壳牌煤气化装置的常见腐蚀与措施

杜 超

(同煤广发化学工业有限公司，山西 大同 037000)

引 言

基于节能环保的生产背景，工业领域积极探索如何提高能源利用率，减少能源损耗的方法，获得了不错的成效。其中，壳牌煤气化装置的研发和应用，具有广阔的前景。壳牌煤气化不仅能源转化率高，而且煤耗低，不会产生废弃物料外排的情况，是企业产业升级的主要方向。但是，壳牌煤气化装置应用时，常见腐蚀问题，影响着其效能的发挥，因此要采取有效的措施，做好防范和应对。

1 壳牌煤气化工艺分析

从技术组成来说，壳牌煤气化工艺包括气化主装置单元和公用工程单元，各7个。其中，主装置具体包括磨煤系统、干燥系统和煤粉加压系统等。工艺流程如图1所示。在实际应用中，干煤粉通过磨碎处理、干燥处理和加压处理后，由工艺烧嘴运行，将其送入气化炉内，并且和气汽混合物发生氧化反应。实现气化的条件：1) 温度条件为1 400 ℃～1 600 ℃；2) 压力条件为3.0 MPa～4.1 MPa。经过反应后，产生的合成气，处于气化炉出口位置时，受到激冷气压缩机激冷的作用，冷却到900 ℃，再进入到合成气冷却器内，利用废热锅炉，进行热量的回收处理。完成上述工艺后，进入到除灰和干法除尘以及湿法洗涤的环节，通过净化处理后，产生合成氨以及甲醇等系列产品。

图1 壳牌煤气化工艺流程

2 壳牌煤气化装置的常见腐蚀原因分析

2.1 激冷气压缩机腐蚀的原因

为研究腐蚀产生的原因，提取腐蚀产物进行分析，发现腐蚀化合物很多，包括FeS和各类硫化物等。对其进行深入分析，获得腐蚀的原因：1) 使用的原料煤中，含有氯元素和硫元素等，经过高温合成后，很容易产生各类腐蚀物质，如，H2S和HCl等，经过循环输送后，会造成压缩机的腐蚀问题。2) 在装置入口位置，运用湿法工艺和干洗除尘，经过洗涤处理后，极易产生冷热气体混合。若其温度没有超过200 ℃，极易使得氯化铵产生露点腐蚀。3) 当壳牌煤气化装置停开车时，或者停车期间，机组中的压缩机，其温度会出现突然降低的情况，使得部分水蒸气出现冷凝的情况，使得局部产生液相环境，为腐蚀问题的发生营造了“良好的环境”，造成各类腐蚀问题。4) 压缩机设备的原材料，以碳钢或不锈钢材质为主，对氯离子很敏感，极易引发氯化物的点腐蚀问题，或者晶间腐蚀问题，在有水环境中，极易产生碳酸物质。此环境下运行，使得压缩机系统极易被腐蚀，进而影响气化装置运行效果，使得循环系统出现腐蚀泄漏的情况。除此之外，装置运行产生的各类腐蚀物，经过长时间堆积后，极易堵塞管道，引发结垢问题，使得装置产生故障，气化炉出现联锁跳车，进而造成安全运行事故[1]。

2.2 合成器洗涤时的腐蚀原因

从工艺运行实际来说，湿法洗涤较为常用，也是影响设备能否正常作业的主要原因，是产品质量衡量的主要依据。通过系列调查研究发现，很多企业使用的煤气化装置，常见洗涤腐蚀问题，不利于后续装置正常运行，极易产生安全问题和稳定问题，甚至很多装置因为此问题已经停止生产。总的来说，煤气化装置使用中，洗涤腐蚀问题的预防和有效处理，具有急迫性。经过深入分析了解，洗涤塔很多是因为碱腐蚀，或氯化物结晶造成的腐蚀问题，处理难度大，采取传统的物理方法，无法彻底解决，多采取低压蒸汽的方法，对形成的污垢进行清除处理。从形成的原理来说，碱垢的产生，很多是由于NaOH碱溶液比较多，使得碳钢材料在电化反应下被腐蚀，在洗涤器内形成了结垢，降低了洗涤性能。在实际应用的过程中，若碱量把控不到位，处于高温环境下运行，极易使得碳钢出现碱脆的问题。除此之外，当装置处于作业状态时，洗涤塔底部位置、管道的竖直段等位置，极有可能产生泄漏情况。若产生泄漏问题，用肉眼无法精准观察，长期积累，在小孔周围极易产生晶体状物质，也就是氯离子晶间腐蚀[2]。

