中國(guó)石化中原油建工程有限公司普光氣田

酸性氣田液硫池內(nèi)壁防腐技術(shù)

梁明貴

中國(guó)石化中原油建工程有限公司普光氣田

普光氣田H2S平均含量高達(dá)15%，由此導(dǎo)致的硫磺回收裝置的腐蝕問(wèn)題日益突出。采取科學(xué)的防護(hù)措施，使用新一代超強(qiáng)高溫抗腐蝕新型材料,有效地解決了液硫池內(nèi)壁的腐蝕問(wèn)題，確保了普光氣田安全平穩(wěn)運(yùn)行。新型抗腐蝕材料FHW系列耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠主要由進(jìn)口氟樹(shù)脂、改性樹(shù)脂、特種強(qiáng)化樹(shù)脂共聚物、偶聯(lián)劑和部分納米材料組成，采用IPN原理化合制成，其特點(diǎn)是集粘接與防腐于一身，從而使防腐層形成高度致密的交聯(lián)立體結(jié)構(gòu)，屬厚漿型雙組分重防腐材料。經(jīng)過(guò)對(duì)比，最終選用FHW62和FHW62-01耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠作為液硫池內(nèi)壁防腐用膠泥。天然氣凈化廠液硫池內(nèi)壁防腐層施工采用“一底三布四涂”一次成型的工藝，保證液硫池內(nèi)壁防腐層在通蒸汽加溫后不出現(xiàn)發(fā)黏、脫落、起皮現(xiàn)象，并且在80～150℃的環(huán)境中耐液硫腐蝕。施工完工后用加溫的方式檢測(cè)防腐涂層完好，解決了液硫池內(nèi)壁的防腐問(wèn)題，為凈化廠回收裝置穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要保障。

酸性氣田；硫磺回收裝置；施工工藝；質(zhì)量控制；液硫池；防腐材料

引言

近年來(lái),隨著高含硫酸性氣田的不斷開(kāi)發(fā)利用，硫磺回收裝置的規(guī)模越來(lái)越大，其腐蝕問(wèn)題也日益突出。因高溫氧化、硫化腐蝕等造成的破壞尤其嚴(yán)重，回收H2S氣體對(duì)減少環(huán)境污染有重要意義。因此，了解和分析硫磺回收裝置的腐蝕類型，采取相應(yīng)的防護(hù)措施，是保證硫磺回收裝置長(zhǎng)期安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

液硫池內(nèi)壁直接與液體硫磺接觸，腐蝕性較大，工作溫度在130～160℃之間，屬于高溫環(huán)境，如果處理不當(dāng)就會(huì)出現(xiàn)液硫池表面的損壞，造成以下影響：①堵塞液硫泵，影響液硫外輸，情況嚴(yán)重時(shí)可能直接導(dǎo)致裝置停機(jī)檢修；②可能使液硫滲入地下，污染環(huán)境。

傳統(tǒng)的防腐方法是采用內(nèi)襯水玻璃膠泥砌筑耐火磚，因耐火磚疏松，致密性極差，高溫硫等腐蝕介質(zhì)很容易滲透破壞混凝土表層。針對(duì)此情況，普光氣田天然氣凈化廠的高溫液硫池內(nèi)襯采用了新一代超強(qiáng)高溫抗腐蝕新材料，其施工方便，性能穩(wěn)定，安全環(huán)保。

1 凈化廠技術(shù)工藝

天然氣凈化廠以普光氣田高含硫天然氣為原料，目前已建設(shè)12個(gè)系列的天然氣處理裝置及配套工程。每個(gè)系列都包括天然氣脫硫單元、硫磺回收單元、尾氣處理單元及硫磺成型單元，2個(gè)系列共用1套天然氣脫水單元、1套酸性水汽提單元及配套公用工程。天然氣凈化廠工藝技術(shù)路線見(jiàn)圖1。

圖1 天然氣凈化廠工藝技術(shù)路線

天然氣凈化廠每個(gè)系列裝置均有一個(gè)液硫池，共計(jì)12個(gè)，每個(gè)液硫池內(nèi)壁面積約630m2。另外在硫磺成型單元有2個(gè)液硫池，每個(gè)液硫池內(nèi)壁面積約720m2。

