摘要：有机胺法脱硫工艺在脱硫过程中会产生腐蚀性较强的硫酸酸雾，本文介绍了在不同温度和酸碱环境下耐腐蚀性良好的４种常用非金属材料，通过比较４种常用金属在不同质量分数和温度条件的硫酸介质中腐蚀情况，研究在该条件下影响金属腐蚀的关键因素，同时介绍了仪表的选型要求和注意事项。通过选择合适的仪表材料既实现了防腐的目的，又保障了装置的长期稳定运行和操作维护人员的人身安全。KJU压力变送器_差压变送器_液位变送器_温度变送器
随着中国对大气排放指标的要求愈加严格，硫回收尾气处理工艺的选择也越来越难。有机胺法是目前常用的尾气处理工艺，能将排放尾气中
ρＳＯ２降低到１００ｍｇ／ｍ３以下。但部分有机胺法脱硫工艺在脱硫过程中会产生以酸雾形式存在的硫酸，ｐＨ值很低，腐蚀性较强，对装置内的设备及仪表材质的选择是很大的挑战。
本文结合某项目的设计和投产实践，对有机胺法脱硫等稀硫酸工艺装置中关键仪表的选型进行了论述，供广大设计人员参考与探讨。
１ 工艺流程特点
含硫尾气先经过焚烧炉过氧焚烧，使尾气中的Ｈ２Ｓ全部转化为ＳＯ２和ＳＯ３；再经过急冷塔、过冷塔，将尾气中大部分的ＳＯ２和ＳＯ３吸附到溶剂中；然后经过电除雾器将烟气中的酸雾脱除，再进入ＳＯ２吸收塔将尾气中残留的ＳＯ２吸附；#后经过尾气加热器排出烟囱。有机胺法脱硫工艺流程如图１所示。
该工艺过程中，尾气中大量的ＳＯ２和ＳＯ３被吸附到急冷水中形成质量分数为１０％以下的Ｈ２ＳＯ３和Ｈ２ＳＯ４混合溶液，温度在７０℃左右，有较强的腐蚀性。另外，含硫尾气来自炼厂中的各工艺装置，成分比较复杂，可能还含有少量氮氧化物，因而急冷水中可能也溶解有少量的ＨＮＯ３。急冷后的含硫尾气中也因水蒸气的存在形成了一定浓度的酸雾，有较强腐蚀性。在急冷塔顶出口及过冷塔顶出口至电除雾器的管线及设备内的烟气中均有酸雾存在。因此，上述这些部位的仪表必须满足相应的耐腐蚀性要求。
２ 硫酸腐蚀性及耐蚀材料简介
不同温度和浓度的硫酸，其腐蚀机理差异较大。ωＨ２ＳＯ４为６５％以下的硫酸在任何温度下都是还原性，主要引起电化学腐蚀；ωＨ２ＳＯ４在６５％～８５％的硫酸低温下为还原性，高温或沸点下为氧化性，主要引起电化学腐蚀，也有部分氧化性腐蚀；ωＨ２ＳＯ４在８５％～１００％的硫酸及发烟硫酸在所有温度下都呈氧化性，主要引起氧化性腐蚀。浓硫酸有很强的脱水性和强氧化性，会与生物组织中的碳水化合物发生脱水反应并释放出大量热，所以硫酸，特别是高浓度的硫酸，一旦泄漏会对人员造成极大伤害。
根据硫酸的具体特性，仪表设备可对应选择非金属和金属材料，以满足耐腐蚀要求。
１）大多数非金属材料都具有良好的耐稀硫酸腐蚀性，其中比较常用于仪表的非金属材料主要有聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ／Ｆ４）、聚氯乙烯（ＰＶＣ）、聚全氟乙丙烯（ＦＥＰ／Ｆ４６）、玻璃钢等。
ａ）ＰＴＦＥ热稳定性极好，在－２００～２４０℃下均能稳定使用。
ｂ）ＰＴＦＥ还有较好的化学稳定性，耐腐蚀性较强，可耐各种浓度硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸等。
ｃ）ＰＶＣ实际使用温度为－１０～５０℃，有较好的化学稳定性，在５０℃以下除强氧化性酸外，能耐大部分酸、碱、盐的腐蚀。
