趙文愷 李應(yīng)超 龐玉亭

天宏焦化公司化工分廠于2002年投入運(yùn)行，凈化焦?fàn)t煤氣1.9萬m3/h，其中煤氣中的氨氣在硫酸銨工序采用噴淋式飽和器吸收脫除。該工藝投入使用后，由于管線選材不合理及操作制度存在缺陷等，致使部分管道及設(shè)備焊縫處腐蝕泄漏嚴(yán)重，進(jìn)而影響到硫酸銨的生產(chǎn)，使硫酸銨產(chǎn)率降低。另外，如果硫酸銨工序不能正常運(yùn)行，煤氣中氨氣進(jìn)入粗苯工段的生產(chǎn)系統(tǒng)，就會造成后序粗苯工段貧富油管道、管式爐、換熱設(shè)備出現(xiàn)大面積腐蝕和循環(huán)洗油質(zhì)量變壞等問題。為了延長硫酸銨生產(chǎn)設(shè)備壽命，結(jié)合其他同行單位采用的先進(jìn)防腐技術(shù)和經(jīng)驗,根據(jù)公司的實際情況，采用承插焊接、翻邊活法蘭連接和改變操作方法等措施，解決了硫酸銨母液腐蝕設(shè)備問題，有效延長了設(shè)備使用壽命。

1.設(shè)備腐蝕原因分析

（1）硫酸銨工藝流程簡介

來自鼓冷工序的焦?fàn)t煤氣首先經(jīng)煤氣預(yù)熱器預(yù)熱后進(jìn)入噴淋式飽和器吸收室，在此與逆向噴灑的硫酸銨母液接觸，脫除煤氣中的氨氣；脫氨后進(jìn)入飽和器旋風(fēng)除酸部分，從旋風(fēng)中心管離開飽和器進(jìn)入終冷洗苯工序。為了保證煤氣中含氨量小于0.05g/m3，在飽和器吸收室煤氣出口處用酸度較高的母液進(jìn)行二次噴灑。吸收氨氣后的硫酸銨母液進(jìn)入飽和器結(jié)晶室，結(jié)晶室上部的母液用循環(huán)母液泵輸送至飽和器上部吸收室噴灑循環(huán)使用；底部含有結(jié)晶體的母液用結(jié)晶泵送至結(jié)晶槽，在此硫酸銨晶體和母液進(jìn)行分離，分離后的母液經(jīng)回流管返回飽和器。從結(jié)晶槽底部分離出的硫酸銨結(jié)晶體進(jìn)入離心機(jī)再次分離，經(jīng)流化床干燥器脫水后包裝入庫。

（2）腐蝕特點(diǎn)

由表1硫酸銨母液成分表明，不銹鋼在硫酸銨母液中的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕，母液存在的較高濃度的H＋是有效的電子接受體，而SO42－、CI－等是典型的陽極去極化劑，當(dāng)不銹鋼起保護(hù)作用的表面鈍化膜遭到破壞后，很容易產(chǎn)生腐蝕缺口而發(fā)生電化學(xué)腐蝕，隨著溫度的升高腐蝕程度加大。公司飽和器系統(tǒng)是連續(xù)加酸方式，特別是每天的大加酸時，不但母液的含酸量比較高（12%左右），而且溫度也比較高（65～75℃），最高時達(dá)到80℃以上，最終導(dǎo)致管道和設(shè)備局部腐蝕穿孔泄漏。

表1 硫酸銨母液成分

（3）腐蝕部位

硫酸銨生產(chǎn)系統(tǒng)主要腐蝕部位是母液循環(huán)泵入口處的彎頭、法蘭焊接焊縫和二次噴灑泵入、出口管道對接焊縫。二次噴灑泵、結(jié)晶泵和部分球閥兩端連接法蘭這些部位的腐蝕，一方面是母液中含有硫酸銨結(jié)晶顆粒沖刷使不銹鋼鈍化膜破壞，另一方面是系統(tǒng)加酸造成局部溫度高達(dá)70℃、酸度增高（局部達(dá)40%～60%）引起腐蝕。而發(fā)生在管道與管道之間焊口部位的腐蝕，是由于不銹鋼中耐蝕成分主要是鉻，不銹鋼管道焊接是通過靠電弧放電產(chǎn)生高溫熔化母材和焊條熔融連接到一起，焊縫附近母材的鉻組分容易和碳元素在晶界生成碳化鉻沉淀，降低了材料的耐腐蝕性。

（4）腐蝕原因

硫酸銨生產(chǎn)設(shè)備管道全部為耐酸、堿的316L型不銹鋼，但在生產(chǎn)中有明顯的晶間腐蝕和孔蝕傾向，特別是焊縫處最敏感。316L在焊接時，焊縫兩側(cè)2～3mm處可被加熱到400～910℃，這就是所謂的晶間腐蝕敏感區(qū)，這時晶界的鉻和碳化合為Cr23C6，從固溶體中沉淀出來，鉻的流動很慢，不容易從晶內(nèi)擴(kuò)散到晶界，因此晶界形成貧鉻區(qū)，這是最易產(chǎn)生晶間腐蝕和孔蝕的區(qū)域。在管板和管子的焊接過程中，由于焊接操作時間過長、冷卻速度緩慢、鈍化膜被破壞等因素，又由于管板焊縫周圍產(chǎn)生結(jié)疤，形成不穩(wěn)定的腐蝕環(huán)境，迅速造成焊縫周圍的晶間腐蝕和孔蝕，遇到腐蝕介質(zhì)后短時間內(nèi)就會形成穿孔泄漏。