液硫池由不同的區(qū)域組成，分為脫氣區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)。液硫在液硫池的不同分區(qū)中循環(huán)流動(dòng)，并通過(guò)一、二級(jí)噴射器進(jìn)行機(jī)械攪動(dòng)，溶解在液硫中的H2S釋放到氣體中并由抽空器送入尾氣焚燒爐，抽空器同時(shí)向液硫池的氣相空間引入一股吹掃空氣，以維持氣相中的H2S濃度在爆炸極限以下。液硫自液硫池的脫氣區(qū)溢流至存儲(chǔ)區(qū)，存儲(chǔ)區(qū)的液硫經(jīng)液硫池泵升壓后進(jìn)入硫磺冷卻器，冷卻至138℃后再循環(huán)回脫氣區(qū)。脫氣后的液硫用液硫產(chǎn)品泵送至液硫成型單元生產(chǎn)粒狀固體硫磺，產(chǎn)品送至單元外的存儲(chǔ)及裝車(chē)設(shè)施。

2 液硫池防腐材料

天然氣凈化廠的液硫池采用混凝土整體澆注，然后用兩層耐酸磚在混凝土內(nèi)側(cè)砌筑一道耐酸墻，最后采用耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠泥（主要成分為氟樹(shù)脂）及無(wú)蠟玻璃纖維布貼于液硫池內(nèi)壁，最終實(shí)現(xiàn)耐高溫防腐蝕的目的。

2.1 材料品種與性能

FHW系列耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠主要由進(jìn)口氟樹(shù)脂、改性樹(shù)脂、特種強(qiáng)化樹(shù)脂共聚物、偶聯(lián)劑和部分納米材料組成，采用IPN原理化合制成，其特點(diǎn)是集粘接與防腐于一身，從而使防腐層形成高度致密的交聯(lián)立體結(jié)構(gòu)，屬厚漿型雙組分重防腐材料。耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠性能：黏度＞1800mPa·s（25℃）；密度1.4～1.6kg/L；剪切強(qiáng)度≥7MPa；干膜使用溫度-30～360℃；顏色為灰色；耐酸，25%H2SO4浸泡6個(gè)月（25℃）涂層完好；耐堿，20%NaOH浸泡6個(gè)月（25℃）涂層完好；硫化物，浸泡72h（150℃）涂層完好。耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）附著力好。因其改性樹(shù)脂結(jié)構(gòu)中含有極性很強(qiáng)的脂肪族羥基和醚鍵，其分子能與相臨界面之間產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁力，且與介質(zhì)表面的游離鍵起化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵。其固化是通過(guò)分子與分子之間的化學(xué)反應(yīng)交聯(lián)成網(wǎng)狀高分子涂膜，是一種直接的加成反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中無(wú)低分子物產(chǎn)生，體積收縮率一般小于0.05%，與混凝土、金屬粘接力極強(qiáng)，不易出現(xiàn)脫皮、起殼等現(xiàn)象。

（2）耐腐蝕性能優(yōu)良。FHW系列防腐結(jié)構(gòu)膠因其樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)較緊密，對(duì)化學(xué)介質(zhì)的穩(wěn)定性好，固化后分子排列整齊，形成致密的高分子互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，抗?jié)B透性極強(qiáng)，對(duì)硫化物、酸、堿、鹽及有機(jī)溶劑等化學(xué)介質(zhì)具有優(yōu)異的抗侵蝕能力，能夠很好地抵制硫磺池內(nèi)腐蝕介質(zhì)的侵蝕。

（3）耐溫性好。FHW系列防腐結(jié)構(gòu)膠選擇不同的型號(hào)，其耐溫范圍為-300～11000℃，根據(jù)施工條件，可加溫固化也可常溫固化，使用方便靈活。而一般的耐溫防腐材料需在酸性催干劑或高溫作用下才能成膜，使用受到一定的局限性。

（4）膠層綜合性能好。固化后膠層機(jī)械強(qiáng)度高，韌性好，飽滿堅(jiān)硬，耐溫性穩(wěn)定，同時(shí)還具有很好的抗沖擊、耐摩擦能力。產(chǎn)品無(wú)毒，屬環(huán)保型產(chǎn)品，常溫固化，便于施工，能達(dá)到理想的耐溫防腐效果。

2.2 液硫池內(nèi)壁防腐襯里施工工藝

液硫池防腐襯里設(shè)計(jì)依據(jù)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50046—1995）》及Fick定律——滲透時(shí)間與擴(kuò)散系數(shù)、涂層厚度的關(guān)系原理，結(jié)合耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠不同型號(hào)的功能以及防腐蝕區(qū)域的介質(zhì)環(huán)境，設(shè)計(jì)防腐蝕方案。

天然氣凈化廠液硫池內(nèi)壁防腐層的施工采用“一底三布四涂”一次成型的工藝，保證液硫池內(nèi)壁防腐層在通蒸汽加溫后不出現(xiàn)發(fā)黏、脫落、起皮現(xiàn)象，并且在80～150℃的環(huán)境中耐液硫腐蝕。

