国外某燃气联合循环电站项目硫酸罐的修复及启示

郝宝良 陈小明

摘 要：国外某燃气联合循环电站项目的循环水加药装置分为浓硫酸加药系统、次氯酸钠加药系统和阻垢剂加药系统。其中浓硫酸加药系统在运行过程中，硫酸罐及管道的内部衬胶出现了严重腐蚀问题。本文通过对该问题进行了分析，并介绍了修复方法，希望对类似罐体的处理有参考价值。

关键词：硫酸;硫酸罐;钝化膜

1.引言

国外某燃气联合循环电站采用二拖一方式布置，主要设备为两台西门子生产的SGT6-5000F（4）型燃气轮机，两台西门子提供的SGen-1000A开放式空冷发电机，两台杭州锅炉厂生产的三压、无补燃、自然循环余热锅炉，型号NG-SGT6-5000F，一台哈尔滨汽轮机厂生产的LN183-12.5/2.56/0.45/565/565/316型汽轮机，一台哈尔滨电机厂生产的QFKN-200-2-60型空冷发电机。机组在燃油模式下额定出力为470MW，在燃气模式下额定出力为540MW。该燃气联合循环电站的凝汽器冷却水为循环水，采用机械通风冷却塔来冷却循环水回水。循环水的水源来自井水，硬度相对较高，容易结垢。该联合循环电站的循环水系统配置了硫酸加药系统、缓蚀剂和阻垢剂加药系统、次氯酸钠加药系统。

本文介绍和分析了该燃气联合循环机组的硫酸加药系统在运行过程中出现的硫酸罐内部衬胶腐蚀问题，并简单介绍了修复方法，希望对类似罐体问题的处理有参考价值。

2.硫酸加药系统概述

该硫酸加药系统包括一个15m3硫酸罐、两台硫酸泵及控制装置、泵入口滤网、管道、阀门、仪表等。该硫酸罐的设计储存能力为满足机组满负荷运行1个月，根据循环水的流量和PH值等参数，该硫酸加药系统能够自动连续地向循环水冷却塔水池加药。该硫酸加药系统的硫酸罐由碳钢衬胶，硫酸罐顶部有干燥器、超声波液位计、硫酸加药口、溢流口，底部有排污管道及阀门，硫酸罐侧面有就地磁翻板液位计。硫酸加药系统的工艺流程示意图如下。

该硫酸加药系统的介质为浓硫酸，设计质量分数为98%。硫酸是一种高沸点难挥发的强酸，易溶于水，能以任意比例与水混溶。在浓硫酸中含有大量未电离的硫酸分子，这使得浓硫酸具有吸水性、脱水性和强氧化性等性质。硫酸罐内的浓硫酸被局部稀释后，在罐内会产生氢气，因此，硫酸罐的储存管理要求较高。

3.硫酸加药系统在运行中出现的问题

该硫酸加药系统在实际运行一段时间后，出现了硫酸泵及管道堵塞问题，在进一步检查后，发现硫酸罐出口管道也存在堵塞，堵塞的物质主要为黑色的橡胶杂质。将硫酸罐底部的出口管道疏通后，从管道里流出黑色液体。

将硫酸罐内的浓硫酸液体倒换到其他容器后，检查发现浓硫酸液体已经变成黑色，且含有大量的黑色杂质。硫酸罐的内部下半部分的衬胶全部腐蚀，腐蚀形成的杂质沉淀在硫酸罐的底部。这些杂质通过硫酸罐出口管道进入道硫酸加药系统中，造成了整个硫酸加药系统的堵塞。

下图为硫酸罐的下半部分的内衬胶腐蚀后的照片：

4.硫酸罐内部衬胶腐蚀严重的原因分析

4.1硫酸罐选材

碳钢在硫酸中的速度受硫酸浓度、温度等影响。在常温下，碳钢在浓硫酸中，能够发生硫酸中的腐蚀速率见下图所示：

从上图中可以看到，在38℃以下，碳钢在浓度为93%-98%的硫酸中的腐蚀率在一个很低的水平。该项目的环境温度为33℃，在该气温下，碳钢在浓度为98%的浓硫酸中的腐蚀率小于5mpy（0.125mmpy）。

该硫酸加药系统的硫酸罐由碳钢制造，内壁上有衬胶。目前国内市场上，大部分的硫酸罐也都采用碳钢制造。这是因为浓硫酸具有强氧化性，会与铁等金属发生钝化作用，在金属表面形成致密的钝化膜，起到隔绝反应物的作用，保护膜内的金属。

