硫磺回收装置液硫脱气设备的腐蚀与控制

姜海林

国能新疆化工有限公司 新疆乌鲁木齐 830000

1 液硫脱气方案介绍

1.1 液硫池脱气

液态硫池脱气是目前硫回收设备最常用的脱气方案。处理流程如图1所示。

图1 液硫池脱气工艺流程

液硫池接收上游的液硫，经过一段时间的停留和脱气后，通过液硫泵输出，为制硫设备输送原料。为了提高脱气效果，在该过程中采用了多种组合方案：风扇将空气吹入液硫池的底部，吹送液硫，使气液紧密接触；使用专用的脱气催化剂；液态硫脱气池分为多个区域进行多级脱气[1]。液态硫池具有一定的保温和抗腐蚀功能，池壁和隔壁通常采用三层结构，即混凝土层、隔热层以及防腐层。其中防腐蚀层通常由高温耐腐蚀的高温耐酸砖制成。

1.2 脱气塔脱气

如图2所示。来自上游的脱气液硫经过冷却后进入液硫罐，经液硫泵输送到脱气塔的上部缓冲，下部在填充床中预热后与冒泡空气逆流接触。鼓泡的空气由专门设计的喷射器引入，并向上流动以提供氧气以分解硫化物，并通过搅拌和其他措施除去H2S。为了保证液态硫的输送温度，液态硫罐通常采用蒸汽盘管的内部加热，也可以根据外部加热进行设计，而脱气塔通常采用外部加热。液态硫罐用作缓冲罐，无需脱气，因此受到略微正压氮气的保护。

图2 脱气塔脱气工艺流程

1.3 液硫罐脱气

在国外工艺包提供的最新液态硫脱气方案中，金属液态硫罐被用来代替传统的液态硫池。脱气罐的顶部装有液硫冷却器，以冷却上游未脱气的液硫。脱气过程在位于罐中的两个平行鼓泡塔中进行，鼓风机吹送液体硫，并通过在垂直循环塔中剧烈搅拌来完成H2S的去除过程。如图3所示。

图3 液硫罐脱气工艺流程

2 液硫脱气设备的腐蚀机理

2.1 湿H2S腐蚀

当硫化氢和水共存时，应考虑湿硫化氢腐蚀。湿硫化氢腐蚀将出现均匀的腐蚀和开裂[2]。在潮湿的H2S腐蚀性环境中，阴极和阳极的反应如下：

H2S→H++HS

HS-→H++S2-

阳极发生：Fe-2e→Fe2+

阴极反应：H++e→H

阴极反应产生的H容易以原子形式进入金属晶格。溶解在金属中的氢原子会降低金属原子之间的键合力，并使材料变脆。当氢原子结合氢分子并聚集在金属中的缺陷周围时，气体的压力和材料的内应力材料将在作用下破裂。碳钢在潮湿的H2S环境中的主要腐蚀形式包括硫化物应力腐蚀开裂，氢诱导开裂、氢鼓泡以及应力定向氢诱导开裂。

2.2 单质硫腐蚀

通常认为，当温度低于310℃时，元素硫对腐蚀碳钢的程度较浅，并生成磁黄铁和黄色铁的保护膜，可以防止或减缓腐蚀[3]。通过研究，碳钢液态硫罐的硫腐蚀与液态硫环境中会出现水蒸气：当存在水蒸气时，元素硫会迅速与碳钢反应生成硫化物，而且防护性通常较低Fe（1+x）S和一些FeS薄膜，反应公式如下：

3 液硫脱气设备的腐蚀风险分析

由于不同的液态硫脱气方案所采用的工艺流程和材料选择方案不同，腐蚀类型和腐蚀风险也不同。

3.1 液硫池脱气工艺腐蚀风险

当前液态硫池面临的腐蚀类型主要包括：内部加热盘管和液态硫池顶盖的酸腐蚀。内部加热线圈通常是奥氏体不锈钢304L或316L。奥氏体不锈钢具有很强的抗H2S和液态硫腐蚀的能力，但有时会发生严重的腐蚀。液态硫池的强酸环境通常是因为液态硫池直接与大气相连，液态硫中的二氧化硫和三氧化硫被吸收到水蒸气中形成亚硫酸和硫酸。

3.2 脱气塔脱气工艺腐蚀风险

在脱气塔的脱气过程中，液硫池主要起输送液硫的作用。由于氮气的轻微正压保护，在正常运行期间，仅需考虑湿H2S腐蚀。脱气塔使用加热的空气，通常使用外部加热。液态水的可能性很小，腐蚀的风险也很小。如果在停机期间保护措施不正确，则进入的空气和水蒸气可能会加剧腐蚀，包括酸露点腐蚀和聚硫代酸腐蚀，液态硫罐还需要考虑元素硫的腐蚀。

3.3 液硫罐脱气工艺腐蚀风险

液态硫罐的脱气过程路线与液态硫罐的相似，只是液态硫罐改为地下液态硫罐。由于外壳由碳钢制成，除了液态硫腐蚀、酸露点腐蚀和聚硫代酸腐蚀外，还应考虑湿H2S腐蚀。与液态硫池相比，无需考虑由外部水引起的腐蚀，但是仍然有必要考虑液态硫的上游蒸汽或加热盘管损坏而进入时泄漏的蒸汽。与液体硫罐的耐酸砖溶液不同，由于该溶液的液体硫罐由金属制成，一旦发生酸腐蚀，金属壁的腐蚀率就很高，容易打孔并导致液态硫泄漏。

4 结语

传统的液硫罐脱气方案在耐酸砖堆砌的器壁具有很强的耐腐蚀性，但需要大量的投资，繁琐的施工程序以及高昂的维护成本。使用脱气塔的脱气方案具有较低的腐蚀风险，但工艺时间长，设备数量多；液硫罐工艺最简单，投资和占地少，但腐蚀风险高，对腐蚀控制策略的要求更加严格。