高 磊， 邵志超， 王 政， 賀少方， 楊 煦

(金川集團股份有限公司化工廠， 甘肅金昌 737100)

復雜脫硫煙氣輸送管道的研究與應用

高 磊， 邵志超， 王 政， 賀少方， 楊 煦

(金川集團股份有限公司化工廠， 甘肅金昌 737100)

脫硫 煙氣 管道 材質 應用

在鎳銅冶煉低濃度SO2煙氣治理過程中，低濃度SO2煙氣成分復雜，煙氣濃度、氣量、溫度等工況條件差異較大。系統(tǒng)在長時間的連續(xù)運行過程中，形成的稀酸、亞硫酸鈉等物質對設備、管道造成了嚴重的腐蝕破壞，導致系統(tǒng)運行存在多處隱患，修繕費用及系統(tǒng)運行成本居高不下。

1 原有脫硫煙氣輸送現(xiàn)狀

金川集團股份有限公司(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，設計總處理煙氣量2×105m3/h，是目前國內活性焦脫硫行業(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，造成脫硫煙氣溫度高、水含量大，對系統(tǒng)煙氣輸送管道腐蝕嚴重，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。當溫度低于露點時，會形成大量的稀酸，對不銹鋼材質的管道形成嚴重的腐蝕。

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，對應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合材料管道，從內到外分別由陶瓷層、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合。陶瓷管材質示意見圖1。

圖1 陶瓷管材質示意

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熱性；線性系數(shù)小，耐溫度急變性好；機械加工性能良好；耐磨損、質量輕，溫度升高但強度不降低。壓型石墨元件表面不易結垢，能保證產品的純度。缺點是機械強度低，彈性變形小，性能很脆，抗沖擊能力差，抗拉強度小。石墨設備基本為厚壁設備，一般不發(fā)生材料抗壓強度達到極限前失穩(wěn)破壞，一般為筒體的強度破壞。石墨設備大多用于常壓和低壓操作狀態(tài)，且使用溫度也不太高。石墨設備設計壓力不大于2.4 MPa,設計溫度-60～400 ℃。

4) 鈦合金管。鈦合金是以鈦元素為基礎加入其他元素組成的合金。鈦有兩種同質異晶體，鈦是同素異構體，熔點為1 668 ℃，在低于882 ℃時呈密排六方晶格結構，稱為α-鈦；在882 ℃以上呈體心立方品格結構，稱為β-鈦。利用鈦的上述兩種結構的不同特點，添加適當?shù)暮辖鹪?，使其相變溫度及組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)它們對相變溫度的影響可分為三類：① 穩(wěn)定α相、提高相轉變溫度的元素為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，它對提高合金的常溫和高溫強度、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、強度高、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的芯模上，并在纖維之間遠距離均勻地鋪上石英砂作為夾砂層。其管壁結構合理先進，能充分發(fā)揮材料的作用，在滿足使用強度的前提下，提高了鋼度，保證了產品的穩(wěn)定性和可靠性。玻璃鋼夾砂管以其優(yōu)異的耐化學腐蝕、輕質高強，不結垢，抗震性強，與普通鋼管比較使用壽命長，綜合造價低，安裝快捷，安全可靠等優(yōu)點，普通玻璃鋼在溫度小于80 ℃的環(huán)境下運行。

3 新型組合輸送管道的應用

脫硫煙氣溫度變化統(tǒng)計見表2。

表2 脫硫煙氣溫度變化統(tǒng)計

當煙氣解吸溫度達到338 ℃時，脫硫煙氣前端可達到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。高溫輸送是高溫煙氣不進行降溫直接進行輸送，但對輸送管道材質要求較為苛刻；低溫輸送方式即利用噴淋降溫的方式，利用絕熱蒸發(fā)的原理將高溫煙氣在管道內進行噴淋降溫。但此方法將水份帶入后端，同時會產生部分的廢酸。結合現(xiàn)場實際情況，最終確定采用高溫輸送方式。

通過前段對各種耐腐蝕材料的分析和對比，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，最高可達到280 ℃，在此溫度范圍之內采用316L不銹鋼。該材質的不銹鋼具有耐腐蝕且耐高溫的特性，且前段溫度較高，不會因水蒸氣冷凝形成稀酸，經(jīng)過測量高溫段煙氣管道共計50 m。

原設計脫硫煙氣輸送風機采用316L材質，運行周期較短，葉輪及機殼都不同程度的受到嚴重的腐蝕。分析原因主要是在高轉速下，含水較高的煙氣對316L材質進行長時間沖刷，且溫度較高，腐蝕速率較快。因此輸送風機不能采用316L材質。經(jīng)過選型，采用耐高溫、耐腐蝕的TC4鈦合金材質。

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，最容易形成稀酸，管道材質選型較為關鍵。非金屬材料具有較好的耐腐蝕性，但無法承受高溫，因此在此溫度段內創(chuàng)新性采用翅片管道降溫技術。管道材質選用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，在此溫度范圍內選取耐高溫非金屬材質管道，在前段設置導淋管，將降溫形成的部分冷凝水及時排出。

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

4 結語

通過研究不同煙氣輸送管道材質及腐蝕機理，根據(jù)脫硫煙氣高溫、高含水的特點結合煙氣降溫梯度，技術人員在實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，保證了生產系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

TQ111.16； X701

B

1002-1507(2017)08-0059-02

2017-05-24。

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