不锈钢复合板在焦化行业脱硫系统中的研究与应用

摘 要：焦炉脱硫及再生塔的内壁长期处于焦炉煤气和脱硫液的冲刷和浸泡,设备腐蚀严重。采用热轧不锈钢复合板制作脱硫及再生塔，工艺技术清洁环保，与其它材料比具有耐蚀性能好、工程造价低、维护周期短、使用寿命长等特点。

关键词：热轧不锈钢复合板 脱硫塔 再生塔 清洁环保

中图分类号： TF764+.1文献标识码：A 文章编号：

一、前言

在焦化行业煤气精制过程中，硫化物的脱除是一个重要的工序,然脱硫塔和再生塔的内壁因长期处于焦炉气和脱硫液的冲刷和浸泡,设备腐蚀情况非常严重。如济钢、邯钢、柳钢、石钢、攀钢等钢铁企业都安装了脱硫设备，在2004年以前均采用的是内衬防腐材料或喷铝工艺增强脱硫塔及再生塔的耐腐蚀性能，但在调试期间或使用一年后内衬、喷涂防腐材料就开始脱落，造成碳钢壳体腐蚀漏气，不得不暂停生产进行修补，因此设备的腐蚀问题已影响到企业的正常运转，有些企业脱硫设备甚至运行不到半年就出现严重腐蚀，如果不及时进行修补或更换，将会酿成重大生产事故，导致有害物质的跑、冒、滴、漏现象，给环境带来新的污染。脱硫工程中因防腐措施不当，脱硫塔及再生塔被腐蚀而不能正常运行的例子不胜枚举。而不锈钢材料虽然具有良好的耐腐蚀性能,可以大大满足使用厂家生产设备的耐腐蚀需求,在国内外的推广应用也取得了一定成果，但其高昂的工程造价使众多厂家望而兴叹。因此，解决脱硫塔及再生塔设备的腐蚀问题就成为保证脱硫系统稳定运行、降低脱硫成本的重要课题。

二、材料的选择

由于脱硫塔和再生塔的内壁长期处于焦炉煤气和脱硫液的冲刷和浸泡,故设备腐蚀速度较快，因此脱硫塔和再生塔的内壁防腐就成为延长设备使用寿命的重中之重。然而，在脱硫系统中防腐材料的选用则是一个关键技术，但工程造价和材料的耐腐性是一个自相矛盾的问题，因为如果采用耐腐蚀性能好的材料则工程造价就会大幅度提高，如果采用工程造价低的材料则其使用寿命就会减小，同样其维护费用也会提高。所以，寻找一种经济、耐用的防腐材料已成为一个国际性问题。

调查结果表明，脱硫系统中材料所占设备总造价的比重是相当高的，为了不断降低费用，80年代起，国内外专家一直在寻求一种造价低、耐高温、耐腐蚀的材料。目前，脱硫塔及再生塔内部防腐蚀防腐材料主要有：

（一）用碳钢衬玻璃钢、玻璃鳞片或橡胶内衬等材料或采用喷铝等工艺。这些材料及工艺因耐磨性较差和各材料膨胀系数不同，经常出现内衬脱落、破损的现象，导致防腐失败。另外，由于工艺方法在施工时对大气、湿度、温度、天气要求比较严格，如果施工中存在如气泡、裂纹等缺陷，脱落现象就在热应力作用下迅速发展，当腐蚀介质渗透进去后又起到了加速作用。

（二）不锈钢材料。在常规脱硫塔及再生塔生产实践所预定的设备使用寿命期间，不锈钢材料可确保低的维修成本和高的设备利用率。不锈钢材料之所以具有耐腐蚀性是因为在大气环境下，它们会自发形成一层薄薄的、富铬的表面氧化钝化膜，在脱硫系统经常出现的恶劣腐蚀环境中，这层膜可防止腐蚀。所有铬含量大于12%的合金，通常都具有这种形成氧化膜的能力。显然，氧化膜的成分随材料成分的不同而不同，但即使膜发生损坏，它在许多介质环境下仍具耐腐蚀性。不过，不锈钢材料虽然具有较好的耐腐蚀性能，但同时也使工程造价大幅提高，无形中增加了焦化项目的投资，在国外尤其是美国应用较多，但不太适合中国国情，这也是该材料未能在国内大面积推广的原因之一。

