硫酸铝生产设备腐蚀与防护

2012-09-11刘宝江

河南化工 2012年3期

关键词：耐酸瓷板胶泥

刘宝江

(河北省卢龙县双益磷化有限责任公司，河北卢龙066403)

硫酸铝生产设备腐蚀与防护

刘宝江

(河北省卢龙县双益磷化有限责任公司，河北卢龙066403)

针对硫酸铝生产过程中腐蚀性介质特性，以经济耐用为原则，结合生产实践经验，全面介绍了设备、管道材料和防腐措施的选择方案。在工艺操作方面，提出降低反应搅拌速度，沉降工序取消加酸中和，可以减轻对设备的腐蚀。

硫酸铝生产设备;腐蚀与防护

硫酸铝是基本无机化工产品，主要用于水处理、造纸行业，其次用于水泥建材、食品添加剂、医药等行业。到2011年底中国硫酸铝生产厂家超过200家，生产能力达到130万t，年产量突破110万t，年出口量在10万t以上，是世界上最大的硫酸铝生产国［1］。硫酸铝生产工艺成熟，多数厂家采用铝土矿加压酸溶法，生产过程包括磨粉、反应、固液分离(沉降或过滤)、浓缩、结晶、粉碎包装等工序。由于所用原料硫酸及半成品硫酸铝溶液的性质，加上工艺操作必须的温度、压力、流速等因素的影响，使相关的设备、管道、阀门处于极易发生腐蚀的环境之中。合理的选择设备及管道材料，采用经济适用的防腐措施，可以延长装置的使用寿命，减少维修量，减少故障停车时间，有利于装置更好地发挥效力。

本文针对硫酸铝生产的介质特性、工艺条件，依据本单位生产实践并结合同行业的经验，以经济耐用为原则，对硫酸铝生产装置腐蚀与防护提供切实可行的方案。(本文不涉及设备及管道的外表面腐蚀及防护)

1 调浆罐

调浆罐受到的危害来自两个方面，一是料浆内含有约62%(与矿石品位有关)的固形物(粒度为80%～90%过60目)，在搅拌作用下，以一定速度对罐体产生冲刷磨损;二是料浆是用硫酸铝溶液调制的，呈微弱酸性会对铁碳合金产生腐蚀。这就要求罐体既要耐稀酸腐蚀，又要具有一定的耐磨性。可以采用整体不锈钢(比如1Cr18Ni9Ti)制作罐体，也可以碳钢作罐壳，环氧玻璃钢作防渗层，内衬耐酸瓷板作衬里。

2 反应釜

反应釜是铝土矿和硫酸进行加压反应的容器，反应温度最高可以达到170℃左右，反应压力在0.33 MPa左右，反应初期酸浓55%～59%，反应操作属于间歇式，对釜体的要求是在较高温度下耐稀酸，承受一定的操作压力，具有热稳定性，能够满足耐磨性要求。实践证明以碳钢做壳体内复合砖板衬里的结构是经济实用的措施。具体做法是:在壳体表面先做厚度3～5mm的搪铅层作为衬里隔离层，里层为2～3层耐酸板衬里。如果仅做一层瓷板衬里，由于壳体受温度变化敏感，产生热胀冷缩，加上釜内温度、压力的变化导致瓷板极易脱落。2～3层板衬里隔热、防渗效果好，使壳体温度变化缓慢，使衬里胶黏剂的黏接力能够承受温变产生的应力，瓷板不易脱落。

2.1 板材的选择

里层因温度相对较低可以选用耐酸瓷板，表层不但要承受稀酸的腐蚀还要承受较高的温度变化，耐酸耐温陶砖优于耐酸瓷板。耐酸瓷板做表层时，使用一定时期后，在瓷板边缘开始出现爆皮脱落。双益公司有一台反应釜衬里为二层瓷板外加一层陶砖，砖板衬里的寿命在5年以上。

表1 硫酸铝生产中需要采取防腐措施的设备及管道

2.2 胶泥材料的选择

里层可选呋喃胶泥或水玻璃胶泥，表层可选水玻璃胶泥。尽管水玻璃胶泥孔隙较大，在稀酸环境下抗渗性降低，但是它具有较高的使用温度(最高400℃)［2］，这是其它树脂胶泥不具备的，是较高温度下的表层胶泥首选。

2.3 搅拌桨材料的选择

既要有良好的机械性能，又要有较高温度下耐稀酸腐蚀性能，在常用的金属、非金属材料中，没有一种特别适合的材料，仍以传统的碳钢表面搪铅为首选。为了延长桨叶的使用寿命，应从适当降低搅拌速度入手，有资料表明，20%硫酸在24℃时铅的腐蚀率当流速为1.5 m/s，铅的腐蚀率就会急剧增加到0.26 mm/a左右，可以认为这就是硫酸铅保护膜耐蚀性的极限［3］。反应釜搅拌浆所处的环境比上面要恶劣得多，物料中有稀酸，操作时有压力，还有颗粒物对硫酸铅保护膜的磨损。以桨叶边缘半径R=450 mm为例，当转速分别为60、40、30 r/min时，桨叶边缘速度分别为2.827、1.884、1.413 m/s，可见铅层处于高腐蚀率环境下。双益公司早期搅拌浆的转速为60 r/min，最长使用四个月桨叶就被腐蚀需要更换，后将转速降为40 r/min，桨叶的磨损腐蚀大为改善，可维持一年的使用时间。由于反应进行的先决条件是温度、压力、酸浓，其次是矿浆细度，而搅拌速度慢一些，不会影响反应物的充分接触和反应的均衡进行，因此可以考虑将转速降低到30 r/min。

