激冷气压缩机入口管道腐蚀问题探讨

1、激冷气压缩机入口管道腐蚀问题探讨 段? 磊 (河南煤业化工集团中原大化公司, 河南濮阳, 457004) ? ? 摘要? 对激冷气压缩机入口管道腐蚀问题进行初步探讨, 分析腐蚀产生原因及其对 shell 炉工艺系统的影响, 提出了减 缓腐蚀的防范措施及操作方法。 关键词? 激冷气压缩机? 管道腐蚀? 措施 收稿日期: 2009 ?05 ?01; 收到修改稿日期: 2009?11 ?26。 作者简介: 段? 磊, 男, 1982年出生, 助理工程师, 2006 年毕业 于郑州大学化工学院化学工程与工艺专业, 现在河南煤业化工集 团中原大化公司从事于 shell 煤气化炉的操作和维护。联系电 话:

2、 ? ? 河南煤业化工集团中原大化公司是壳牌煤气 化在中国的第 11 个用户, 于 2005 年 1 月开工建 设, 并于 2008 年 5月 25 日生产出合格甲醇产品, 创造了国内同类型、 同规模项目建设工期最短、 国 产化率最高、 投资最省、 资源综合利用最优的新纪 录。2008 年 8 月 6 日, 现场人员巡检发现气化框 架16m 激冷气管道有合成气泄漏情况。停车后, 扒开保温层, 发现激冷气温度调节阀( 13tv0020) 下游管道有一腐蚀所致的缝隙。 1? shell 煤气化工艺激冷流程 1?1? 流程简介 为使粗煤气中夹带的飞散熔渣粒子固化而不 致粘在

3、合成气冷却器壁上, shell 煤气化( scgp) 工 艺采用干气激冷流程, 见图 1。 图 1? 激冷流程示意 在干法除灰单元( u?1500) 和湿法洗涤单元 (u?1600) 后, 按温度控制比例抽取合成气。混合 后约 200? 合成气经激冷气压缩机( k1301) 加压 后送至气化炉激冷段, 与从气化炉反应室出来约 1500? 的高温合成气充分混合, 以将其温度迅速 激冷至 850 900? , 而后利用换热器回收高位热 能, 副产过热蒸汽。合成气经激冷后, 气相中的液 态渣全部以干灰或固体颗粒存在, 从而具备了进 行间壁式换热的条件。 1?2? 关键设备 k1301 激冷气压缩机是

4、 scgp 的核心设备。 由于其工作环境恶劣( 合成气设计温度为 250? , 并且含有一定量的固体颗粒, 而且还含有少量的 hcl、 hf、 h2s 和 cos 等腐蚀性物质) , 激冷气流量 较大, 又起着保障气化炉安全稳定运行的重要作 用, 因此, 一般都是整体进口, 比较昂贵, 而且系统 无备机。 2? 激冷气压缩机入口过滤器压差高 生产 运行中, 激冷气 压缩机入 口过滤器 ( s1307) 经常出现压差高的问题, 说明气体中含有 较多的杂质而使过滤器堵塞, 这将导致循环气量 下降, 进而影响到煤气化系统的正常运行。该问 题已多次影响开车或导致气化炉被迫停车。 检查工艺系统发现, u

5、?1500、 u?1600 运行状态 良好, 即激冷气中的固体含量控制在合理范围内。 因此, 怀疑 k1301 入口管道可能发生腐蚀。 2?1? 激冷气性质 来自 u?1500 和 u?1600 的激冷气, 经过高温 高压飞灰过滤器( s1501) 过滤后灰尘含量为 1 2 (max: 20) mg/ m3, 其中的hcl、 hf 和微量固体在填 料床洗涤塔中被除去, 且合成气由于水蒸发而在 160 170? 达到饱和。 2009 年 12月 第 32 卷第 6期large scale nitrogenous fertilizer industry dec ?2009 vol?32 no?6

