焦化管道设备防腐解决方案
目录
1、前言.1
2、焦炉煤气管道防腐
.7
、焦炉烟气脱硫脱硝系统防腐.9
.1焦炉烟气脱硝
.11
.2焦炉烟气脱硫
.14
.脱硝脱硫防腐工程案例.15
.4烟气余热锅炉
.17
.5脱硫脱硝工程业绩.18
4、除尘器防腐
.2
1、前言我国焦化企业主要分两大类：钢铁厂自建焦化企业和独立焦化企业；另外，还存在一些煤炭企业投资建设的焦化厂。目前我国焦化企业通过自我发展或联合重组基本形成了以宝钢集团、鞍本钢铁集团、武汉钢铁(集团)公司、中国首钢集团等钢铁联合焦化企业和旭阳煤化工、神华乌海能源、中煤焦化控股公司等大型独立焦化企业为主体，中小焦化企业并存的产业发展格局。
在焦化行业节能减排、绿色环保以及转型升级的发展道路上，焦化装置工艺设备腐蚀问题严重影响了焦化企业的生产,影响焦化的效率,导致焦化厂产能低下,还会给下游各个产业链带来严重的影响,甚至给我国的经济发展带来冲击。因此,如何解决焦化装置工艺设备腐蚀问题是亟需我们解决的首要任务。
通过对多个焦化厂5个不同区域进行1年时间的碳素钢挂片，通过试样片的厚度损失量对各个区域的大气腐蚀等级分析，焦化厂大气环境腐蚀性等级基本为C5-I级。对腐蚀金相进行X射线衍射检测和研究，焦化厂大气中含有硫化物（如SO2、SO、H2S等）、氮化物（如NH、NO、NO2）和碳化物（CO2、CO等）等腐蚀污染物，厂内钢结构长期处于化工腐蚀性气体环境中，尤其是在湿度较大的阴雨天气下，钢结构设施的腐蚀破坏非常严重，即便涂刷常规的耐腐蚀涂料，钢结构仍达不到设计服役年限而提前发生腐蚀破坏。
焦化厂煤气管道和设备腐蚀的主要因素和机理有:溶解氧引发的腐蚀，Cl-和SO42-诱发的应力腐蚀，H2S的腐蚀，CO2的腐蚀，铵盐的腐蚀，高浓度悬浮物引发的腐蚀，泥砂和碎片等异物引发的磨损腐蚀，微生物影响诱发的腐蚀及其他介质的腐蚀等。
我公司腐蚀与防护实验室长期收集整理、分析总结各种工业现场腐蚀机理，并通过大量试验和测试验证，采用优质原材料优化组合、并利用独特的科技方法使材料转化改性，得到最适合焦化厂腐蚀环境特点的特种防腐涂料和涂装防护方案，成为钢结构长期、有效的防护手段。
2、焦炉煤气管道防腐2.1煤气管道综述焦炉煤气管道遍布整个焦化厂，焦炉煤气从焦炉碳化室出来之后先进入上升管，然后经过桥管、集气管、吸气管，在冷鼓工段经过气液分离器、初冷器、电捕焦油器、鼓风机等设备进入脱硫塔，经过脱硫、蒸氨、终冷、洗苯等净化设备后存入煤气柜。
在整个过程中，煤气管道主要分为三个区域：
1、荒煤气导出四管：包括上升管、桥管、集气管和吸气管；
2、冷鼓工段设备连接管道：气液分离器、初冷器、电捕焦油器、鼓风机以及脱硫塔之间的连接管道；
、净化设备连接管道：脱硫塔、蒸氨塔、终冷器、洗苯塔以及煤气柜之间的连接管道。
2.2煤气管道外壁腐蚀分析2.2.1管道外壁温度分析
从炭化室出来的-℃左右的荒煤气进入上升管时经过5公分的耐火砖隔热后金属管壁的温度约20-℃，对于已安装换热器的焦炉上升管，其金属管壁温度相对会低一些，大概在-20℃，在桥管处喷洒氨水降温后荒煤气温度降低，因此，集气管和吸气管的外壁温度大概在80-℃。
在冷鼓工段，初冷器会把焦炉煤气冷却至20-25℃，因此，此工段管道除了气液分离器与初冷器的连接管道在80℃左右，其他管道外壁温度都相对比较低。
在净化工段，经过硫铵饱和器的煤气温度在50-55℃，经过终冷器再把煤气温度降至25℃左右。因此，此工段蒸氨设备与终冷器连接管道温度稍高，其余管道为25℃左右。
2.2.2管道外壁腐蚀机理分析
