周衛(wèi)

（滁州職業(yè)技術學院,安徽 滁州 239000）

0 引言

外盤管式反應釜一般由釜蓋、外盤管、釜體、攪拌器、軸封傳動裝置及支架等組成。反應釜外部由一圈一圈的半圓形外盤管嵌在反應釜殼體上。這種類型的反應釜具有加熱速度快、耐高溫、使用方便等特點，廣泛應用于精細化工行業(yè)的橡膠、農(nóng)藥、染料、樹脂的生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中需要完成硫化、硝化、氫化、聚合、縮合、烷化等工藝反應過程［1］。在這些工藝反應過程中，存在有毒有害、易燃易爆、腐蝕較強的危險化學品和高溫高壓生產(chǎn)工況，如果生產(chǎn)過程反應釜存在一些缺陷，極易發(fā)生危險化學品泄漏而導致重大事故的發(fā)生。因此針對精細化工行業(yè)中反應釜應用存在的問題，除了通過HAZOP（風險與可操作性）分析，來預防反應釜超溫超壓導致的事故外，還應采取行之有效的措施預防反應釜設備缺失/問題，系統(tǒng)性地提高其可靠性，以避免反應釜內(nèi)的危險化學品泄漏引發(fā)重大事故。

1 外盤管式反應釜設備腐蝕的原因

筆者針對外盤管式反應釜在生產(chǎn)工藝過程、設備結構設計、設備腐蝕等方面進行研究分析，總結出了一些造成反應釜殼體或外盤管泄漏的常見原因。

1.1 工藝過程中反應釜殼體腐蝕減薄

在物料使用和物料反應過程中，物料對反應釜腐蝕導致反應釜泄漏，例如反應釜在用于生產(chǎn)酚醛樹脂時，其原料主要包括苯酚、有機酸或硫酸作為催化劑，甲醛以及固醛等，由于在合成的中間階段，加入液醛后，液體甲醛中含有較多的水，為苯酚和催化劑的電離提供了條件，體系的酸性增強，破壞了不銹鋼表面鈍化膜穩(wěn)定存在的環(huán)境［2］，使得不銹鋼鈍化膜破壞，材料進一步溶解。且工藝中所使用的催化劑中烷基類磺酸的酸性較強，而草酸則是一種弱酸，但草酸具有一定的絡合性和還原性，可以對腐蝕產(chǎn)物有絡合作用，阻止了不銹鋼的鈍化反應，促進了反應釜壁的腐蝕。

而且，在反應釜內(nèi)合成體系中的各種酸性環(huán)境均為非氧化酸性體系，甚至為還原性酸性體系，這不利于不銹鋼鈍化膜的穩(wěn)定存在。此外，合成中苯酚與水互溶后的體系形成的微乳化介質(zhì)削弱了水在不銹鋼鈍化中的作用，即削弱了不銹鋼在活性溶解后溶解產(chǎn)物的水解、成膜過程，使得其表面無法形成鈍化膜，因而在周期性的合成生產(chǎn)中使得反應釜壁不斷地發(fā)生腐蝕，導致反應釜殼體減薄。

1.2 反應釜加熱過程中外盤管腐蝕

1）反應釜外盤管熱應力腐蝕，一般由于反應釜加熱在啟停過程中，如果溫升率和溫降率超過規(guī)定范圍，那么會導致管子和板子的熱應力增大，使得焊縫或脹接處出現(xiàn)損壞，特別是在反應釜底部，加熱盤管曲率半徑較小變形的部位，從而引起端口泄漏。

2）反應釜外盤管沖刷侵蝕，一般由于反應釜加熱過程中，蒸氣流速和含水量較高時，會導致蒸氣的氣水兩相流對管子外壁進行沖刷，進而使管壁變薄甚至穿孔損壞。

1.3 外盤管式反應釜材料選型不當導致腐蝕

用于各種濃度的酸、堿、鹽、強氧化劑、有機化合物及其他所有強腐蝕性化學介質(zhì)的外盤管式反應釜殼體材料如果出現(xiàn)選型不當，外盤管材質(zhì)不好、管壁厚度不均勻、管板的厚度不夠、管子有缺陷等情況，一旦反應釜操作異?；虿▌拥墓r情況發(fā)生，就很容易導致反應釜殼體腐蝕減薄、外盤管損壞，從而造成危險化學品泄漏。