6、另外, 原煤中含有以 fes2、 有机硫和硫酸盐形 式存在的 s, 这些物质在煤气化过程中会受热分 解出h2s。 2?2? k1301入口管道材料 u?1500 管道材质为不锈钢, u?1600 管道材质 为碳钢, 而 k1301 入口的管道材质也选用 抗湿 h2s 腐蚀!的碳钢材质。 2?3? 腐蚀机理探讨 由于管径突扩, 来自u?1500的合成气将在u? 1500、 u?1600 两股气混合区域( 可称之为 t 字接 口) 产生漩涡, 而其和 u?1600 温度的不同, 将使扰 动更加剧烈。如此, 不可避免的将有灰尘附着在 t 字接口靠近u?1500一侧, 灰尘的多孔结构无疑 将在该区域吸

7、附更多的合成气。如果温度控制不 好( 即低于 200? ) , 水蒸气冷凝, 合成气中所含的 酸性物质电离, 将使该区域碳钢形成原电池, 发生 电化学腐蚀。 1) cl-引起的腐蚀。cl-是一种穿透力极强 的腐蚀介质, 当接触到钢铁表面, 便迅速破坏钢铁 表面的钝化层。如果水蒸气冷凝, 合成气中的杂 质将形成电解液, 电化学作用加速锈蚀的进行。 湿合成气和含有 nh4+、 cl-的干合成气在 t 字 接口混合。因此, 该区域最可能发生氯化物累积。 nh4cl 为强酸弱碱盐, 溶液显酸性, 碳钢将发生电 化学腐蚀, 而且主要是析氢腐蚀: fe+ 2h+#fe2+ + h2 。 % 当 cl-渗透

8、到达碳钢表面, cl-浓度较 高的局部保护膜被破坏, 而成为活化态。在氧和 水存在的条件下, 活化的碳钢表面将成为阳极, 未 活化的碳钢表面成为阴极, 结果阳极金属铁溶解, 形成腐蚀坑。这个过程主要有下列反应: fe2+ 2cl-+ 2h2o#fe(oh)2+ 2hcl 4fe( oh)2+ o2+ 2h2o#4fe( oh)3 fe( oh)3若继续失水就形成 fe2o3( 即为红 锈) , 一部分氧化不完全的变成 fe3o4( 即为黑锈) , 在碳钢表面形成锈层。由于铁锈层呈多孔状, 腐 蚀将不断向内部发展。 2) h2s 和大气引起的腐蚀。在湿 h2s 环境 中,h2s 会发生电离, 使

9、水具有酸性: h2s#h+ hs- hs-#h+ s2 ? 碳钢将发生电化学腐蚀: fe+ 2h+# fe2+ h2 , 其中, 阳极反应产物: fe2+ s2-#fes % 另外, 铁锈 的多孔结构容易吸附合成气。停车后, 在低于露 点温度的情况下, 极易造成叶轮等重要部件的腐 蚀。 3) 腐蚀对气化炉的影响。k1301进口管线积 灰、 结块脱落, 使得激冷气压缩机入口过滤器压差 增高, 该问题曾多次影响开车或导致气化炉被迫 停车。因此, 管道腐蚀导致的激冷气系统故障已 成为影响煤气化装置长周期运行的隐患之一, 应 当引起足够的重视。 3? 避免腐蚀的必要措施 降低管道发生腐蚀的可能性, 可

10、从选择合适 的材料、 改善环境和在工艺条件许可的情况下加 入缓蚀剂三方面来进行。在不更换管线节省成本 的前提下, 只能从改善环境方面着手进行。 改善环境对减少和防止腐蚀有着重要的意 义。例如, 减小腐蚀介质的浓度、 除去介质中的 氧、 控制温度、 湿度等都可以减缓甚至避免管道腐 蚀。其中, 最重要的预防措施是良好的伴热以保 证管线温度, 并严格控制 ph 值。 3?1? fes 保护层的保护 碳钢内部形成的 fes 致密层起到了保护膜的 作用, 这将减缓管线的工艺腐蚀。停车期间及检 查fes 层时, 应尽量减少管道和大气的接触( 主要 是隔绝 o2) 。因为这将破坏保护层, 直接后果就 是可能

