硫磺制酸装置露点腐蚀问题的分析

综述·专论

硫酸工业,2002,(5):23～25

SulphuricAcidIndustry

硫磺制酸装置露点腐蚀问题的分析

周飚

(南化集团设计院,江苏南京210048)

　　摘　要:分析了硫磺制酸容易发生露点腐蚀的原因。硫磺中的有机物、水分、游离硫酸均可能增加炉气水分含量,相应提高了炉气露点温度,加之省煤器进水温度低,则容易发生露点腐蚀。采用优质硫磺作原料,在省煤器低温段采用热管元件等可有效地解决硫磺制酸露点腐蚀问题。

关键词:露点;腐蚀;原因;措施;硫磺;硫酸生产

中图分类号:TQ111116　　　文献标识码:B　　　文章编号:1002-1507(2002)05-0023-03

　　目前,国内新上了不少大中型硫磺制酸装置。与硫铁矿或冶炼烟气等其它原料制酸相比,硫磺制酸具有流程短、污染少、操作方便、投资省等优点。但硫磺制酸炉气水分含量比硫铁矿或冶炼烟气制酸高得多,相应的露点腐蚀问题要严重得多,故此防止硫磺制酸装置的露点腐蚀尤为重要。

内指标应为不大于011g/m3,以下计算以011g/m3计),则也会增加炉气的水分含量。对硫磺制

酸而言,即使采用的硫磺有机物质量分数为013%(为GB2449—1992一等品标准),加上焚硫

空气带入水分011g/m3,此时炉气中的水分含量就为012575×3+011=018725g/m3,可见硫磺制酸炉气水分含量大大高于硫铁矿制酸炉气水分含量,露点温度相应较高。

卢钦斯基运用相平衡数据回归的露点计算公式为:

a1　当pH2O>11102pSO3,w(H2SO4)≤9813%时,

T=

1　容易产生露点腐蚀的原因

111　炉气水分含量高

炉气水分和三氧化硫含量决定炉气的露点温度。硫磺制酸二氧化硫炉气由液硫与干燥空气在焚硫炉内高温燃烧而得。炉气中的水分来源于原料硫磺和焚硫空气。国内绝大多数硫磺制酸装置采用进口硫磺为原料,进口硫磺主要是从天然气、高硫原油或高硫煤等含硫原料中回收的,回收硫磺中不可避免会有残余的有机物。液硫经机械雾化在焚硫炉中燃烧时,有机物被高温燃烧生成二氧化碳和水。有资料报道[1],原料硫磺中的有机物质量含量(以碳计)每增加011%,炉气中的水分含量就增加012575g/m3,可见硫磺中的有机物含量对炉气中的水分含量有着很大影响。由于硫磺的化学性质较活泼,在有水的情况下,会发生氧化反应生成硫酸;干燥塔塔顶的除雾器除雾效果不好,干燥空气中会含有酸雾,在焚硫炉1000℃左右的高温下,这些硫酸会分解成水和三氧化硫,则会增加炉气的水分含量。另外,如果干燥塔操作不好,出塔干燥空气中的水分含量会较高(国

10002183882-010652lnpH2O-0104877lnpSO3

(1)

b1　当pH2O<11102pSO3,w(H2SO4)≥

100%时,

T=

10003108597-010888lnpH2O-0103204lnpSO3

(2)

式中:pH2O———炉气中水的分压,Pa;

pSO3———炉气中三氧化硫的分压,Pa;T———炉气的露点温度,K;

　　收稿日期:2002-04-01　　作者简介:周飚,男,南化集团设计院管道室工程

师,主要从事硫酸生产装置的工艺设计。电话:025-7797866-2087

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·24·硫酸工业　　　　　　　　　　　　　　　　2002年第5期　

w(H2SO4)———冷凝酸含量,%。(1)、(2),计算得焚硫炉及转化器各段出口炉气露

以上公式计算的露点温度与炉气实际的露点温度会有一些偏差,但可作为估算之用。按式

点温度(见表1)。

表1　焚硫炉及转化器一、三、四段出口炉气的露点温度

炉　　气

φ(H2O),%

(质量浓度)

0101244(011g/m3)

φ(SO3),

%

013013013713713713101411014110141014460144601446

露点温度/

℃

103187135136208173118138152142192196118184152197193162102199134131209194

焚硫炉出口(压力01125MPa)

011244(110g/m3)11244(10g/m3)0101244(011g/m3)

一段出口(压力0112MPa)

011244(1g/m3)11244(10g/m3)0101244(011g/m3)

三段出口(压力01112MPa)

011244(1g/m3)11244(10g/m3)0101244(011g/m3)

四段出口(压力01106MPa)

011244(1g/m3)11244(10g/m3)

112　省煤器给水温度较低

因,降低炉气水分含量可降低露点温度。从表1的数据可以看出,当转化器三段出口炉气水分含量由1g/m3降低到011g/m3时,炉气的露点温度就由152197℃降至118184℃。炉气中的水分来源于原料硫磺中的有机物和焚硫空气。控制原料硫磺中的有机物和水分含量,要求硫磺的等级达到国家标准一等品,并且要求硫磺中的有机物质量分数小于0105%、水分质量分数在011%以下。硫磺有机物质量分数由013%降为0105%,则炉气水分含量相应由018725g/m3降为0122875g/m3,可据此计算在一吸塔前炉气的露点温度由15018℃降为13015℃,露点腐蚀现象就不容易