设计院在硫酸罐的碳钢内壁又设计了衬胶，厚度为3/16英寸，设计院考虑利用内衬氟橡胶，能耐浓硫酸，也能适用浓硫酸水稀释后浓度下降。

4.2硫酸罐内部衬胶腐蚀严重的原因分析

该项目在出现了硫酸罐内部衬胶腐蚀问题后，经过对该问题进行核查，发现造成硫酸罐内部衬胶腐蚀的原因主要有几个：

一个主要原因是硫酸罐内衬材质问题，设计文件只提到碳钢衬胶，未明确为氟橡胶，硫酸罐厂家在硫酸罐内衬橡胶的材质上存在问题，采用的是丁腈橡胶，未使用耐浓硫酸的氟橡胶。氟橡胶可以一定程度上耐浓硫酸，其他大部分橡胶，如丁腈橡胶、丁基橡胶、氯丁胶、硅橡胶等均不耐浓硫酸。

另一个可能的原因是，橡胶有一定使用寿命，硫酸罐经过长时间使用后，硫酸罐内壁衬胶就有可能需要损坏。

4.3选择硫酸罐修复方案需要的考虑因素

根据浓硫酸的特性，以及碳钢在浓硫酸中的腐蚀速率的影响因素，在选择硫酸罐修复方

案时需要考虑如下几点：

由于浓硫酸具有吸水性，需要对硫酸罐顶上的干燥器，之前的旧的干燥器已经无法起到作用，且该干燥器还需要定期更换。

需要考虑由于硫酸罐户外布置，硫酸罐在阳光曝晒下，硫酸罐外壁和内部的温度要比环境温度高很多，能超过50℃以上。随着温度上升，加快了碳钢在硫酸中的腐蚀速率，影响到硫酸罐的使用寿命。

5.硫酸罐修复

5.1硫酸罐修复方案选择

根据对硫酸罐内部衬胶严重腐蚀的问题的评估分析，以及结合硫酸罐实际的工作环境，项目各方经过讨论，提出了三个处理方案。方案1是在现有的硫酸罐里，内壁除锈，抛光后，利用胶把四氟板粘在罐内壁上。方案2是取消循环水的硫酸加药系统。方案3是清理硫酸罐内壁衬胶，给硫酸罐新建一个硫酸罐顶棚。

由于上述方案1工艺复杂，成本较高，且当地无能力进行罐内衬四氟工艺，又考虑到氟橡胶使用寿命也不太长，所以方案1未采用。

方案2为取消循环水的硫酸加药系统系统。在很多项目的循环水的加药系统中都没有采用硫酸加药系统。该项目之所以采用浓硫酸，主要是因为设计院考虑到当地的水源都来自井水，硬度较高。加硫酸可以起到软化作用，同时还可以调整循环水的PH值。所以方案3也没有采用。

方案3为清理硫酸罐内壁上的衬胶，更换硫酸罐顶部的干燥器，并且给硫酸罐新建一个硫酸罐顶棚。由于该硫酸罐为卧式的小型硫酸罐，碳钢厚度也有12mm，满足GB150和ASME标准要求，可以用继续用来储存98%的浓硫酸。新建硫酸罐顶棚可以保持硫酸罐周围的温度在33℃左右，可以有效降低碳钢在浓硫酸中的腐蚀速度。

该项目组经过综合评估，选择了上面的方案3来实施硫酸罐的修复。

5.2硫酸罐修复施工

在明確了硫酸罐修复方案后，该项目进行了硫酸罐修复施工。主要的展开的修复工作有以下方面：

1）彻底清理硫酸罐内部的衬胶，同时对内壁清理除锈;

2）更换硫酸罐的干燥器;

3）对硫酸加药系统的管道、阀门等进行更换，把碳钢衬胶的材质的管道、阀门等全部更换为碳钢;

4）联系当地公司处理已经变坏的浓硫酸，同时重新采购浓硫酸;

5）设计新增的硫酸罐顶棚图纸，并完成土建和安装工作;

6）加强硫酸加药系统的生产管理，

5.3硫酸罐修复后的效果

该项目的硫酸罐经过修复后重新投用，经过一段时间观察，循环水的硫酸加药系统运行正常，已经很少再发生堵塞情况，这证明了硫酸罐修复工作是成功的。硫酸罐的修复，一方面确保了循环水的加药系统正常运行，有效改善了循环水的水质，保证了机组的安全运行。另一方面，相比硫酸罐修复以前，大大降低了人工维修成本，收到了较好的经济效益。

6.硫酸罐修复的启示

从该项目的硫酸罐修复中，有很多经验教训值得学习。首先，在发现设计院提供的设计方案不太合理，不适用当地的环境时，项目各方应及时提出，及时纠正错误。对于设计文件中不清晰的，项目各方应该澄清清楚，而不应该让设备厂家自由发挥。其次，加强项目精细化管理。落实管理责任，将管理责任具体化、明确化，每个管理者应尽职尽责。关注细节，减轻项目实施的风险。

参考文献

[1] 潘前友. 湖山铀矿项目大型硫酸罐修复及启示. 有色设备，2019（5）：64-68.