11、导致蚀损斑。 3?2? 良好的温度控制 为使管线达到最小的腐蚀率和激冷气系统良 好运行, 必须确保完好、 效果良好的伴热, 即必须 保证碳钢管线在露点温度以上。 1) 控制管线温度比 16ti0010(u?1600 出口工 艺气温度) 可能指示的最高温度高 10? , 以防止 400 2009 年? 第 32卷 水蒸气冷凝。 2) t 字接口到 k1301 的管线部分要保证在 200? 以上, 以避免nh4cl 凝结。氯化物含量高时 工艺设计温度应该更高, 例如可达 235? 。 3) 必须确保保温材料表面是防水的, 以避免 水进入并进而造成该区域保温效果下降。 3?3? 精确的 ph 值控制

12、 检查洗涤塔和文丘里洗涤器补水 ph 值是否 适当。精确的 ph 值控制对于避免管线潜在的腐 蚀危险、 杂质累积和痕量物质的充分吸收至关重 要。因此, 建议 ph 值控制在 7 8。 检查洗涤塔出口除沫器是否运行正常, 这对 降低激冷气系统 cl-含量极为重要, 进而减小cl- 导致的管线腐蚀危险性。 3?4? 停车后的管线保护 停车后应对飞灰过滤器、 洗涤器到 k1301 间的 管道 进行 n2吹扫, 以带 走合 成气 中的 nh4cl、 h2s、 co2、 hcl 等腐蚀性物质, 避免管线积 灰, 并对管线进行惰气保护。该过程由气化炉的 吹扫程序自动执行。因此, 必须确保吹扫程序的 完整运

13、行; % 停车后, 管道应保持良好的密封和惰 气保护以保持干燥环境。 3?5? 管线的常规检查 为了保证设备的连续安全运行, 需对管线的 技术指标进行跟踪监视: 工艺人员加强巡检力 度, 定期用气体探测仪检测重点区域有无合成气 泄漏情况, 以便及时发现险情, 维护气化炉的安全 运行; % 每次检修时, 都应检查气化炉的激冷段、 压缩机入口过滤器和t 字接口的腐蚀情况, 以掌 握这些部位的腐蚀及 fes 保护层情况; 在检修 计划中, 相关管线的壁厚测量和 k1301 的状况检 查应列为常规项目。 4? 结束语 将k1301入口管道的腐蚀率降低到最小, 对 于k1301的安全稳定运行十分重要,

14、而 k1301 的 平稳运行是气化炉长周期运行的一个基本条件。 管线材料的升级能够确保良好的抗腐蚀效果, 因 此, 基于长远考虑, 最好将最易发生腐蚀的t 字接 口更换为ni 含量高的 incoloy825。 discussion on piping corrosion at quench?air compressor suction duan lei ( zhongyuan dahua branch co. ,henan coal chemical inc. , puyang, 457004) abstract? a preliminary discussion on piping corr

15、osion at quench?air compressor suction is carried out to analyze the cause for corrosion occurrence and the effect on the process system of shell furnace and some operating method is put forward based upon the preventive measures for slowing down corrosion. key words:quench?air compressor, piping co

16、rrosion, measure ( 上接第 375 页) ( zhongyuan dahua branch co. ,henan coal chemical inc. , puyang, 457004) abstract? the molybdenum?blue colorimetry for determining total phosphate in circulation wa? ter is improved. the reducing agent used in original molybdenum?bluecolorimetry for determining to? tal phosphate in circulation water is hydrazine sulfate being toxic and harmful to people, and this can be avoid