焦炉煤气（尤其是荒煤气）中含有较多的氨、硫、氯、氰化物等腐蚀介质，而荒煤气经常从炉顶的炉盖溢出，放散塔的放空燃烧也会产生腐蚀性成分，冷鼓工段与净化工段的设备也会经常溢出一些腐蚀性气体和蒸汽。
这些物质对焦炉煤气管道造成很大的化学腐蚀和电化学腐蚀，温度较高的管道化学腐蚀速率会成倍增长，而温度相对较低的管道由于冷凝液增多，电化学腐蚀和露点腐蚀会增大数倍。温度相对较低的管道外壁腐蚀多以局部腐蚀为主，发生在管道外壁潮湿、容易积灰的部位。
再加上酸雨的侵蚀，如果这些管道不做防护，因外壁腐蚀造成管壁减薄很快。
酸雨加速管外壁腐蚀机理：首先二氧化硫被吸附在管道表面上与氧一起生成硫酸铁，然后硫酸铁水解成游离的硫酸，硫酸又加速腐蚀钢铁，新生成的硫酸铁再水解生成游离酸，如此反复循环，加速钢铁的腐蚀。腐蚀反应式：
阳极反应：Fe→Fe2++2e
阴极反应：H2O+O2+2e→HO-
总反应：2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2
SO2+H2O+O2→H2SO4
H2SO4+Fe(OH)2=FeSO4+H2O
SO2+[Fe2(SO4)]+2H2O===2FeSO4+2H2SO4
2.煤气管道外壁防腐选材分析根据以上分析，焦化厂煤气管道外壁对防腐材料要求：
?耐各种浓度氨、硫、氯、氰化物等酸、碱、盐及中间体长期侵蚀；
?耐酸碱介质瞬间转换的交替性腐蚀；
?具有良好的附着力和耐磨性；
?具有极佳的抗渗透性；
?具有导静电性能，可及时释放静电，平衡电位，以防止电偶腐蚀；
?易于施工，可带温直接涂，施工容错率大；
?涂层固化后成膜物中主链键能高，耐老化和腐蚀疲劳性强。
2.4无机防腐涂料介绍无机防腐涂料耐温可以达到℃，采用了世界最先进的IPN网络互穿立体成膜技术，防腐颜料是经过高度分散活化的钝化金属微粒、纳米石墨鳞片、纳米金属两性氧化物、超细稀土超微粉体等组成。涂层致密，硬度高，耐磨抗冲击，耐酸碱老化时间长，在酸性溶液中长时间使用涂层无任何变化。纳米石墨鳞片构成的“迷宫效应”使得腐蚀介质硫、氯及有机物等杂质无法渗透到涂层内部，完好地保护金属不被侵蚀。
2.6无机防腐涂料工程案例2.5无机防腐涂料应用客户列表
、焦炉烟气脱硫脱硝系统防腐根据《河北省关于焦化行业超低排放改造验收参照标准》，焦炉烟囱排放烟气中颗粒物、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10mg/Nm、0mg/Nm、mg/Nm。这一标准相比之前公布的《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB—)中对应的50mg/Nm、50mg/Nm、mg/Nm，要求更为严格。为了达到新的标准要求，焦化企业需要对焦炉烟气处理工艺与设备进行提质改造。
针对焦炉烟气净化处理工艺并没有统一的标准和工艺流程，各个企业可能会根据实际情况采取不同的组合方式，但是基本上都包含脱硫、脱硝、除尘、余热锅炉等工艺单元。焦化企业可能根据实际情况，对这些基本的工艺单元进行组合、排列，得到适合自身情况的净化工艺。例如，山西焦化采用的是GGH+脱硝+余锅+脱硫+除尘工艺路线。我司研发生产的几款特种防腐涂料在这些烟气净化处理设备上都有成功的应用案例。
.1焦炉烟气脱硝.1.1脱硝工艺介绍
目前，脱硝工艺路线有很多种，但是技术相对成熟、应用较多的主要有活性炭/焦炭吸附法、SNCR/SCR、联合脱硫脱硝技术（一体化）等。相对于火电厂的烟气温度，焦炉烟气温度相对较低。对于燃烧焦炉煤气的焦炉，烟气温度约-℃，对于燃烧高炉煤气的焦炉，烟气温度更低，只有-℃，所以很多焦化厂采用的都是中温型SCR脱硝技术，脱硝温度约20-℃，SCR脱硝催化剂通常采用V2O5、TiO2、WO等。
