金川集團(tuán)股份有限公司(以下簡稱金川公司)化工廠活性焦脫硫系統(tǒng)主要配套處理鎳反射爐低濃度SO2煙氣，煙氣φ(SO2)在0.5%左右，設(shè)計(jì)總處理煙氣量2×105m3/h，是目前國內(nèi)活性焦脫硫行業(yè)中處理煙氣SO2濃度最高的一套裝置。由于反射爐自身煙氣條件和活性焦脫硫系統(tǒng)自身特點(diǎn)，造成脫硫煙氣溫度高、水含量大，對(duì)系統(tǒng)煙氣輸送管道腐蝕嚴(yán)重，管道更換次數(shù)頻繁。

正常脫硫過程中，將活性焦加熱至300 ℃以上。此時(shí)煙氣溫度在300 ℃左右，以下為脫硫煙氣數(shù)據(jù)測試表。

表1 脫硫煙氣成分

由于煙氣溫度較高，且水含量高，在煙氣輸送過程中，煙氣溫度逐漸降低。當(dāng)溫度低于露點(diǎn)時(shí)，會(huì)形成大量的稀酸，對(duì)不銹鋼材質(zhì)的管道形成嚴(yán)重的腐蝕。

2 耐高溫、耐腐蝕材料研究

1) 316L不銹鋼。316L不銹鋼是含鉬的不銹鋼品種。由于鋼中含鉬，性能優(yōu)于310和304不銹鋼，高溫條件下，316L不銹鋼本身具有很好的抗氧化性，且由于控制了碳的含量，減少了焊后碳化鉻的晶界沉淀，在焊后提供了較好的耐蝕性。但316L不銹鋼在氯化物環(huán)境中，對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂最為敏感，不具備耐氯離子腐蝕的功能。

2) 鋼襯陶瓷。鋼襯陶瓷管道是一種新型的復(fù)合材料管道，從內(nèi)到外分別由陶瓷層、過渡層和鋼背三層組成。陶瓷層是2 600 ℃以上的高溫下形成的致密剛玉陶瓷，經(jīng)過過渡層與鋼管緊密結(jié)合。陶瓷管材質(zhì)示意見圖1。

圖1 陶瓷管材質(zhì)示意

3) 非金屬石墨管。石墨為典型的脆性材料，其具有良好的耐腐蝕性和導(dǎo)熱性；線性系數(shù)小，耐溫度急變性好；機(jī)械加工性能良好；耐磨損、質(zhì)量輕，溫度升高但強(qiáng)度不降低。壓型石墨元件表面不易結(jié)垢，能保證產(chǎn)品的純度。缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度低，彈性變形小，性能很脆，抗沖擊能力差，抗拉強(qiáng)度小。石墨設(shè)備基本為厚壁設(shè)備，一般不發(fā)生材料抗壓強(qiáng)度達(dá)到極限前失穩(wěn)破壞，一般為筒體的強(qiáng)度破壞。石墨設(shè)備大多用于常壓和低壓操作狀態(tài)，且使用溫度也不太高。石墨設(shè)備設(shè)計(jì)壓力不大于2.4 MPa,設(shè)計(jì)溫度-60～400 ℃。

4) 鈦合金管。鈦合金是以鈦元素為基礎(chǔ)加入其他元素組成的合金。鈦有兩種同質(zhì)異晶體，鈦是同素異構(gòu)體，熔點(diǎn)為1 668 ℃，在低于882 ℃時(shí)呈密排六方晶格結(jié)構(gòu)，稱為α-鈦；在882 ℃以上呈體心立方品格結(jié)構(gòu)，稱為β-鈦。利用鈦的上述兩種結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，添加適當(dāng)?shù)暮辖鹪兀蛊湎嘧儨囟燃敖M分含量逐漸改變而得到不同組織的鈦合金。合金元素根據(jù)它們對(duì)相變溫度的影響可分為三類：① 穩(wěn)定α相、提高相轉(zhuǎn)變溫度的元素為α穩(wěn)定元素,有鋁、碳、氧和氮等,其中鋁是鈦合金主要合金元素，它對(duì)提高合金的常溫和高溫強(qiáng)度、降低比重、增加彈性模量有明顯效果;② 穩(wěn)定β相、降低相變溫度的元素為β穩(wěn)定元素，又可分同晶型和共析型2種;前者有鉬、鈮、釩等；后者有鉻、錳、銅、鐵、硅等;③ 對(duì)相變溫度影響不大的元素為中性元素，有鋯、錫等。

