氨法脱硫装置中的防腐蚀形式技术探讨

氨法脱硫装置中的防腐蚀形式技术探讨

（上海富晨化工有限公司   上海 200233）

摘 要：本文介绍了氨法脱硫装置（FGD）中的腐蚀特点，以及针对性地对最常见的防腐蚀形式（VEGF鳞片材料和整体玻璃钢设备）的关键技术进行了分别探讨和研究，重点分析了鳞片材料在氨法脱硫装置中的失效原因和可能，并据此重点地提出防腐蚀技术建议（包括防腐蚀结构和方式）。

关键词： 氨法脱硫 FGD 乙烯基鳞片 玻璃钢 防腐蚀

前言

随着经济的发展、社会的进步和人们环保意识的增强，含硫燃料燃烧所产生的烟气中的二氧化硫是环境治理的重要对象。工业烟气脱除SO₂（FGD）日益受到重视。目前烟气脱硫的工艺有很多，但由于历史的原因，目前主流的脱硫技术仍为钙法，但钙法脱硫的二次污染、运行不经济等问题日益显现出来，于是，其中作为国际技术先进的烟气脱硫新型清洁技术（氨法脱硫技术）逐渐受到关注。由于氨法烟气脱硫技术具有脱硫效率高、无二次污染、可资源化回收二氧化硫，能满足循环经济要求等明显优势。近年来氨法烟气脱硫技术在中国得到飞速的发展，该工艺应用业绩的不断增多，包括在石化、钢铁、有色等行业中，国内已成功地在60MW机组烟气脱硫工程上使用了氨法，其各项经济技术指标居脱硫业的领先水平。

氨法脱硫工艺是采用氨作为吸收剂除去烟气中的SO₂的工艺，氨法脱硫工艺具有很多特点，氨吸收烟气中SO₂是气-液或气-气反应，反应速度快、反应完全、吸收剂利用率高，可以做到很高的脱硫效率，相对于钙基脱硫工艺来说系统简单、设备体积小、能耗低。但由于氨是一种良好的碱性吸收剂，氨的碱性强于钙基吸收剂，所以在氨法FGD工艺中，设备的防腐蚀特性是相当重要的，国内已出现众多起由于防腐蚀出问题而最后导致装置效率不高乃至失效的情况，所以在本文中就氨法脱硫工艺中的一些腐蚀技术问题进行探讨。

1、 氨法脱硫中的腐蚀机理

目前国内外的氨法FGD工艺中，湿式氨法是目前较成熟的、已工业化的氨法脱硫工艺，湿式氨法工艺过程一般分成三大步骤：脱硫吸收、中间产品处理、副产品制造。湿法氨法脱硫工艺中是以水溶液中的SO 2和NH3 的反应为基础的，烟气经过吸收塔后，其中的SO 2被吸收生成亚硫酸铵与硫酸氢铵，其中主要的化学反应过程如下：

吸收：SO2+H2O+ x NH3＝(NH4)xH2-xSO3 (亚硫铵)

氧化:：(NH4)xH2-xSO3 +1/2 O2+(2-x)NH3=(NH4) 2 SO4 (硫铵) 

（其中，x=1.2－1.4）

氨水洗涤脱硫工艺设备主要由脱硫洗涤系统、烟气系统、氨贮存系统、硫酸铵生产系统等组成，核心设备是脱硫洗涤塔。在氨法脱硫工艺中，含SO2的烟气经过脱硫系统的每个环节均会造成对设备的腐蚀，但在工艺流程中由于采用氨作为为吸收剂，所以基本不存在钙法工艺中的物理性的磨蚀，在氨法脱硫工艺中腐蚀的形式从机理上主要分三种，化学腐蚀、电化学腐蚀和结晶腐蚀。

A、化学腐蚀：

烟气中的腐蚀性介质在一定的温度、湿度下和金属材料发生化学反应生成可溶性盐，使设备逐渐被腐蚀。主要反应方程式为：

Fe+SO₂+H₂O=FeSO₃+H₂

Fe+SO₂+O₂=FeSO₄

FeSO4水解生成游离的硫酸：

4FeSO₄+10H₂O+O₂=4Fe(OH)₃+4H₂SO₄

如此循环反复，使腐蚀不断进行下去。

B、电化学腐蚀：

在潮湿的条件下，金属表面直接与烟气介质接触发生化学反应，导致电化学腐蚀，在焊缝处特别容易发生。主要反应为：

Fe→Fe²⁺ +2e

Fe²⁺ +8FeO.OH+2e→3Fe₃O₄+4H₂O

C、结晶腐蚀：

在烟气脱硫过程中，由于生成了可溶性的硫酸盐或亚硫酸盐，液相则渗入表面防腐层的毛细孔内，当设备停用时，在自然干燥下生成结晶型盐，产生体积膨胀，使防腐材料自身产生内应力而破坏，特别在干湿交替作用下，腐蚀更加严重。

从宏观上，各种化学介质对防腐蚀材料的腐蚀大致有三种形态和过程：（1）介质首先先浸入材料间隙、气孔等缺陷中；（2）进而渗透到层间，引起材料的溶胀；（3）浸蚀材料表面。所以防腐蚀层的防腐蚀失效就是介质浸入、渗透和浸蚀的综合结果。在氨法脱硫工艺中，由于氨分子（包括氨汽和铵离子）是属于小分子的腐蚀性介质，所以很容易发生渗透，所以在氨法脱硫工艺中，腐蚀性其实较一般石灰石法湿法脱硫工艺的严重。从目前众多的投入及成功运行案例可以得知，乙烯基树脂鳞片衬里和整体玻璃钢（FRP）是目前两种可靠的防腐蚀形式，下面就就两种应用形式的技术进行探讨。

2、 鳞片衬里类材料的防腐蚀分析

乙烯基鳞片材料（VEGF鳞片胶泥）是以乙烯基树脂为主要材料，并加入10-40%不等片径的玻璃鳞片和其它一些功能性填料混合而成的一种防腐蚀材料，目前在国内外大量的FGD装置中得到成功的应用，具有耐腐蚀、抗渗透和耐高温的特点。VEGF鳞片材料具有以下特点：

1、耐腐蚀性能好；

2、较低的渗透率；

3、VEGF鳞片胶泥具有较强的粘结强度；

4、耐温差（热冲击）性能较好。VEGF鳞片胶泥涂层的线膨胀为11.5×10^-6/℃,（与钢铁的线膨胀系数相近），使VEGF鳞片胶泥适合于温度交变的重腐蚀环境；

5、耐磨性好。涂层硬度较高，另受外机械损伤时的破坏是局部的，其扩散趋势小，易于修复。

但目前在一些氨法脱硫案例中，一些氨法脱硫装置的投运率不高，一个主要的原因是防腐蚀方面出了问题。其中原因是多方面的，有结构设计上的，有材料选择上，也有施工质量上的原因。为了保证系统的有效稳定的运行，防腐蚀材料的选择和施工是关键。

在氨法烟气脱硫系统中，主要是要考虑三个区域内的腐蚀：一是烟气输送系统；二是SO2的吸收、氧化系统；三是吸收剂储存和供应系统。在上述的三个区域内，每个区域内的腐蚀各有特点，腐蚀性的严重程度有差异，但基本归结下来有以下几中腐蚀原因和形态，并且是这其中的若干种因素的综合作用结果，下面就上述系统的腐蚀特点进行详细分析，以探究防腐蚀涂层失效的原因：

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