脱硝机理如下：
6NO2+8NH→7N2+12H2O
2NO2+4NH+O2→N2+6H2O
6NO+4NH→5N2+6H2
4NO+4NH+O2→4N2+6H2O
.1.2脱硝设备腐蚀机理
在焦炉烟气中，除了含有大量的NOx以外，通常都含有一定的H2S、SO2、HCl、HF等腐蚀介质，因此脱硝设备存在硫腐蚀、氢腐蚀、酸腐蚀、氯腐蚀、氧化腐蚀、磨损腐蚀等各种腐蚀现象，严重影响设备的安全运行。
以H2S为例：
阳极反应：Fe-2e→Fe2+
阴极反应：2H++2e→Had(钢中扩散)+Hab→H2↑
阳极产物：Fe2++S2-→FeS↓
阳极反应生成的腐蚀产物FeS通常是一种有缺陷的结构，与钢铁表面黏结力差，易脱落，易氧化，而且电极电位较高，作为阴极与钢铁基体构成活性微电池，加速基体的腐蚀进程。
阴极反应生成的氢原子吸附在钢铁基材表面，因其活性高、渗透力强，会沿着晶体缺陷部位进行渗透，然后再重新生成氢分子。生成的H2压力很高，促使钢材脆化、鼓包（HB），局部塑性变形，萌生裂纹，最后导致开裂（HIC）。
在脱硝烟气中总会存在NH，与烟气中的SO反应生成具有强腐蚀性的硫酸氢铵。NH4HSO4的熔点仅℃，在脱硝反应器中以熔融状态吸附在内壁表面形成垢下腐蚀。同时，NH4HSO4又有很强的吸潮性，水解后形成强酸性溶液，形成酸腐蚀。
.1.脱硝设备防腐选型
脱硝反应器中存在多种腐蚀机理，同时由于脱硝反应温度相对较高，相对常温型设备防腐更加困难，需要耐温性能、防腐性能俱佳的特种防腐涂料才能适用。常规的一些防腐材料并不能耐受脱硝反应所需的温度，限制了其使用，而能够达到使用温度要求的材料，其防腐性能又有缺陷。所以，脱硝反应器内壁防腐材料选型相比其他设备更为困难。
通过高义钢铁公司的实际应用经验表明，ZS-烟气防腐涂料完全可以作为脱硝反应器内壁防腐材料使用。这是因为ZS-烟气防腐涂料采用IPN网络互穿成膜技术，改性杂化硅树脂耐温高达℃，填料选用了纳米硅微粉、碳化硅、氮化硼、细晶氧化铝、石墨、超细氧化锌、氧化钛、陶瓷微珠、微粉氧化锆等。通过调节涂料中各组分的相互作用和协同效应，使涂层具有表面能低、耐腐蚀性强、硬度高、与基体结合力大等综合优异性能。
.1.4脱硝防腐涂层设计
.2焦炉烟气脱硫.2.1脱硫工艺介绍
焦炉烟气中的SO2主要来源于回炉煤气中含有的H2S、有机硫燃烧和炭化室荒煤气窜漏进入燃烧室后生成的S02。焦炉烟气脱硫工艺主要有三种：干法脱硫（SDS）、半干法脱硫（SDA）和湿法脱硫。干法脱硫主要采用活性炭/焦炭、氧化铁、氧化锌等为脱硫剂，半干法脱硫主要有钠法（Na2CO）、钙法（CaCO）和双碱法。
湿法脱硫应用较多的有氨法、镁法、钙法、碱法等。由于各个焦化厂的实际情况并不一样，所以焦化企业采用的脱硫方法可能也不一样，如本钢焦化采用的是SDS半干法脱硫，永鑫焦化采用的是脱硫脱硝除尘一体化工艺，安钢焦化采用的是活性炭干法脱硫，唐山某焦化则采用的是碱液脱硫等等。
.2.2脱硫塔防腐材料选型
相对来说，湿法脱硫设备腐蚀要比干法脱硫腐蚀更为严重，但是腐蚀情况都会存在。即使部分厂家采用不锈钢材料，也仍然难以防止氯离、氟离子等介质的腐蚀。
针对不同类型的焦炉烟气脱硫塔，志盛威华技术团队设计了相应的防腐方案。针对干法或半干法脱硫塔，可以采用ZS－烟气防腐涂料，唐钢焦化厂就是采用的这种防腐方案。
而对于湿法脱硫塔，则可以采用ZS－烟气防腐涂料配合ZS－脱硫专用防腐涂料设计复合防腐涂层，这种复合防腐涂层应用于唐山东方制气公司的湿法脱硫塔就取得了成功的应用。