结合表1的计算结果和硫磺制酸装置转化工序的锅炉配置来看,对于产中压蒸汽的流程,通常焚硫炉出口设置中压废热锅炉,管内流体是318MPa、255℃左右的饱和蒸汽,不容易产生露点腐

蚀;转化器一段出口配高温过热器,管内流体是中),也很难产生露点腐蚀;压蒸汽(318MPa、450℃

而三段出口的冷热换热器后配高温省煤器,四段出口的低温过热器后设置低温省煤器,由于换热管管壁温度接近于热阻小即传热系数大的一侧流体的温度,省煤器换热管水侧传热系数约为1000W/(m2·K),炉气侧传热系数约为60W/(m2·K),

则管壁温度接近于脱盐水或软水的温度,而省煤器管内的给水温度较低(一般为104℃左右),则容易发生露点腐蚀。

产生。在硫磺的运输和贮存过程中,要尽量避免其它杂物混入硫磺中。在液硫酸度过大的情况下,需加入消石灰或碳酸钠中和来降低液硫的酸度。另外,可采取适当提高干燥酸浓度和采用新型分酸装置等方法提高干燥效率,减少焚硫空气的水分含量。在干吸塔顶设置高效除雾器,以减少进入焚硫炉的酸雾量,亦可减少炉气水分含量。

2　防止露点腐蚀的措施

211　降低炉气中的水分含量

炉气水分含量过高是产生露点腐蚀的主要原

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周　飚1　硫磺制酸装置露点腐蚀问题的分析·25·

212　提高省煤器给水温度

作为中间介质,从而可有效地防止露点腐蚀。对于以硫磺为原料的制酸装置,一般可在省煤器的低温段采用热管或在转化器的三段和四段出口设置热管锅炉。

为了减少露点腐蚀,还可以从工艺上加以考虑。例如对省煤器的换热采取并流流程以提高管壁温度,适当提高省煤器出口的炉气温度,增强设备和管道的保温效果以及在其低点设排酸口等。

省煤器的给水温度低导致省煤器管壁温度较低。如果能提高给水温度就能相应提高管壁温度,从而可以减少露点腐蚀。尤其是在大气压较低的高原地区,水的汽化温度较低,出除氧器的脱盐水温度也较低,可采用高压除氧器,适当提高给水除氧器的工作压力,可将给水温度提高,从而相应提高省煤器的管壁温度。213　采用热管省煤器

从上面的分析可以看出,即使采用了国家标准一等品硫磺作为原料,省煤器的露点腐蚀也是不可避免的。为此,须从设备结构上采取措施,省煤器内采用热管元件作为换热管是防止产生露点腐蚀的有效方法。

热管在加热侧吸收热流体(三氧化硫气体)的热量,并将热量传给工质;工质吸收热量后汽化,在压差作用下流到放热侧(水侧),同时凝结成液体并放出汽化潜热,热量通过管壁传给冷却管内的冷流体;工质的冷凝液体依靠重力和毛细力又回流到加热侧。如此周而复始地循环,构成了热管的工作过程。这样通过工质的相变循环,就完成了热量从高温介质到低温介质的传递过程。由于热管内部被抽成真空,所以工质极易蒸发和沸腾。在热管的热侧外表面设有翅片,以强化传热。由于热流体并不直接与冷流体传热,而是以工质

3　结语

露点腐蚀是硫磺制酸不可忽视的问题,必须引起高度重视,否则会给整套硫酸装置的正常运行带来很大影响。开发更好的能防止露点腐蚀的工艺和设备也是硫酸工作者所面临的问题。目前可以采取的措施一般有:采用有机物和水分含量低、品位高的原料硫磺;省煤器的低温段采用热管元件;干吸塔顶采用高效除雾器;在条件允许的情况之下,采用高压除氧器提高给水温度。采取这些措施后可有效防止出现露点腐蚀,减少对换热器和省煤器的损害,从而保证设备能长期正常运行,延长设备和管道的使用寿命。参考文献:

1　汤桂华1硫酸生产对原料硫磺的质量要求[J]1硫磷

设计,1999,(3):13-18

Analysisofdewpointcorrosioninsulphur2burningsulphuricacidplant

ZHOUBiao

(DesignInstituteofNanjingChemicalIndustrialGroup,Nanjing,Jiangsu,210048,China)

Abstract:Thecausesofdewpointcorrosioninsulphur2burningsulphuricacidplantsareanalyzed.Whensul2phurcontainsmorehydrocarbons,moistureandfreesulphuricacidthatresultinhighermoisturecontentinfurnacegasandhencehigherdewpoint,corrosiontendstohappen,especiallyincaseoflowerinlettingwatertemperatureofeconomizer.Dewpointcorrosioncanbeeffectivelyavoidedbyusingqualifiedsulphurasrawmaterialandinstallingheatpipeelementinthelow2temperaturesectionofeconomizer.Keywords:sulphuricacidproduction;sulphur;dewpointcorrosion;cause;measure

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