3 壳牌煤气化装置常见腐蚀的处理措施

3.1 防止不锈钢氯离子腐蚀的措施

通过腐蚀问题的分析，为减少煤气化装置使用中的腐蚀问题，防止不锈钢氯离子腐蚀，要结合腐蚀问题产生的机理，采取相应的措施。从实际应用效果来说，以下措施具有应用价值：1) 推广应用应力腐蚀材料。基于应力腐蚀机理，对不锈钢材料腐蚀，有着极大影响的因素，具体是氯离子的温度以及含量。依据API技术报告结果显示，若不锈钢温度高于60 ℃，那么氯离子含量将会增加，很有可能出现腐蚀问题，所以，对于长期处在高温状态下作业的钢管，若想要避免其出现腐蚀，要优选腐蚀材料。在配置煤气化装置时，尽量选择奥氏体不锈钢材料，或者双相不锈钢材料等。2) 积极应用抗蚀孔材料以及缝隙腐蚀材料。就抗缝隙腐蚀性能来说，不锈钢中Mo和Cr等含量，影响着其此性能。经过耐点蚀当量的计算，分析其抗缝隙腐蚀的能力。一般来说，耐点蚀当量的数值越大，说明材料抗缝隙腐蚀的性能就越好。诸多元素中，N元素的影响很大。除此之外，双相不锈钢材料，其有着较强的抗氯离子腐蚀问题，并且具有较好的耐腐蚀和耐冲蚀等性能。综合考虑经济性和安全性以及使用寿命等，氯离子含量比较高的管道，建议使用双相不锈钢材料[3]。

3.1 防止激冷气压缩机入口腐蚀的措施

对于此腐蚀问题，采取以下措施：1) 保护FeS致密层。一般来说，碳钢内部形成的FeS致密层，其发挥的作用，相当于一层保护膜，在实际应用中，能够起到减缓工艺腐蚀速度的作用。基于此，为降低腐蚀问题发生的几率，在进行装置停车和致密层检查等的检查时，必须要减少管道与大气的接触机会，实现氧气的有效隔绝，最大程度上规避因为保护层被破坏出现蚀损斑。2) 在装置停车期间，做好管线保护措施。当停止运行时，要对飞灰过滤器装置和洗涤器的管道进行清扫，去除N2，避免合成气中含有的腐蚀性物质给装置造成影响，如，CO2和H2S等，以免产生积灰的情况，最大程度上排除冷凝水和腐蚀气体，确保气化炉吹扫系统可以正常作业。当停车后，还需要注意的是，必须保证管道具有充足的惰性气体保护，以及不错的密封效果，保证运行环境干燥。3) 对洗涤塔以及洗涤器在补水pH值，要做好相应的检查，使其处于正常的使用状态下，避免管线长期运行，出现杂质累积的情况，或者出现腐蚀问题。对于pH值的把控，尽量处于7～8。除此之外，对除沫器设备，要进行运行性能的检查，看是否正常，做好全面的把控[4]。4) 对脱水槽、排风进口、排风出口位置的腐蚀，在进行防护时，要结合其特点采取针对性措施。对管线进行拌热，达到水的露点温度之上，避免管路上产生冷凝液。5) 对于除灰安全阀入口管线位置，其腐蚀问题的防范，使用热CO2和热N2，进行冷CO2的替换，开展吹扫作业。因为合成气中难以避免会带有一定量的氯化物以及H2S，尤其经过洗涤后产生的合成气，极易受到水蒸气的饱和影响，若形成冷凝，极易引发腐蚀问题，所以必须要强化合成气管线的保护，以免受到氯化物的影响，产生露点腐蚀问题。

3.2 合成气洗涤腐蚀的应对策略

3.2.1 做好碱量的控制

对于合成气洗涤过程中产生的腐蚀问题，可采取的方式较多，其中效果最佳的为碱量控制。具体措施如下：1) 控制碱量。煤气化装置运行问题的防范，要从多个方面入手。采取抗碱腐蚀的计量器设备，开展精准测量，避免碱液添加量过多，引发碱垢问题。采取此措施，能够有效应对洗涤腐蚀问题。2) 煤气化装置开停环节，除了适合增加N2的加热次数外，同时还需要做好洗涤塔的吹扫处理，结合装置实际情况，合理增加吹扫的次数以及力度。在煤气化装置运行管理工作中，选择适合的时间，做好管道中含有的腐蚀物清除，保证设备处于正常的使用状态[5]。

3.2.2 合理控制工艺

煤气化装置腐蚀问题的防范和控制，要从工艺角度出发，采取有效的措施。在确保工艺正常运行的前提下，使用具有较强防腐蚀性能的缓蚀剂，延缓腐蚀问题产生的速度，提高抗腐蚀性能。除此之外，要做好各项工艺指标的把控以及控制，优选高质量的材料以及设备工具，提高抗腐蚀性能水平。

3.3 加大防腐蚀技术的研究力度

从煤气化装置使用实际来说，腐蚀问题是长期困扰企业的难点，需要加大防腐蚀技术的研究力度，提出有效的防腐蚀方法和手段，进而有效解决。这需要充分调动一线作业人员的创新积极性，使其能够注重观察，了解腐蚀问题产生的原因，采取相应的技术措施加以应对，提高防腐蚀整体效果。在生产管理工作中，发挥激励机制的作用，调动相关人员的研究动力，使其从工艺角度出发，对各个环节产生的腐蚀问题，进行深入探索，总结应对措施[6]。

4 结语

综上所述，煤气化装置常见的腐蚀问题，主要出现在激冷气压缩机以及合成器洗涤时，若想有效应对此问题，要贯彻精准处理的原则，最大程度上保障装置运行的效益。本文结合问题实际，提出了防止不锈钢氯离子腐蚀的措施、防止激冷气压缩机入口腐蚀的措施及合成气洗涤腐蚀的应对策略。