硫酸再生装置风机消音器腐蚀泄漏故障的处理

1 装置简介

兰州石化公司炼油厂1.6 万吨/年硫酸再生装置采用奥地利P＆P 工业技术公司湿法废酸再生技术，将烷基化装置产生的废硫酸通过一系列反应重新生成98%浓硫酸供烷基化装置循环使用，主要工艺流程包括燃烧分解和高温气体过滤、氧化反应、冷凝等。K-930 和K-950 风机分别从一、二级冷凝器顶部抽出60～80 ℃、含有SO3的酸性气，升压后输送至后续流程。两台风机均为单级离心式风机，是本装置的核心设备。

2 故障现象及原因分析

2.1 故障现象

硫酸再生装置于2019 年9 月一次开车成功，运行至2019年11 月时，K-930 和K-950 出口、入口消音器侧壁均出现因腐蚀而造成的破裂，破裂处喷出少量液体硫酸及大量酸性气，严重危及操作人员的人身安全，并严重影响装置的长周期运行（图1）。停工拆检后发现，两台风机出、入口消音器除侧壁破裂外，消音器内部板孔也有硫酸积液且有明显的腐蚀痕迹（图2）。

2.2 故障原因分析

2.2.1 从腐蚀机理方面分析

图1 消音器侧壁因腐蚀而破裂

消音器材料为316L，由于其中含有易于钝化的铬（Cr）元素，它能在自然环境中自发钝化，形成致密的氧化膜，该膜能阻止阳极反应，从而显著降低腐蚀速率[1]，耐腐蚀性较强。但在实际生产中K-930 和K-950 风机分别从一、二级冷凝器顶部抽出60～80 ℃、含有SO3的工艺气，输送过程中会产生少量硫代硫酸盐离子。在含有硫代硫酸盐离子的硫酸溶液中，腐蚀电位一旦超过点蚀电位，就会引起消音器点蚀，从而破坏表面的氧化物钝化膜，使之失去保护作用[2]，316L 的点蚀起于钝化膜被硫代硫酸盐离子所破坏而形成的点蚀源，点蚀的孔形成后，点蚀孔内表面处于活性溶解状态，造成电位较负使之成为阳极；点蚀孔外的金属表面仍然处于钝态，造成电位较正使之成为阴极。被点蚀的孔内外则构成了一个活化一个钝化的微电偶腐蚀电池。因为该电池具有大阴极、小阳极面积比的结构，所以造成阳极溶解速度很大，点蚀孔快速扩大。从现场故障现象来看，消音器内部的液体硫酸造成器壁点蚀是造成腐蚀的直接原因。

图2 消音器内部板孔有硫酸积液且腐蚀明显

2.2.2 从工艺条件分析

质检部门对腐蚀破裂处排出的少量液体硫酸试样进行了化验分析，得出硫酸试样的浓度为38.6%。

由图3 可知，无论是60 ℃还是70 ℃，当硫酸浓度过高或过低时，试样的腐蚀速率均较小[3]。其原因是硫酸在低浓度时表现为酸性，在高浓度时具有强氧化性。当硫酸浓度降低时，其酸性减弱，氢去极化作用变弱[4]，故对试样的腐蚀减弱；而当硫酸浓度升高时，其氧化性使试样表面发生了钝化，钝化膜阻止了试样表面与硫酸介质的接触，所以腐蚀速率下降[1]。硫酸浓度在30%～40%时氧化性较弱，综合酸性最强，因此侵蚀性最大，酸性和氧化性的共同作用使腐蚀速率在30%～40%出现了峰值，而K-930和K-950 风机消音器底部的硫酸浓度在这个范围内[3]，所以腐蚀速度加快。

由图4[3]可知，图中的两条曲线变化趋势基本一致：60 ℃以下时腐蚀速率差别极小，之后开始快速上升，钝化膜随温度的升高遭到破坏，钝化变得难以维持，使得腐蚀速率随温度的升高而加快[5-6]，K-930 和K-950 风机消音器底部的硫酸温度在60 ℃以上，所以腐蚀速度加快。

消音器发生点蚀，侧壁处最薄所以率先破裂，造成含有SO3的工艺气和少量液体硫酸喷出，引发故障。因消音器特有的网状结构，使得液体硫酸易积于板网内，同样的腐蚀机理，在发生点蚀后会造成消音器底部全面腐蚀，损坏消音器内部结构直至消音器无法使用。

3 故障处理方法

硫酸再生装置为新建装置，K-930 和K-950 风机出口、入口各加一组消音器用于消除噪音，按照GBJ 87—1985《工业企业噪声控制设计规范》：K-930 和K-950 风机的现场适用于生产车间级作业场所（工人每天连续接触噪声8 h），即≤90 dB。该风机额定转速为1485 r/min，为变频调速，实际生产中K-930和K-950 风机入口压力为-1 kPa 或-2 kPa，出口压力为2 kPa或4 kPa。由于转速低、压力小，产生的噪声较小，使用消音器时现场测得噪声为50 dB。通过与设计单位及厂家协商后决定，由设计单位出具设计变更单，变更单内容为K-930 和K-950 风机出口、入口不再使用消音器，DN700 的消音器对位更换为DN700 的玻璃纤维增强聚四氟乙烯管（FRPP）。

文章来源：《中国腐蚀与防护学报》 网址: http://www.zgfsyfhxb.cn/qikandaodu/2020/1227/485.html