（三）不锈钢复合材料。不锈钢复合材料是以碳素钢或合金钢为基层，不锈钢为复层，经不同的加工工艺复合而成的新金属材料，各界面形成金属键集结合，不锈钢复合材料由基层来保证复合钢板的强度，由复层来保证复合钢板的耐腐蚀等性能。它既不是不锈钢也不是碳素钢或合金钢，它综合了构成组元的优点，而使单组组元的性能不足得到克服，它即优化了材料设计，又体现了合理使用材料的原则。同时不锈钢与碳素钢复合而成的不锈钢复合板也以能够降低成本，节约稀缺资源，成为推动不锈钢复合板替代不锈钢的经济因素所在。而不锈钢复合材料在焦化脱硫塔及再生塔项目中应用，不仅可以向碳钢塔器一样具有较高的结构强度，还能向不锈钢材料具有较好的耐腐蚀性能，但工程造价仅有不锈钢塔器的三分之一。因此，不锈钢复合材料已成为各国脱硫工作者在焦化脱硫项目中的首选材料。

1、不锈钢复合材料主要制造方法有:爆炸复合法、热轧复合法。而采用爆炸复合法生产不锈钢复合板存在着缺点、不足和局限性。首先，采用爆炸方法生产不锈钢复合板多在野外进行，难免受气候和天气的影响，因此交货周期无法保证，第二，因爆炸复合使用的炸药为国家严格管控的危险物品，当国家安全形式紧张或召开大型活动、会议时也会限制其使用，同样交货期无法保障；第三，难于实现连续化、自动化，因此无法形成规模化生产；第四，在质量上，爆炸复合法有一个中心起爆点无法复合，须进行挖除补焊；第五，爆炸复合形成的结合面为锯齿状，该结合状态大大降低了不锈钢复合材料的有效耐蚀厚度（图1、图2）；第六，对于爆炸复合法来说，由于炸药控制问题板幅不能一般不超过20平米，厚度一般不小于16mm，这极大限制了设备制造业向装备大型化、轻量化发展道路；第七，当不锈钢复合材料订购宽度超过不锈钢卷板宽度时，一般都需要进行拼焊，爆炸成型后须要进行挖除补焊，无形中降低了设备运行安全系数；第八，由于爆炸复合时产生的地震波和冲击波对周围的环境和居民生活造成极大的破坏，因此西方国家已明令禁止使用该工艺方法生产复合材料。

图1爆炸锯齿结合状态 图2热轧线状结合状态

2、与其相比，热轧复合工艺具有以下优势：第一，由于该工艺是在高速化、连续化、大型化、精良化的钢厂完成，生产效率快、生产成本低，可进一步降低用户工程造价；第二，该工艺复合过程是在厂房内完成，不受天气和气候影响交货周期短、交货速度稳定，可大大降低用户的采购周期，从而为工程进度及资金调配提供方便；第三，该工艺复合过程无粉尘、噪声等环境影响，不会对环境造成破坏，属于国家提倡性绿色清洁、环保工艺；第四，该工艺利用金属在高温、高压下极好的延展性能，通过大型轧机轧制后，复合强度及复合率高（表1、表2），且最大交货板幅可超过35平米，并可实现该板幅无不锈钢拼接焊缝，这不仅大大减少设备焊缝降低制作费用，还极大提高了设备安全系数。

表1热轧不锈钢复合板主要性能

表2 爆炸不锈钢复合板公司产品主要性能

三、工程案例

济钢焦化厂在2004年前也曾多次发生脱硫塔及再生塔被腐蚀而造成停车的事故，它不仅严重影响设备的稳定运行，缩短了设备的使用寿命，而且增加了维修和运行费用。2004年济钢6号、7号焦炉脱硫塔及再生塔的设计制作中，首次使用了济钢自主研发生产的热轧不锈钢复合材料。至2013年，济钢焦化厂的6号、7号不锈钢复合板脱硫塔及再生塔一直处于正常、稳定、高效运行，未发生任何腐蚀泄露事故，且运行近九年以来从未发生过停机检修情况

经计算，采用热轧不锈钢复合板制作脱硫塔及再生塔比碳钢加重防腐方式维护周期增加18年，节约维护费用800万元（保守估计）；较纯不锈钢制作可降低工程造价828万元。

四、结束语

综上分析，使用热轧不锈钢复合板制作焦化行业脱硫塔及再生塔不仅可降低设备维护费用及工程造价，还可以推动焦化脱硫设备向大型化、轻量化发展。另外，对焦化厂节能降耗、清洁文明生产也具有重要意义。因此，应作为首选工艺材料。

参考文献

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2 马志新 胡捷 李德富等.层状金属复合板的研究和生产现状[J].稀有金属，2003,11（6）：800

3 庞玉华 张郑 吴成等.轧制304/Q235复合板工艺研究[J].重型机械,2004,4:27