.2.防腐材料性能对比
表1玻璃鳞片胶泥和ZS-烟气防腐涂料的对比
表2玻璃鳞片涂料与ZS+涂料性能对比
在烟道防腐、脱硫塔、GGH防腐中，防渗透性的好坏是关键参数之一，由上表可知：ZS-、ZS-防渗透性均大幅度优于玻璃鳞片涂料。选用志盛威华ZS-、ZS-的理由：
1、ZS-、ZS-所采用的所有颜填料均为较规则的小直径鳞片状，只要有颜色（黑色）覆盖的地方，均能视为有层层鳞片层在进行防护；玻璃鳞片直径太大，在成膜时不易按设计的期待模式进行排列，会出现架空、空穴等弊病；鳞片层加大了液体、气体渗透时的路径长度，使其很难渗透至基材表面；
2、ZS-、ZS-所采用的成膜物主要是无机树脂，无机树脂表面张力小容易涂覆在基材表面且成膜连续不易缩边，涂膜本身就更为致密，且能对液体进行排斥；
、ZS-、ZS-整个涂料体系几乎全为无机物质，不存在老化断链等有机涂料所要面对的问题，化学性能更为稳定，防腐效果更好；
4、ZS-、ZS-产品颜填料均为耐磨鳞片状无机金属惰性氧化物，耐磨蚀功能优异。
.4烟气余热锅炉.4.1脱硝烟气余热锅炉
脱硝后的焦炉烟气温度高达-℃，通过余热锅炉系统回收烟气中的显热，不仅可以降低烟气温度达到脱硫前的要求，而且也可以产生大量蒸汽供给厂区使用，综合效应明显。
焦炉烟气余热锅炉受热面通常包括过热器、蒸发器、省煤器等几个部分，烟气出口温度℃以下。对于万吨/年的焦炉，焦炉烟气余热回收可以产生0.8MPa，℃低压蒸汽15吨/小时。
脱硝后的焦炉烟气中仍然含有少量的NOx、SOx、HCl、HF等腐蚀介质，以及脱硝过程中反应生成的硫酸氢铵和粉尘。对余热锅炉受热面造成磨损腐蚀、低温腐蚀、垢下腐蚀、晶间腐蚀、穿孔腐蚀等各种腐蚀机理，且相互促进，加速了受热面腐蚀减薄过程。
针对余热锅炉中的各种受热面，均可以采用ZS-烟气防腐涂料进行防腐，都有大量的成功案例。
.4.2干法熄焦余热锅炉
对于干熄焦系统中的余热锅炉，志盛威华公司也有相应的产品可以应用。如水冷壁、过热器可以采用ZS－耐高温红外辐射涂料，主要防止高温氧化腐蚀、磨损腐蚀、融盐腐蚀和垢下腐蚀，可以减少水冷壁积灰结焦，改善热工情况，提高换热效率。
而对于余热锅炉系统中的蒸发器、省煤器、空预器、循环风机等设备则可以采用ZS－烟气防腐涂料进行防腐，主要是防止露点腐蚀、垢下腐蚀和晶间腐蚀。
.4.余热锅炉工程案例
.5脱硫脱硝工程业绩4、除尘器防腐4.1焦化厂粉尘来源
焦化厂一般由备煤车间、炼焦车间、回收车间、焦油加工车间、苯加工车间、脱硫车间和废水处理车间等组成。焦化厂粉尘颗粒物主要在以下生产环节产生：煤炭破碎、筛选、输送、焦炉装煤、推焦、熄焦、筛焦等。
除尘器种类很多，在不同的工况都有一定的应用，如重力除尘器、水力除尘器、旋风除尘器、电除尘器、过滤式除尘器。根据焦化厂粉尘来源情况，广泛采用布袋除尘器进行净化。
4.2布袋除尘器工作原理
环保政策日趋严格，各行各业都要求实现超低排放。根据年实施的《钢铁企业超低排放指标限值及措施》中指标要求，焦炉烟囱、装煤、干法熄焦、推焦等环节排放的颗粒物限值为10mg/Nm。
布袋除尘器与其他类型除尘器相对，具有除尘效率高、维护检修方便、运行成本低、技术成熟、清灰效果好等各种优点，在很多行业都有广泛应用。
含尘气体由灰斗上部进风口进入后，在挡风板的作用下，气流向上流动，流速降低，部分大颗粒粉尘由于惯性力的作用被分离出来落入灰斗。含尘气体进入中箱体经滤袋的过滤净化，粉尘被阻留在滤袋的外表面，净化后的气体经滤袋口进入上箱体，由出风口排出。