(5) 耐高溫非金屬管。玻璃鋼管道是一種輕質(zhì)、強(qiáng)度高、耐腐蝕的非金屬管道。其是具有樹脂基體重的玻璃纖維按工藝要求逐層纏繞在旋轉(zhuǎn)的芯模上，并在纖維之間遠(yuǎn)距離均勻地鋪上石英砂作為夾砂層。其管壁結(jié)構(gòu)合理先進(jìn)，能充分發(fā)揮材料的作用，在滿足使用強(qiáng)度的前提下，提高了鋼度，保證了產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性。玻璃鋼夾砂管以其優(yōu)異的耐化學(xué)腐蝕、輕質(zhì)高強(qiáng)，不結(jié)垢，抗震性強(qiáng)，與普通鋼管比較使用壽命長，綜合造價(jià)低，安裝快捷，安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，普通玻璃鋼在溫度小于80 ℃的環(huán)境下運(yùn)行。

3 新型組合輸送管道的應(yīng)用

脫硫煙氣溫度變化統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 脫硫煙氣溫度變化統(tǒng)計(jì)

當(dāng)煙氣解吸溫度達(dá)到338 ℃時(shí)，脫硫煙氣前端可達(dá)到312 ℃，末端的最高溫度為113 ℃。

脫硫煙氣輸送可以采用2種主要方式，即高溫輸送和低溫輸送。高溫輸送是高溫?zé)煔獠贿M(jìn)行降溫直接進(jìn)行輸送，但對(duì)輸送管道材質(zhì)要求較為苛刻；低溫輸送方式即利用噴淋降溫的方式，利用絕熱蒸發(fā)的原理將高溫?zé)煔庠诠艿纼?nèi)進(jìn)行噴淋降溫。但此方法將水份帶入后端，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生部分的廢酸。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，最終確定采用高溫輸送方式。

通過前段對(duì)各種耐腐蝕材料的分析和對(duì)比，最終確定了多種管道組合的方式。再生塔出口煙氣溫度較高，最高可達(dá)到280 ℃，在此溫度范圍之內(nèi)采用316L不銹鋼。該材質(zhì)的不銹鋼具有耐腐蝕且耐高溫的特性，且前段溫度較高，不會(huì)因水蒸氣冷凝形成稀酸，經(jīng)過測量高溫段煙氣管道共計(jì)50 m。

原設(shè)計(jì)脫硫煙氣輸送風(fēng)機(jī)采用316L材質(zhì)，運(yùn)行周期較短，葉輪及機(jī)殼都不同程度的受到嚴(yán)重的腐蝕。分析原因主要是在高轉(zhuǎn)速下，含水較高的煙氣對(duì)316L材質(zhì)進(jìn)行長時(shí)間沖刷，且溫度較高，腐蝕速率較快。因此輸送風(fēng)機(jī)不能采用316L材質(zhì)。經(jīng)過選型，采用耐高溫、耐腐蝕的TC4鈦合金材質(zhì)。

脫硫煙氣首先經(jīng)過耐高溫的316L段，溫度下降至180～200 ℃。在此溫度范圍內(nèi)，最容易形成稀酸，管道材質(zhì)選型較為關(guān)鍵。非金屬材料具有較好的耐腐蝕性，但無法承受高溫，因此在此溫度段內(nèi)創(chuàng)新性采用翅片管道降溫技術(shù)。管道材質(zhì)選用316L不銹鋼，在管道表面焊接環(huán)形翅片，用于降溫，管道長度約15 m，利用空氣進(jìn)行自然降溫。經(jīng)過翅片換熱管后，煙氣溫度能夠降至120 ℃左右，在此溫度范圍內(nèi)選取耐高溫非金屬材質(zhì)管道，在前段設(shè)置導(dǎo)淋管，將降溫形成的部分冷凝水及時(shí)排出。

因此脫硫煙氣輸送過程中，高溫段采用316L不銹鋼材質(zhì)，高溫輸送設(shè)備采用TC4鈦合金材質(zhì)，中間利用翅片換熱管對(duì)煙氣進(jìn)行降溫，降溫后的煙氣采用耐高溫非金屬材質(zhì)，通過應(yīng)用3種不同材質(zhì)管道組合方式，最終解決脫硫煙氣腐蝕問題。

4 結(jié)語

通過研究不同煙氣輸送管道材質(zhì)及腐蝕機(jī)理，根據(jù)脫硫煙氣高溫、高含水的特點(diǎn)結(jié)合煙氣降溫梯度，技術(shù)人員在實(shí)踐中采用了翅片換熱管+316L+非金屬的組合輸送管道，有效解決了脫硫煙氣輸送過程中遇到的腐蝕問題，保證了生產(chǎn)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

TQ111.16； X701

B

1002-1507(2017)08-0059-02

2017-05-24。

高磊，男，金川集團(tuán)股份有限公司化工廠工程師，主要從事設(shè)備運(yùn)行管理工作。電話: 15209458700；E-mail：hggaolei@jnmc.com 。