3 不同防腐材料的應(yīng)用

天然氣凈化廠液硫池?cái)?shù)量多，體積大，整體采用地下結(jié)構(gòu)，共分3個(gè)區(qū)域，其中2個(gè)為脫氣區(qū)，1個(gè)為存儲(chǔ)區(qū)。每個(gè)區(qū)域的頂部，只有一個(gè)1m×1m的方孔作為與外界連接的通道。由于液硫池內(nèi)部所形成的密閉環(huán)境使得其內(nèi)部溫度高于外部環(huán)境溫度，所以施工過(guò)程相當(dāng)困難。天然氣凈化廠先后選用環(huán)氧樹(shù)脂和氟樹(shù)脂2種防腐涂料，最終解決了液硫池內(nèi)壁防腐的問(wèn)題。

3.1 以環(huán)氧樹(shù)脂為主要原料

天然氣凈化廠首先采用以環(huán)氧樹(shù)脂為主的防腐涂料進(jìn)行施工，采用“一底三布四涂”一次成型的施工工藝。在具體施工時(shí)發(fā)現(xiàn)，除一些搭接處存在施工質(zhì)量問(wèn)題外，還發(fā)現(xiàn)大面積防腐層與內(nèi)壁脫離，形成鼓包的現(xiàn)象。另外，經(jīng)過(guò)蒸汽烘烤后，防腐層開(kāi)始變質(zhì)、粉化，附著力大大降低，最終與內(nèi)壁大面積脫離。實(shí)踐證明，環(huán)氧樹(shù)脂涂料最高可耐150℃高溫，無(wú)法滿足天然氣凈化廠液硫池內(nèi)部保溫蒸汽的最高要求溫度160℃，因此以環(huán)氧樹(shù)脂為主的防腐涂料不適合在高溫液硫池內(nèi)部使用。

3.2 以氟樹(shù)脂為主要原料

氟樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)中含有氟原子的一類熱塑性樹(shù)脂，具有優(yōu)異的耐高低溫性能、介電性能、化學(xué)穩(wěn)定性、耐候性、不燃性、不粘性和低摩擦系數(shù)等特性。氟樹(shù)脂的主要品種有聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯—四氟乙烯共聚物(ETFE)、乙烯—三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、聚氟乙烯（PVF）等。其中以聚四氟乙烯為主，可以在260℃高溫下長(zhǎng)期使用，-268℃低溫下短期使用。

4 耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠對(duì)比

耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠FHW系列不同品種材料性能對(duì)比：

（1）FHW61耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠適用溫度-30～160℃，耐溫差驟變性能好，耐腐蝕性強(qiáng)，耐化工大氣，附著力好，不脫層。用于耐高溫防腐設(shè)備和部件的粘接、涂刷或修補(bǔ)，可制作耐高溫玻璃鋼。

（2）FHW62耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠適用溫度-30～360℃，耐溫差驟變性能好，耐硫化物腐蝕性強(qiáng)，附著力好。用于石油化工液硫池內(nèi)襯防腐、堵漏、粘接、涂刷或修補(bǔ)，可制作耐高溫玻璃鋼。

（3）FHW62—01耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠適用溫度-30～200℃，耐溫差驟變性能好，耐硫化物腐蝕性強(qiáng)，附著力好。用于耐高溫防腐設(shè)備和部件的粘接，砌筑耐酸瓷板、花崗巖等板材及石油化工液硫池內(nèi)襯堵漏、粘接、補(bǔ)坑或修補(bǔ)。

（4）FHW63耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠為稠狀物，有很好的觸變性及良好的電絕緣性。用于高溫爐或非金屬耐高溫設(shè)施內(nèi)襯以及外壁高溫防腐耐熱、耐溫差驟變等，可耐低于1100℃的高溫。

經(jīng)過(guò)對(duì)比，天然氣凈化廠最終選用FHW62和FHW62-01耐高溫防腐結(jié)構(gòu)膠作為液硫池內(nèi)壁防腐用膠泥。

5 施工質(zhì)量控制

5.1 施工前的防腐材料質(zhì)量控制

對(duì)各廠家的資質(zhì)、業(yè)績(jī)等情況經(jīng)過(guò)層層篩選及嚴(yán)格考核后，最終確定供貨廠家。提前與廠家聯(lián)系，介紹前期施工問(wèn)題，讓廠家熟悉現(xiàn)場(chǎng)。同時(shí)，要求廠家對(duì)所用的材料進(jìn)行抽檢，嚴(yán)格材料進(jìn)場(chǎng)程序。