ｄ）ＦＥＰ耐低温性能好，耐高温性略低于ＰＴＦＥ，应用温度为－２６０～２００℃。耐腐蚀性与ＰＴＦＥ相似，有较好的化学稳定性，能耐大部分的酸、碱、盐的腐蚀。
ｅ）玻璃钢质量轻、强度高，有较好的耐腐蚀性，可耐大部分酸、碱、盐腐蚀，且玻璃钢有优良的绝缘性及可塑性，一般常用于制作保温箱、电缆槽盒等。
２）常用于硫酸介质的金属材料主要有Ｍｏｎｅｌ合金、哈式Ｂ合金、哈式Ｃ合金、铅、钽等。
ａ）Ｍｏｎｅｌ与哈式合金均为高镍合金。Ｍｏｎｅｌ合金对一定温度与浓度的碱溶液及中等温度的稀盐酸、稀硫酸、磷酸是耐腐蚀的，尤其耐氢氟酸腐蚀性较好。但Ｍｏｎｅｌ合金在浓硫酸、硝酸等强氧化性酸及氧化性盐中是不耐腐蚀的，Ｍｏｎｅｌ合金在不同ωＨ２ＳＯ４中的年腐蚀情况曲线如图２所示。
ｂ）哈式合金在非氧化性无机酸和有机酸中有很高的耐腐蚀性。哈式Ｃ合金在各种浓度的冷硝酸中有较高稳定性，并可耐质量分数为７０％的沸腾硝酸腐蚀，哈式Ｃ合金在不同ωＨ２ＳＯ４中的年腐蚀曲线如图３所示，哈式Ｂ合金在热浓盐酸中有很高的耐蚀性，哈式Ｂ合金在不同ωＨ２ＳＯ４中年腐蚀情况如图４所示。
ｃ）铅合金硬度比较高，在含硫化物大气中比镍合金更耐腐蚀。铅合金在稀硫酸中极耐腐蚀，但不耐浓硫酸腐蚀。
ｄ）钽合金有极高的耐腐蚀性。钽合金除不耐热浓硫酸、发烟硫酸、磷酸等腐蚀外，能耐大部分酸腐蚀，钽合金在不同ωＨ２ＳＯ４中的年腐蚀情况如图５所示。硫酸对金属材料的腐蚀性和诸多因素有关。从图２～图５中可以看出，硫酸的浓度和温度对材质的腐蚀速率影响很大，是材质选择中的关键因素。不同浓度的硫酸对金属的电化学腐蚀程度差别较大，温度对腐蚀速率影响也较大。一般来说温度越高，腐蚀反应的速度也会越快。
３）ｐＨ值不但会影响材料的腐蚀速率，而且对金属表面膜或腐蚀产物的溶解度也有重要影响。介质中其他腐蚀成分的含量同样会影响金属材料的腐蚀速率。例如工艺介质中是否含有ＮＯ－３，对能否选择Ｍｏｎｅｌ材质的仪表有很大影响。另外，介质的流动速度也会影响金属材料的腐蚀速率。
３ 仪表选型注意事项
用于硫酸工艺参数测量的仪表选择材质时，要综合考虑材质的耐蚀性、价格以及仪表测量原理要求等因素。
１）温度仪表选型。温度仪表的保护套管直接接触腐蚀性介质，一般可选用非金属材质隔离或直接选用耐酸腐蚀的金属材质。金属材质套管传热快，温度反馈较灵敏，但耐腐蚀性较非金属材质差一些。
若采用非金属材质隔离方案，套管材质可选用普通３０４不锈钢热熔喷涂ＰＴＦＥ，也可用３０４不锈钢直接加装ＰＴＦＥ护套。使用ＰＴＦＥ热喷涂的优点是充分耐酸腐蚀；并且不易脱落，缺点是需要专业喷涂设备，成本较高。做ＰＴＦＥ护套优点是成本较低，并能充分耐腐蚀；缺点是容易脱落，且对精度有一定影响。套管也可选用耐酸腐蚀的金属材质。经查阅图２～图４，在７０℃、ωＨ２ＳＯ４为１０％的溶液中Ｍｏｎｅｌ合金的腐蚀速率约为０．３ｍｍ／ａ，哈式Ｂ合金约为０．１ｍｍ／ａ，哈式Ｃ合金约为０．０５ｍｍ／ａ。由于介质中存在的少量ＨＮＯ３会对Ｍｏｎｅｌ合金产生较大腐蚀，综合经济等因素考虑，套管材质tuijian选用哈式Ｃ合金。考虑到管线中介质的流动冲刷、管线振动等因素会加剧腐蚀速率，建议套管厚度不小于８ｍｍ。
常用的变送器膜片材质为３１６Ｌ不锈钢，对硝酸、冷磷酸及其他无机酸、海水、湿空气及碱液有较高的耐腐蚀性，但在硫酸、盐酸、氢氟酸等介质中的化学稳定性较差。如果用于本文所述工况，膜片材质可选择耐酸腐蚀的金属材料，或选择３１６Ｌ喷涂非金属材质。
