湯彥斌

(四川省西核機電設備制造有限公司,四川成都,610500)

腐蝕與控制

鹽酸介質(zhì)設備內(nèi)防腐設計方案經(jīng)濟性比較

湯彥斌

(四川省西核機電設備制造有限公司,四川成都,610500)

正確選擇防腐材料是控制腐蝕的有效方法，可以使設備獲得經(jīng)濟、合理的使用壽命。本文對工藝介質(zhì)中含鹽酸成份的設備內(nèi)防腐方案做了分析介紹，對幾種材料的具體使用提供工程使用依據(jù)，并對各方案的經(jīng)濟性進行了對比，為其他類似材料提供參考。

鹽酸 防腐 聚四氟乙烯 碳化硅 蒙乃爾

1 概述

鹽酸是還原性強酸，具有極強的腐蝕性。只有一些貴金屬如鉭、鉑、金、銀和少數(shù)合金如鎳鉬鐵合金和含鉬高硅鐵對鹽酸具有良好的耐腐蝕能力(其腐蝕率根據(jù)介質(zhì)的濃度、溫度、pH值的不同而有所不同)。普通碳鋼、不銹鋼等在鹽酸環(huán)境中腐蝕十分嚴重，但多數(shù)非金屬材料對鹽酸具有良好的耐腐蝕性，如玻璃、陶瓷、碳、石墨、聚四氟乙烯等。在工程設計中，對盛裝鹽酸介質(zhì)的容器通常采用純玻璃鋼或碳鋼加內(nèi)襯的方式進行防腐，純玻璃鋼設備常用于常壓容器，碳鋼加內(nèi)襯的方式可用于壓力較高的工況，其結(jié)構(gòu)既滿足了設備強度、剛度的要求，又避免了大量使用貴金屬導致工程造價過高的問題，本文就彭州某石化項目急冷沉降槽為例，簡要介紹一些常用的以及一些新型的防腐方式。

2 設備參數(shù)

該裝置中的間戊二烯、單烯烴、C5溶劑等混合原料在反應器中，同催化劑(AlCl3)進行聚合反應，聚合反應產(chǎn)物在沉浸槽混入水后，產(chǎn)物中的催化劑水解終止聚合反應，催化劑水解過程中生成的鹽酸，雖然在沉浸槽中加入堿液以中和鹽酸，但在混合介質(zhì)中一直存在Cl-，故該工段后續(xù)設備如急冷沉降槽等 ，設備中介質(zhì)存在極強的腐蝕性。急冷沉降槽設備簡圖如圖1所示，主要參數(shù)如表1。

表1 急冷沉降槽設備主要參數(shù)表

圖1 設備簡圖

3 防腐方案分析

在工程設計中，設備防腐方案必須從防腐性能及工程造價兩方面予以考慮。設計中通常采用的方案有碳鋼襯塑及碳鋼襯蒙乃爾等，基層碳鋼提供強度及剛度保證，內(nèi)襯層提供防腐保障。

3.1 碳鋼襯玻璃鋼(CS+FRP)

玻璃鋼(FRP)采用玻璃纖維與一種或者多種熱固性或者熱塑性樹脂復合而成，根據(jù)復合樹脂的不同，可分為環(huán)氧樹脂玻璃鋼、酚醛樹脂玻璃鋼等。材料不僅具有較高的強度，還具有良好的耐腐蝕能力，對鹽酸、多種油類和溶劑都具有極強的抵抗能力，所以玻璃鋼在鹽酸環(huán)境使用較為廣泛。普通玻璃鋼使用溫度上限在70℃左右，但選擇高溫樹脂時，長期工作溫度可以達到200～300℃，完全可以滿足本設備防腐需要。

本方案缺點：對于設備在操作過程中存在急冷急熱情況，內(nèi)襯的玻璃鋼容易與鋼材表面剝離。這會導致防腐層破壞，內(nèi)部介質(zhì)直接與碳鋼表面接觸，產(chǎn)生腐蝕，影響設備使用壽命。同時剝離的玻璃鋼容易對物料進出口產(chǎn)生堵塞，影響正常生產(chǎn)操作。所以本方案后期維護要求較高，需要定期進行檢查及修復。另外，玻璃鋼老化現(xiàn)象嚴重，其在化學介質(zhì)、機械應力等作用下容易導致性能下降，需定期檢修。

3.2 碳鋼襯聚四氟乙烯(CS+PTFE)

聚四氟乙烯(PTFE)被稱為塑料之王，具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、耐腐蝕性，幾乎不溶于所有的溶劑，對酸堿具有良好的抵抗能力，同時其具有耐高溫的特點，是最佳的防腐材料。