2.解決措施

（1）承插焊接（圖 1）

根據(jù)晶間腐蝕的貧鉻理論及現(xiàn)場實際情況，為了阻斷腐蝕介質(zhì)對貧鉻區(qū)的腐蝕，對不銹鋼管之間的焊接如下：先將需要焊接在一起的兩段管道中的一段用乙炔火焰加熱至發(fā)紅（長度視具體情況取 30～50mm），然后經(jīng)錘擊敲打和脹管器擴(kuò)展加粗后，再將另一段管道插入（插入長度一般不能低于25mm），鉚緊后焊接，冷卻后即可投入使用。焊接時要注意選用正確的焊條型號及焊接速度。如此焊接后，可使貧鉻區(qū)與腐蝕介質(zhì)隔離，焊接溫度也不會上升到危險區(qū)域，從而減緩了硫酸銨母液對焊縫處的沖刷和腐蝕。采取上述措施后，焊縫壽命由半年延長到了一年半以上，效果十分明顯。

（2）翻邊活法蘭連接（圖2）

為了避免法蘭和管道在焊接過程中，引起焊縫表面出現(xiàn)的貧鉻腐蝕現(xiàn)象，把管道和設(shè)備之間（如管道與泵、管道與飽和器等）的焊接連接改用活法蘭連接。首先選擇好要翻邊的鋼管，在鋼管的一端套上一塊同型號的活動法蘭，法蘭距離管端口25～30mm(具體尺寸根據(jù)管徑粗細(xì)而定)，然后把法蘭點(diǎn)焊在鋼管上，再用乙炔火焰加熱法蘭處的外露不銹鋼管至發(fā)紅，并錘擊發(fā)紅鋼管的周邊翻打延展。當(dāng)外翻的不銹鋼管敲打平整后，用手提砂輪機(jī)細(xì)心打磨光滑，再把固定法蘭的焊點(diǎn)割除，確保法蘭在鋼管上活動自如后，即可投入使用。

（3）復(fù)合管和彎頭的使用

硫酸銨生產(chǎn)中，在彎頭與直管的連接處腐蝕最快最嚴(yán)重，經(jīng)常會出現(xiàn)沖刷腐蝕穿孔泄漏現(xiàn)象，而在彎頭處很難制做成承插連接和翻邊活法蘭連接。為了避免彎頭焊縫處腐蝕，根據(jù)聚乙烯等惰性材料耐硫酸銨母液腐蝕的特點(diǎn)，選用了鋼骨架帶有法蘭連接的復(fù)合管彎頭與直管翻邊活法蘭連接，替代了腐蝕較快二次噴灑泵、結(jié)晶泵、母液循環(huán)泵及母液反沖管中的所有焊接彎頭，有效阻斷了硫酸銨母液對管道、彎頭的沖刷腐蝕。經(jīng)生產(chǎn)使用兩年多未出現(xiàn)鋼骨架復(fù)合彎頭腐蝕泄漏情況。

（4）調(diào)整母液溫度和加酸方式

①母液溫度的調(diào)整。母液溫度是保持飽和器內(nèi)水平衡和晶體粒度大小的一項重要指標(biāo)。煤氣溫度的高低靠煤氣預(yù)熱器進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般控制在50～55℃。而不銹鋼在25～50℃的低溫下腐蝕速度比較緩慢，腐蝕速度小于0.05mm/a，當(dāng)工作溫度升至50～80℃時，腐蝕速度 0.5～1.5mm/a。而在高溫 80℃以上時，不銹鋼材料的腐蝕將大大增強(qiáng)。為此把母液溫度控制在48～52℃進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行。為了減少煤氣帶入飽和器的水分，嚴(yán)格控制初冷器后的煤氣溫度（冬季≤23℃、夏季≤28℃），從而減少煤氣帶入飽和器的水分，確保了煤氣在飽和器中的水平衡。

②加酸方式的改進(jìn)。原來的加酸方式是每天一次大加酸工藝，大加酸時的酸度在12%左右（正常生產(chǎn)酸度3%～4%），大加酸時間一般在1.5h左右。為了降低硫酸對設(shè)備腐蝕速度，對大加酸時的母液酸度進(jìn)行了調(diào)整，母液的含酸量由12%降到了6%～8%，大加酸和酸洗時間由1.5h降到1h左右。另外，在加酸和酸洗過程中，還在母液中配入了大量的清水，把母液中的晶體全部融化掉，用水洗飽和器代替酸洗飽和器。在大加酸過程中須注意，大加酸制備的硫酸銨母液比重≥1.25g/cm3，如果硫酸銨母液的比重過低，不但母液中的晶核成長慢，而且還容易引起飽和器和母液循環(huán)槽中的酸焦油沉積底部堵塞管道和設(shè)備。

通過上述一系列措施，解決了硫酸銨母液對設(shè)備的腐蝕及由此造成的停工問題，同時也提高了煤氣中氨氣的回收率，硫酸銨產(chǎn)品收率由改前的0.86%提高到0.93%，年增產(chǎn)硫酸銨260t。由于硫酸銨工序的正常生產(chǎn)，避免了硫酸銨設(shè)備腐蝕泄漏，并有效遏制了氨氣對粗苯工段設(shè)備的腐蝕。粗苯停工、檢修次數(shù)也大大減少，提高了粗苯的開工率。