随着滤袋表面粉尘不断增加，除尘器进出口压差也随之上升。当除尘器阻力达到设定值时，控制系统发出清灰指令，清灰系统开始工作首先电磁阀接到信号后立即开启，使小膜片上部气室的压缩空气被排放，由于小膜片两端受力的改变，使被小膜片关闭的排气通道开启大膜片上部气室的压缩空气由此通道排出，大膜片两端受力改变，使大膜片动作，将关闭的输出口打开，气包内的压缩空气经由输出管和喷吹管喷入袋内，实现清灰。当控制信号停止后，电磁阀关闭，小膜片、大膜片相继复位，喷吹停止。
焦化厂地面站除尘使用袋式除尘器实现对装煤烟尘捕集，炉顶与地面站烟气转送，烟气温度调节控制，烟气净化一体化，利用推焦过程中收集在滤袋表面的焦粉来防止装煤过程中烟尘含有焦油和水汽粘结滤袋，保障了设备长期安全稳定运行。
4.收尘系统腐蚀分析
焦炉因其生产工艺的特殊性，烟气中NOx主要是在煤气高温燃烧条件下产生的，焦炉煤气含50%以上的氢气，燃烧速度快，火焰温度高达0℃～℃，煤气中氮气与氧气发生氧化反应生成NOx，浓度一般为毫克/立方米～1毫克/立方米，有的甚至高达1毫克/立方米。
焦炉烟尘温度较高，多数焦化企业为℃~℃，个别低至℃、高至℃。在高温时，烟气中的水呈气态，当烟气温度达到露点温度时，水由水蒸气凝成液态水，此时烟气中的二氧化硫、三氧化硫、氯等化合物与水化合生成亚硫酸、硫酸和盐酸，这些酸或酸性盐溶液便对钢铁类收尘系统构件产生腐蚀。
腐蚀介质在对钢铁类（碳钢类）的腐蚀速度随着烟气温度与露点之间的差值的减小而提高。即在可发生露点腐蚀的温度环境，烟气温度越低腐蚀速率越快，或在一定的烟气温度下，露点温度越高，腐蚀速率越快；
焦炉烟气成分复杂，NOx含量差别大，烟气中SO2含量越高，腐蚀速率越快；独立焦化企业焦炉烟道气中SO2值普遍偏高，在℃至20℃温度区间内，SO2易转化为硫酸铵，造成管道堵塞和设备腐蚀；
当湿度60-70%，烟气中含20%（体积百分比）水蒸气、烟气温度低于露点12℃时，腐蚀就会加剧。在无去极化物质如F-时，金属表面腐蚀产物增厚，腐蚀速度变缓，烟气的吹扫、F-等的去极化会破坏腐蚀层的堆积。
4.4排风系统磨蚀分析
烟气中含有大量粉尘，在高速运转过程中会对风机叶轮、通道产生磨损减薄，同时烟气中的腐蚀介质也会对风机形成腐蚀，磨损和腐蚀相互促进，破坏风机的动平衡，带来安全生产隐患。
为了提高风机叶轮的使用寿命，延长更换周期，人们在积极探索将不同的表面强化技术应用于风机叶轮上。目前所使用的强化风机叶轮的主要工艺方法有：堆焊法，如手工堆焊耐磨焊条、手工碳弧焊耐磨合金粉块、镶陶瓷块、氧乙炔喷涂、等离子喷涂等，这些方法在不同的程度上提高了排风机叶轮的使用寿命，但也存在着一定的缺点。
堆焊法对工件的热输入量高，劳动强度大，效率较低；
镶陶瓷块法所产生产陶瓷小块在工作过程中，粘结剂部分首先被磨损或陶瓷粘结不牢会局部脱落，由此引起排风机叶轮发生严重的局部磨损，最终导致整体破损；
氧乙炔喷涂法由于涂层中粒子与粒子的粘结强度、涂层与基体的结合强度较低，因此使用性能较差；
等离子喷涂设备投资大涂层厚度较薄，使用寿命较短。
4.5除尘排风系统耐磨防腐涂层要求
根据上面分析，除尘器和烟道风机防腐涂层应该具有以下性能：
?耐酸、耐碱、耐露点腐蚀；
?耐磨防渗透、漆膜附着力好；
?耐高温、耐热冲刷；
?抗震，能在叶片由于风阻等情况发生轻微变形时不脱落；
?漆面光滑，不挂尘；
?导静电，不存留因摩擦产生的静电荷；
?施工简单，工期短；
?综合成本低、性价比高。
4.6除尘排风系统耐磨防腐方案
4.7除尘系统防腐工程案例
转载请注明：http://www.abuoumao.com/hyfz/9036.html
