李 欣

(華昱能源化工山西有限責(zé)任公司,山西晉城 048000)

華昱能源化工山西有限責(zé)任公司硫回收尾氣處理裝置現(xiàn)有2臺(tái)離心式引風(fēng)機(jī)，型號(hào)為Y6-51-12.5D，材質(zhì)為316L，體積流量為70 000 m3/h，風(fēng)壓為4 kPa，額定轉(zhuǎn)速為1 470 r/min，配套電機(jī)功率為132 kW，屬無密封普通風(fēng)機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。自2019年離心式引風(fēng)機(jī)投用以來，經(jīng)常出現(xiàn)殼體腐蝕、葉輪腐蝕問題，2～3個(gè)月需要停車檢修處理一次(見表1)，設(shè)備故障率高，檢修任務(wù)重，無法滿足系統(tǒng)長(zhǎng)周期運(yùn)行要求[1]。

表1 引風(fēng)機(jī)歷次檢修明細(xì)表

1 存在的主要問題

1.1 葉輪腐蝕嚴(yán)重

2019年10月10日，引風(fēng)機(jī)A跳車，經(jīng)檢查為電流過載保護(hù)。盤車時(shí)盤不動(dòng)，經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)風(fēng)葉腐蝕非常嚴(yán)重，葉輪前蓋板已經(jīng)腐蝕完全，葉片已經(jīng)減薄扭曲成卷，且風(fēng)機(jī)殼體內(nèi)部積酸嚴(yán)重，硫膏已經(jīng)埋過葉輪下沿(見圖1、圖2)[2-3]。

圖1 風(fēng)機(jī)葉輪

圖2 殼體積酸

1.2 風(fēng)機(jī)殼腐蝕穿孔

在運(yùn)轉(zhuǎn)不足2個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，風(fēng)機(jī)殼側(cè)板腐蝕穿孔，介質(zhì)外漏；經(jīng)揭蓋拆檢查看，風(fēng)機(jī)殼內(nèi)壁存在大量凹凸不平的腐蝕麻點(diǎn)，且已由原壁厚6 mm減為不足3 mm(見圖3、圖4)。

圖3 機(jī)殼側(cè)板

圖4 軸封

1.3 風(fēng)機(jī)軸承腐蝕

風(fēng)機(jī)采用雙列調(diào)心滾子軸承，型號(hào)為22320。滾珠表面調(diào)制層脫落且有銹色，保持架有麻點(diǎn)，滾道出現(xiàn)不均勻坑點(diǎn)，整盤軸承卡澀不流暢(見圖5)。

圖5 軸承

1.4 風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管道及軟連接泄漏

風(fēng)機(jī)進(jìn)出口管道出現(xiàn)不同程度的腐蝕泄漏，入口調(diào)節(jié)器葉片出現(xiàn)腐蝕脫落(見圖6)。軟連接原采用DN1000碳鋼外壓條式蒙皮非金屬膨脹節(jié)，軟連接部位保溫棉冒煙氣，相應(yīng)位置鋁皮穿孔減薄成蜂窩紙片狀[4]。

圖6 調(diào)節(jié)器

1.5 風(fēng)機(jī)基座地腳螺栓松動(dòng)、基礎(chǔ)開裂

軸承室靠近風(fēng)機(jī)殼體部位固定地腳螺栓明顯松動(dòng)，運(yùn)行時(shí)發(fā)出異常聲音，開機(jī)最大振動(dòng)值可達(dá)7.8 mm/s，且二次灌漿層出現(xiàn)多處開裂。

2 原因分析

2.1 葉輪、殼體材質(zhì)不適用現(xiàn)有工況

風(fēng)機(jī)葉輪、殼體原設(shè)計(jì)材質(zhì)為316L。316L是以鉬為基礎(chǔ)的奧氏體不銹鋼，具有很好的抗一般腐蝕及點(diǎn)腐蝕、裂隙腐蝕性。316L一般在大氣環(huán)境下和溫和環(huán)境下有更佳的耐腐蝕性，在硫酸溶液中，與鉻鎳類型不銹鋼相比,有更好的耐腐蝕性，但是硫酸的濃度對(duì)腐蝕速率的影響相當(dāng)大。