2 外盤管式反應釜腐蝕預防措施

2.1 預防工藝過程中反應釜殼體腐蝕減薄的措施

針對物料使用和物料反應過程中，造成反應釜殼體腐蝕減薄的預防措施，除了嚴格按化工產(chǎn)品的操作規(guī)程操作，杜絕超壓、超溫、超液位的現(xiàn)象外，還要評估反應釜投返工料和洗釜等操作可能對反應釜壁的不良影響。

另外，針對生產(chǎn)酚醛樹脂的反應過程中物料對反應釜腐蝕形成的原因，通過失效分析及修復方法研究得出：造成反應釜壁腐蝕的原因是由于體系的還原性酸介質(zhì)和微乳化的介質(zhì)使316L 不銹鋼難以進入鈍化狀態(tài)，而一般耐蝕性合金主要是通過鈍化層的穩(wěn)定性來實現(xiàn)其耐蝕效果，因此，在進行多項篩選試驗的基礎上，會發(fā)現(xiàn)引入其他合金鍍層也難以達到理想的效果。而鍍鈀層的引入機理與其他通過鍍層本身的穩(wěn)定性來防腐的機理不同，由于鈀的電極電位較高，在鈀層與316L 不銹鋼同時存在于合成介質(zhì)中時，鈀的存在可以促進不銹鋼的鈍化。因此，鍍鈀層的主要形式不是通過在釜壁上獲得完整的鈀鍍層來實現(xiàn)對反應釜釜壁的屏蔽保護，而是在其表面鍍覆金屬鈀鍍層，來實現(xiàn)鈀膜層促進316L 不銹鋼表面的鈍化，從而能顯著降低其在溫度較高硫酸中的腐蝕速率，這樣就可以通過較少的投入條件下，實現(xiàn)對反應釜壁的防護效果。

2.2 預防反應釜加熱過程中外盤管腐蝕的措施

1）預防反應釜加熱過程中外盤管熱應力腐蝕，制定并規(guī)范反應釜溫升率和溫降率范圍，避免使管子和板子的熱應力增大，導致焊縫或脹接處出現(xiàn)損壞；另外在針對在反應釜底部，加熱盤管曲率半徑較小變形的部位，建議做成局部夾套。

2）預防反應釜加熱過程中外盤管沖刷侵蝕，在反應釜加熱過程中，應嚴格控制蒸汽流動的速度，在管網(wǎng)引入蒸汽時，及時排凈凝液，避免蒸汽的氣水兩相流對管子外壁進行沖刷，從而導致管壁變薄甚至穿孔損壞。

3 外盤管式反應釜設備防腐材料選擇與評價

針對使用各種濃度的酸、堿、鹽、強氧化劑、有機化合物及其他所有強腐蝕性化學介質(zhì)進行反應的外盤管式反應釜設備，首先須考慮材料的耐腐蝕性能，根據(jù)既定的介質(zhì)的工況（介質(zhì)的溫度、流速、受熱及散熱條件、受力類型及大小等）和介質(zhì)的化學性質(zhì)（介質(zhì)的成分、PH 值、含氧量、可能發(fā)生的化學反應等）結合常用材料的性能進行篩選；其次考慮預期設備的使用壽命，材料的選擇須滿足整個生產(chǎn)裝置要求的使用壽命；一般選用鋼襯ETFE（四氟乙烯）等反應釜，其防腐性能相對較好；另外，如果服役環(huán)境為酸性的非氧化性介質(zhì)，結合目前常用的材料使用情況，可以考慮鎳基合金、雙相不銹鋼、鈦合金等材料。針對使用酸、堿、鹽及大部分醇類的液態(tài)，進行食品以及藥品提煉的，一般選用襯膠、搪瓷、鈦鋼、鋼襯PE（聚乙烯）等反應釜［3］；對于反應釜外盤管的材質(zhì)、管壁和厚度的選型，須根據(jù)加熱介質(zhì)、外盤管的布局、操作參數(shù)等進行設計計算，從而防止反應釜外盤管應力腐蝕。

4 小結

對于精細化工企業(yè)而言，外盤管式反應釜是化工裝置生產(chǎn)的核心，是公司的重要財產(chǎn)，也是化工裝置長周期安全運營的保障，做好外盤管式反應釜預防性維修和設備材料選擇與評價、規(guī)范設計和工藝操作等行之有效的措施，來預防外盤管式反應釜腐蝕問題，能系統(tǒng)性地提高反應釜的可靠性，可以避免反應釜內(nèi)的危險化學品泄漏和由此引發(fā)的生產(chǎn)安全事故。