2.4 物料管材质选择

物料管是指安装在反应釜内用于放出物料的管道，它承受反应物料的浸泡和磨损，属于内外表面均受腐蚀的管道，通常采用钢管外表面搪铅，管内浇筑水玻璃耐酸胶泥，也可以采用钢管铸石衬里外表面搪铅，由于特种玻璃钢生产技术的普及应用，还可以采用特制的耐蚀、耐热、耐磨玻璃钢管道，比如芳香胺固化的玻璃钢高压管道可以在120℃条件下连续传送，使用特种耐热环氧树脂体系，可以设计制造使用温度高达160℃的产品。

2.5 反应釜出料管道材质的选择

可用不锈钢管道(比如1Cr18Ni9Ti)，也可用玻璃钢管道，还可以用铸石衬里管道，建议直管部分采用酚醛树脂玻璃钢管道，而弯头、三通选用铸石管。

2.6 反应釜进料出料阀门的选择

可供选择的阀门种类有铅衬里阀门、搪玻璃展式阀、不锈钢展式阀、衬氟展式阀、铸石阀等，同样使用搪玻璃展式阀，加酸、加液、加泥浆管道上的阀门使用时间相对较长，而放料管道、排汽管道阀门使用寿命较短，原因有两个方面，一是放料阀、排汽阀开启时工作温度较高，温度变化次数多，阀体热应力变化破坏了搪玻璃的附着力，二是阀门开度较小高速流体对阀体的冲击力较大。破坏形式表现为阀头顶部搪玻璃层脱落，阀门进口处出现环沟状腐蚀。对于搪玻璃阀门只要表面遭到破坏，腐蚀速度是很快的，因此对于放料阀、排气阀可以采用机械性能较好的阀门，比如不锈钢展式阀、衬氟展式阀、铸石阀等。出料管上位于沉降槽处的控制阀可用胶管阀。浓硫酸泵采用FSB－L型氟塑料合金离心泵。

3 沉降工序设备及管道选择

沉降槽壳体采用碳钢制作，隔离防渗层用黏结力较好的环氧玻璃钢三层，里面为耐酸瓷板衬里(头遍液两层，洗涤液一层)，胶黏剂采用酚醛胶泥，此结构衬里使用八年多，仍没有出现腐蚀破坏。沉降槽内的空气搅拌管原用不锈钢管(1Cr18Ni9Ti)，后改为PPR管效果不错。对于溶液泵建议使用耐腐耐磨塑料泵，渣浆泵可采用耐腐耐磨塑料泵或橡胶衬里泵，塑料泵容易发生叶轮、蜗壳磨损，而后者在价格和耐磨性方面均较优。溶液管道可以采用不锈钢管、PPR管、玻璃钢管。渣浆管道可用不锈钢管、PPR管。阀门可用胶管阀或玻璃钢阀门。选用时注意胶管阀不宜用在泵的进口管道上。

4 蒸发工序

4.1 蒸发器桶体防腐措施

桶体采用碳钢焊制，搪铅层做隔离层，里面做两层耐酸瓷板衬里，胶黏剂为呋喃树脂胶泥。设计桶体时尽量不要把桶底设计成平底，应选用椭圆底或圆锥底，平底钢板在加热时会出现变形导致凹凸不平，破坏瓷板衬里与桶底的黏结，导致底部瓷板脱落。

4.2 蒸发器换热管的防腐措施

换热管采用直径不等的一组钛盘管，钛属于活性—钝性型金属，也属于自钝化型金属，它的耐蚀性取决于钝化膜的稳定性。钛有明显的吸氢现象，即便介质中不含有氢气，仅腐蚀过程中产生的氢，也可能出现这种情况，导致钛变脆容易破裂［4］。为了使钛管获得持久的耐蚀性，可以采取阳极保护措施。钛管的使用寿命还与操作使用情况有很大关系，一是蒸发时硫酸铝溶液的盐基度(碱式硫酸铝含量)不能为酸性，盐基度呈酸性的溶液在蒸发时对钛管的腐蚀明显加剧。有的厂家将中和工序从沉降工段后移到浓缩工段，使蒸发设备中的介质呈碱性(盐基性)，在硫酸铝溶液介质进入浓缩工段后，再加入定量的酸液进行中和，从而大大缓解了蒸发设备的腐蚀［5］。由于硫酸铝产品标准pH值≥3，从2006年起双益公司已经取消了中和加酸操作，不影响产品质量，减轻了对蒸发钛管的腐蚀，同时简化了操作。二是由于在蒸发操作中汽液两相结合处，钛管腐蚀严重，蒸发时液面高度要超过钛盘管，使蛇盘管完全浸没在溶液中处于阳极保护状态下。同样的钛管使用不当，2～3年即可报废，使用得当，8年以上没问题。蒸发器加液管道可选不锈钢管或PPR管，放料管道可以选用钢丝胶管或玻璃钢管。