實(shí)際運(yùn)行中的裝置尾氣數(shù)據(jù)與工藝包提供數(shù)據(jù)相差較大，酸霧質(zhì)量濃度為319 mg/m3，且煙氣中含濕量增加，形成硫酸霧滴，體積分?jǐn)?shù)可達(dá)10%以上。

經(jīng)查閱316L材質(zhì)的耐腐蝕曲線及相關(guān)資料，在實(shí)際溫度和酸霧濃度下，該材質(zhì)腐蝕速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.5 mm/a,無法滿足使用要求。

2.2 酸性介質(zhì)竄入軸承室

該風(fēng)機(jī)為無軸密封風(fēng)機(jī)，設(shè)備在運(yùn)行過程中，大量酸性尾氣從風(fēng)機(jī)殼與軸周徑處泄漏，部分氣體順軸承壓蓋骨架密封竄入軸承室，導(dǎo)致油脂變質(zhì)，大量沉積物位于軸承室底部，軸承潤(rùn)滑失效，軸承磨損嚴(yán)重，聲音異常。

臨床痊愈：中醫(yī)臨床癥狀、體征消失或基本消失，證候積分減少≥90%；顯效：中醫(yī)臨床癥狀、體征明顯改善，證候積分減少≥70%；有效：中醫(yī)臨床癥狀、體征有所改善，證候積分減少≥30%；無效：中醫(yī)臨床癥狀、體征無明顯改善，證候積分減少＜30%。

2.3 管道材質(zhì)及軟連接結(jié)構(gòu)選型不適用

原設(shè)計(jì)管道采用Q235材質(zhì)，內(nèi)襯玻璃鱗片，理論上玻璃鱗片對(duì)于酸性介質(zhì)可以起到抗腐蝕作用。查看原有管道，發(fā)現(xiàn)原涂覆鱗片施工質(zhì)量不過關(guān)，涂覆不均勻，使用過程中，部分鱗片起皮鼓包、脫落，導(dǎo)致金屬表面暴露遭受介質(zhì)腐蝕。

軟連接采用螺栓外壓固定式，使用過程中酸性尾氣逐漸腐蝕內(nèi)伸式裸露螺栓，繼而沿螺栓孔外泄，一定時(shí)間內(nèi)密封部位失效，冒出煙氣，稀酸滴落，導(dǎo)致腐蝕越來越嚴(yán)重。

2.4 葉輪葉片腐蝕，動(dòng)平衡失效

原葉輪采用316L材質(zhì)，經(jīng)分析無法滿足現(xiàn)有酸性氣工況，故長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后葉片減薄至消失，平衡失效，風(fēng)機(jī)振動(dòng)加劇，地腳螺栓松動(dòng)，需要定期緊固；在周而復(fù)始的振動(dòng)下風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)開裂，導(dǎo)致殘缺不全。

3 應(yīng)對(duì)措施

根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況和國(guó)內(nèi)類似廠家的研究探討，唯有風(fēng)機(jī)變更材質(zhì)才能適應(yīng)現(xiàn)有工況。

3.1 更換葉輪材質(zhì)

葉輪材質(zhì)由316L改為昭和乙烯基樹脂，即耐酸堿玻璃鋼(FRP)。該材質(zhì)是一種以酚醛環(huán)氧樹脂為骨架的乙烯基酯樹脂，具有優(yōu)異的耐溶性、耐化學(xué)藥品性，以及優(yōu)良的耐氧化性能，特別在高溫環(huán)境下，保持良好的力學(xué)性能及耐腐蝕性能。該材質(zhì)可以在95 ℃下保持長(zhǎng)期不改性。

3.2 風(fēng)機(jī)殼采用防腐材料涂覆

(1) 陶瓷高分子材料

(2) 乙烯基高溫鱗片

鱗片是由不飽和有機(jī)一元羥酸和環(huán)氧樹脂進(jìn)行開環(huán)酯化反應(yīng)而得，中間骨架為環(huán)氧樹脂的一類不飽和聚酯。其有優(yōu)良的耐化學(xué)介質(zhì)、高溫濕態(tài)腐蝕性介質(zhì)，具備極低的水蒸氣滲透率、硬化收縮率、線膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。