可用于耐酸腐蚀的金属膜片有哈式Ｃ２７６合金、Ｍｏｎｅｌ４００合金、钽合金等材质。因膜片过厚会对压力传导产生较大影响，目前国内外主流生产厂家膜片厚度约０．０６～０．１ｍｍ。经查阅图２～图５，在７０℃、ωＨ２ＳＯ４为１０％的溶液中Ｍｏｎｅｌ合金的腐蚀速率约为０．３ｍｍ／ａ，哈式Ｃ合金约为０．０５ｍｍ／ａ。所以如果用作膜片材质，Ｍｏｎｅｌ合金使用寿命均不足１ａ，哈式Ｃ合金使用寿命在１ａ左右。
钽合金稳定性高，在该工况下腐蚀速率小于０．０１ｍｍ／ａ，使用寿命可达到３ａ以上。目前工艺装置检修周期一般为３ａ左右，因此膜片材质选择钽合金较好。
选择３１６Ｌ膜片喷涂非金属材质时，一般采用ＰＴＦＥ，可熔性聚四氟乙烯（ＰＦＡ）热熔后喷涂，这对生产厂家的工艺设备要求比较高。这种方式下，膜片使用寿命较长，价格同钽膜片相近，但厂家加工水平对精度有一定影响。还有一种陶瓷包覆膜片耐腐蚀性优良，但其对供应商的加工水平要求较高，价格也较为昂贵，其价格为钽膜片３倍左右。综合经济因素，不建议膜片采用该种材质。
在用于硫酸工况测量时，隔膜压力表及
单法兰压力变送器宜配带冲洗环，用于在仪表维护时泄压，避免拆卸过程中介质喷溅造成人员伤害。
３）流量仪表选型。考虑到介质的强腐蚀性，测量流量时一般选用
电磁流量计。电磁流量计衬里宜选择ＰＦＡ，ＰＴＦＥ等材质。电极材质可选哈式Ｃ合金、钽合金等。因工艺管道一般选用带内衬的金属管道，为保证电磁流量计可靠接地，必须配带接地环，接地环宜与电极选择同种材质。
４）液位仪表选型。就地液位测量宜选用玻璃板液位计，玻璃板宜选用透光式，接液金属部件内衬或喷涂ＰＴＦＥ，避免介质腐蚀。当远传液位仪表选用浮筒液位变送器时，宜选用非金属浮子，筒体内衬ＰＴＦＥ。如选用
双法兰液位变送器，其膜片材质选择与前述单法兰压力变送器相同。液位计宜设计密闭排放措施，防止排出的废液对人员造成伤害，对平台、结构造成腐蚀。由于急冷塔及过冷塔塔顶均有液体喷淋，塔壁会有壁流，影响
音叉开关等插入到塔内部仪表的测量，应在每个液位计管嘴上方设置防冲挡板，避免壁流引起的测量波动。
５）阀门选型。该工况下的控制阀如果整体采用耐酸金属材质，价格将十分昂贵，因而一般选择衬塑阀，也可选择隔膜阀。调节阀一般选用衬塑波纹管密封调节阀，碳钢材质，阀体、阀内件等内衬或包覆ＰＴＦＥ和ＦＥＰ等耐酸材质，避免碳钢材质接液。而阀杆处使用波纹管密封，可有效防止介质从阀杆处外漏。尾气主管口径大、压差低，宜选用衬塑蝶阀，阀座一般选择ＰＴＦＥ材质，阀板及阀杆接液部件则包覆ＰＴＦＥ或ＦＥＰ。切断阀一般选用衬塑球阀，阀体及阀芯接液部件内衬或包覆ＰＴＦＥ和ＦＥＰ，防止腐蚀。
４ 其他注意事项
仪表的及时维护也有助于改善仪表的腐蚀情况。例如停工检修期间，应使用氮气及时将仪表导压管、膜片等接液部位的介质吹扫干净，避免腐蚀性介质在这些部位残留，接触氧气后加速仪表腐蚀。
５ 结束语
仪表材料的防腐选择一直是仪表设计过程中非常重要的环节。仪表的防腐问题不仅影响到装置的长期稳定运行，更对操作维护人员的人身安全至关重要。笔者认为自控设计人员应多方查阅资料，针对具体工况综合分析，选择经济合理、安全可靠的方案，保障装置的安全稳定运行，为企业赢得更大的效益。
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