襯聚四氟乙烯主要有兩種技術方案，一是采用聚四氟乙烯板材進行粘接，但是由于材料表面極其光滑，表面能低，表面對液體的接觸角大，潤濕性差，其與鋼材的粘附能力小，尤其在接縫處很更容易出現(xiàn)剝離，次方法僅適用于操作工況平穩(wěn)的場合。

目前開發(fā)出另一種新型的技術方案，采用噴涂的方法，由于本方法需要將溫差控制在2℃以內(nèi)，所以必須在專門的爐子內(nèi)進行噴涂，噴涂厚度約為200μm左右，與鋼材的粘合性非常好，且能有效地解決設備接管的內(nèi)襯，能方便快捷地施工。其長期工作溫度可以達到260℃，是非常理想的防腐技術。但目前西南地區(qū)防腐廠家現(xiàn)有的爐子均在3米以內(nèi)，對于大型設備不能完成噴涂處理，使其使用受到一定的局限性。

3.3 碳鋼襯碳化硅(CS+SiC)

內(nèi)襯碳化硅(SiC)方案是一項新興的防腐技術，其通過碳化硅、納米氧化鋁與高分子樹脂合成的復合材料。由于高含量的碳化硅硬度高達9.7(鉆石為10)，具有極好的耐磨損性能，在樹脂復合下又具有抗沖擊、抗脆裂、無電導、抗腐蝕等性能，對鹽酸具有較好的抗腐蝕能力，其長期工作溫度可達180℃。該方案施工簡單、方便，只需將調(diào)配好的材料均勻地刮涂在設備內(nèi)表面即可。

本方案的缺點在于對設備上直徑較小的接管無法進行內(nèi)部刮涂，接管材料須采用蒙乃爾不銹鋼。

3.4 碳鋼襯蒙乃爾不銹鋼(CS+NCu30)

蒙乃爾合金(NCu30)是以金屬鎳作為基體，添加銅、鐵、猛等其他元素而成的合金。該合金對鹽酸、硫酸、氫氟酸及其派生物具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。純蒙乃爾合金價格較貴，在防腐結(jié)構(gòu)中，通常采用碳鋼堆焊或者復合板結(jié)構(gòu)。本方案的優(yōu)點在于，整個設備全部采用金屬結(jié)構(gòu)，施工簡單，不會因為操作工況的不穩(wěn)定，而產(chǎn)生剝離現(xiàn)象，以及其他內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的老化、裂紋等問題，后期維護方便、簡單。

4 技術經(jīng)濟性比較

上述幾種方案由于原材料及制造等價格不同，整個設備的造價存在較大的差異。急冷沉降槽設備內(nèi)表面積約42m2，重量約為4.9噸，基層材料Q345R，其含基材在內(nèi)的總造價如表2。

表2 急冷沉降槽設備不同防腐方案下的總造價比較

注：本價格為防腐廠家的初步報價，不代表最終價格，僅做分析比較用,Q345R制作費用按1.1萬元/噸計算。

5 方案確定

根據(jù)本案例中設備具體尺寸、各防腐方案的優(yōu)缺點比較及經(jīng)濟性分析，最終選擇CS+FRP，在實際運用中該設備運行良好，防腐效果理想。

6 結(jié)語

通過本案例的綜合分析及工程實際運用：當設備運行工況穩(wěn)定選用CS+FRP最為合理；當設備運行工況存在急冷急熱，且直徑和長度小于3米時，選用CS+PTFE噴涂方案較為合理，同時也可以選擇CS+SiC；蒙乃爾復合板可用于鹽酸環(huán)境下的一切工況；當設備運行工況不穩(wěn)定，且規(guī)格超過3米時應根據(jù)初期造價及后期維護兩方面綜合考慮確定方案，確保設備運行的安全性、可靠性和經(jīng)濟性。

[1] 左景伊.腐蝕數(shù)據(jù)與選材手冊[M].北京:化學工業(yè)出版社,2004.

Design Scheme Economical Comparison of HydrochloricAcid Device of Inner Anti-corrosion

TangYanbin

(SichuanWesternNuclearElectromechanicalEquipmentManufactureCo.Ltd，Chengdu610500,Sichuan,China)

Right choice of anti-corrosion material is efficient for corrosion control, which can make device gain economical and reasonable service life. This article introduces inner anti-corrosion schemes of device with hydrochloric acid in process fluid , and practical usage of some materials in projects. With the economical comparison between different schemes, similar material choice and usage can take a reference.

hydrochloric acid; anti-corrosion; polytetrafluoroethylene; carborundum; monel