3.3 軸封采用外置密封氣

為切實(shí)保護(hù)好軸徑，避免酸性介質(zhì)的腐蝕，有效杜絕酸性氣外漏竄至軸承室而損壞軸承，通過設(shè)計(jì)完成了一種新型密封(見圖7)。該密封采用耐腐蝕四氟做成梳齒，且軸徑處外引低壓氮?dú)鈴?qiáng)制密封，避免酸性尾氣外漏，可達(dá)到零泄漏、上下密封體定位銷精準(zhǔn)定位，以及簡(jiǎn)化裝配難度的目的。

圖7 軸封結(jié)構(gòu)圖

3.4 管道噴砂涂覆玻璃鱗片，更換軟連接材質(zhì)

現(xiàn)有管道斷開后重新進(jìn)行石英噴砂處理，去除貼敷不實(shí)的舊層及雜物，按照玻璃鱗片施工工藝進(jìn)行作業(yè)，且根據(jù)環(huán)境溫度進(jìn)行充足的養(yǎng)護(hù)固化。

入吸收塔段為方形煙道，氣液混合物在煙道內(nèi)部形成稀酸，極易加速腐蝕。此段管道經(jīng)常出現(xiàn)泄漏，故將此管段材質(zhì)更換為內(nèi)襯聚四氟金屬。

將原蒙皮式軟連接改型為聚四氟法蘭連接式結(jié)構(gòu)，有效避免金屬裸露于腐蝕介質(zhì)中。

4 經(jīng)濟(jì)效益

4.1 檢修備件費(fèi)用

原有風(fēng)機(jī)年維修費(fèi)用約為48萬元(按3個(gè)月維修一次計(jì)算)；改型后風(fēng)機(jī)年維檢修費(fèi)用預(yù)計(jì)1萬元/臺(tái)(按每年常規(guī)檢查一次計(jì)算)，每年可省檢修費(fèi)用48萬元(含保溫、低值材料消耗1萬元)。

4.2 效益損失

每次停車檢修按4 d檢修周期計(jì)算，影響硫酸產(chǎn)量約為960 t，按100元/t價(jià)格計(jì)算，效益損失約為9.6萬元；中壓廢鍋副產(chǎn)3.8 MPa蒸汽產(chǎn)量為2 208 t，按80元/t價(jià)格計(jì)算，效益損失為17.7萬元。每次停車直接效益損失約為27.3萬元，年度合計(jì)109.2萬元(4次)。

4.3 產(chǎn)品增益

硫回收尾氣處理裝置停車期間，氣化爐改為3臺(tái)低硫煤種，按每臺(tái)爐每天1 500 t消耗計(jì)算，每次停車期間每臺(tái)爐可節(jié)省原料費(fèi)用60萬元，3臺(tái)爐年可增收效益720萬元。年度可增收效益為877.2萬元。

5 實(shí)施效果

5.1 葉輪更換

2020年9月，利用系統(tǒng)大修時(shí)間，將風(fēng)機(jī)葉輪材質(zhì)改為FRP。2021年10月，拆檢風(fēng)機(jī)后發(fā)現(xiàn)，整個(gè)葉輪完好，無嚴(yán)重破損，證明該材質(zhì)符合工況要求。

5.2 殼體涂覆

2020年4月至2021年4月，經(jīng)過比對(duì)，發(fā)現(xiàn)KN22使用效果不如玻璃鱗片效果顯著，故果斷采用玻璃鱗片修復(fù)風(fēng)機(jī)殼體。

5.3 軟連接更換

2020年11月,更換新改型的四氟軟連接;至2022年4月拆開檢查,該部件完好無損。

5.4 軸封加設(shè)

2022年4月,對(duì)該風(fēng)機(jī)進(jìn)行單體大修時(shí),對(duì)軸徑部位進(jìn)行尺寸測(cè)量，軸徑并未被磨損腐蝕。

改造前,由于設(shè)備故障問題影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，排放不達(dá)標(biāo)；改造后，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)，維修成本較低，環(huán)保有保證，系統(tǒng)可穩(wěn)定投用。

6 結(jié)語

從經(jīng)濟(jì)效益數(shù)據(jù)和從長(zhǎng)遠(yuǎn)利益來看，在安全穩(wěn)定生產(chǎn)、節(jié)能降耗、環(huán)保意義方面，硫回收尾氣處理裝置前置引風(fēng)機(jī)的改造是成功的。