5.2 施工中的質(zhì)量控制

由于前期液硫池已做過(guò)一次內(nèi)壁防腐，要重新做防腐層就需要將所有前期做的防腐層全部清理干凈。液硫池內(nèi)壁如果殘留原先的防腐層，首先會(huì)影響新防腐層的有效附著；其次，清理前期防腐層的過(guò)程中會(huì)對(duì)液流池內(nèi)壁造成不同程度的損傷，增加表面不平整度。經(jīng)過(guò)與廠家的多次交流，確定施工方案，保證新的防腐層能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的施工效果。

5.3 施工后的質(zhì)量驗(yàn)收

（1）基層質(zhì)量檢測(cè)方法和標(biāo)準(zhǔn)要求達(dá)到GB50212—2002標(biāo)準(zhǔn)。

（2）檢查涂層道數(shù)和涂層質(zhì)量，并在涂層施工完工后進(jìn)行外觀檢查。涂裝質(zhì)量主要檢查涂層有無(wú)漏涂、氣泡、流掛、空鼓、露白等現(xiàn)象。

（3）待完成防腐涂裝，涂層實(shí)干后應(yīng)用測(cè)厚儀進(jìn)行測(cè)厚，要求涂層厚度均勻。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)采用85—15規(guī)則，即85%的測(cè)定值要達(dá)到規(guī)定的膠層厚度，允許15%數(shù)值偏低，但必須大于“規(guī)定值的85%”，否則應(yīng)增加涂裝道數(shù)直至合格為止。

經(jīng)過(guò)嚴(yán)格質(zhì)量把關(guān)后，重新做的內(nèi)壁防腐層結(jié)構(gòu)平整，經(jīng)過(guò)高溫養(yǎng)護(hù)，未出現(xiàn)前期發(fā)生的問(wèn)題。

6 施工工藝

（1）用FHW62—01結(jié)構(gòu)膠泥（0.5kg/m2）填補(bǔ)蜂孔，修補(bǔ)找平邊角及澆注接縫，填補(bǔ)砌耐溫磚時(shí)產(chǎn)生的部分錯(cuò)臺(tái)和接縫不平整。正常情況下養(yǎng)護(hù)24h，如膠泥層填補(bǔ)時(shí)刮涂過(guò)厚，要求適當(dāng)加溫或延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

（2）用FHW62結(jié)構(gòu)膠（1.8～1.9kg/m2）滾涂一層，膠層厚度0.12～0.15mm，養(yǎng)護(hù)20h。

（3）用FHW62結(jié)構(gòu)膠滾涂貼玻纖布三層，每層膠層厚度0.15～0.2mm，連續(xù)施工。

（4）用FHW62結(jié)構(gòu)膠涂刷一層，膠層厚度0.12～0.15mm，養(yǎng)護(hù)2h后加溫固化。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及工期，一次成型的防腐層完工后加溫50～80℃，固化48h。最后通過(guò)養(yǎng)護(hù)期，在60～80℃條件下加溫固化7天或在常溫下固化15天，就可投產(chǎn)使用。

7 結(jié)論

（1）以氟樹(shù)脂為主要原料的防腐膠泥的耐高溫及防酸腐蝕性能要好于以環(huán)氧樹(shù)脂為主的防腐膠泥。

（2）傳統(tǒng)的防腐措施采用內(nèi)襯水玻璃膠泥砌筑耐火磚的方法，因耐火磚疏松，致密性極差，高溫硫等腐蝕介質(zhì)很容易滲透破壞混凝土表層。針對(duì)此情況，凈化廠的高溫液硫池內(nèi)襯采用了新一代超強(qiáng)高溫抗腐蝕新材料。試驗(yàn)證明，材料性能穩(wěn)定、安全環(huán)保。

（3）用FHW62防腐結(jié)構(gòu)膠，采用“一底三布四涂”一次成型工藝，施工完工后用加溫的方式檢測(cè)防腐涂層完好，在普光氣田一至五聯(lián)合裝置試運(yùn)行中達(dá)到了滿意的防腐效果，很好地解決了液硫池內(nèi)壁的防腐問(wèn)題，為凈化廠回收裝置穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要保障。

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（欄目主持樊韶華）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.6.025

梁明貴：高級(jí)工程師，現(xiàn)擔(dān)任中石化中原油建工程有限公司普光氣田地面工程應(yīng)急搶修中心經(jīng)理，研究方向?yàn)橛蜌馓锏孛婀こ探ㄔO(shè)和腐蝕防護(hù)研究。