硫回收过程气加热器内漏原因分析及改进措施

兖矿国宏化工有限责任公司以高硫煤制甲醇，硫回收采用三级克劳斯工艺。经过废热锅炉及硫磺冷凝器的过程气在进入每一级克劳斯反应器之前均采用蒸汽预热方式将工艺气预热到硫磺的露点温度以上。第一、二、三过程气加热器均为卧式、单管程、固定管板式换热器，设计参数相同，换热面积不同，管板材质为16Mn,换热管材质为20#，换热管与管板采用焊接方式连接。管程走工艺气，主要成分是水蒸气、二氧化硫、硫化氢、氮气、二氧化碳等，壳程走5.5 MPa水蒸气。

硫回收装置开工运行一段时间后，发现3台过程气加热器预热效果下降，初步判断由内漏引起，立即停工检修。由于是紧急停车，氮气置换合格后，在没有对硫回收系统钝化的情况下就将3台换热器的管箱拆除，拆除后不久发现筒体两侧产生大量白色气体，开始以为是换热器壳层残存的蒸汽泄漏，后来发现是一种有刺激性气味的气体，初步判断该气体为二氧化硫，是由于换热器内部存在的硫化亚铁在空气中发生自燃引起的。立即对裸露在空气中的管板及换热管束通氮气保护，并加少量空气让过程气加热器内残存的硫化亚铁缓慢氧化，整个过程大约持续4 h。待氧化亚铁缓慢氧化后，发现有一层2～3 mm厚的铁锈状物质附在管板上面及换热管内部，轻轻碰触就会大面积脱落，脱落后呈现出光洁的黑色管板。向壳侧通蒸汽，发现管束与管板连接处的焊缝上面布满了针尖大小的小孔，并向外漏蒸汽，第一、第二过程气加热器泄漏比较严重，第三过程气加热器泄漏点较少。采集垢样分析，其主要成分为：铁的氧化物、少部分硫酸盐、亚硫酸盐、单质硫、氨盐等。垢样少部分溶于水，pH值略显酸性。

在克劳斯硫回收系统中，工艺气体中含有硫化氢及反应生成的大量水蒸气。过程气加热器工艺气入口温度为165 ℃，出口温度为250 ℃。在此温度及湿度条件下，硫化氢对碳钢管板及换热管产生腐蚀生成硫化亚铁，并在管板表面形成一层比较疏松的腐蚀物，这层腐蚀物长时间累积逐渐变厚，在工艺气流冲刷下极易脱落，脱落后即呈现管板及焊缝的光洁表面，并在此恶劣环境下继续发生腐蚀。久而久之，管板厚度慢慢减薄，焊缝堆积厚度也减薄，在换热器加工时管束与管板连接处堆焊较薄的地方，由于中压蒸汽的作用发生泄漏，故而看到的漏点是密布的针尖大小的小孔。

       由于过程气加热器所处的环境腐蚀性较强，更换1台同样的换热器是不能保证装置长久运行需要的。为解决此问题，经综合考虑，对3台换热器进行如下改造：

       将3台过程气加热器移除，直接用大口径管道连接工艺气进、出口，管道直径比换热器筒体直径稍大，管道壁比设备连接管道厚3 mm，材质与设备连接管道相同；在管道内套自制管束，管束材质更换为耐腐蚀的304不锈钢；管束在制作时采用1寸不锈钢管，拐弯处采用承插焊弯头连接，避免出现过多焊缝裸露在腐蚀环境中；管束内走中压蒸汽，用于加热工艺气，这就相当于1台自制的换热器；在换热器加工时首先考虑要满足换热效果，根据换热面积来确定管束长度及换热管数量，由于不锈钢的导热系数低于碳钢，理论上采用不锈钢管束替代碳钢管束换热器的换热面积是要增加的，但根据运行经验及设计余量等考虑，我公司实际上没有增加过程气加热器的换热面积。

       通过以上改造，硫回收装置已连续运行2个月。改造后的自制换热器换热效果能满足工艺要求，没有出现内漏。对改造后的过程气加热器进行监控运行，采集运行数据后对其继续优化，使其更能适应此腐蚀环境，保证硫回收装置的长周期、安全运行。