预分馏塔塔盘腐蚀原因分析与防护措施

阎 镇

（中国石化齐鲁分公司氯碱厂，山东 淄博 255411）

中国石化齐鲁分公司氯碱厂环氧氯丙烷装置引进日本日挥公司技术，于1988年7月投产开车，生产能力为32 kt/a，实际生产能力可达37 kt/a，该装置分为氯丙烯单元、环氧单元和废水处理单元。2008年10月，氯丙烯单元因预分馏塔(A-TW-1)运行问题而停车检修，在打开预分馏塔人孔后，发现塔盘脱落、变形严重，并且塔盘整体减薄，其原因是塔盘遭受腐蚀。为此，查明腐蚀原因，落实防腐蚀措施，以确保装置安全平稳运行。

1 预分馏塔塔盘腐馈情况

预分馏塔是环氧氯丙烷装置氯丙烯单元的重要设备之一，负责接收反应器的反应产物，反应产物包括氯丙烯、二氯化物、氯化氢和未反应的丙烯，并从塔顶分离出氯化氢和未反应的丙烯，从塔底分离得到粗氯丙烯。在2004年大检修期间，该设备整体更新，于2004年10月投产开车，之后从未进行大检修，仅在单元检修时，对预分馏塔进行水洗作业。2008年10月，塔底泵出现压力偏低、汽蚀等异常现象，塔内各点温度显示分布不均，偏离正常控制指标，不得不非计划停车，对预分馏进行检修。发现进料层塔盘腐蚀穿孔，部分塔盘因固定螺栓腐蚀断裂而脱落，所有塔盘厚度不超过0.5 mm。由于塔盘损坏和脱落，造成塔内介质分离不正常，塔底夹带气相介质，引起塔底泵运行异常。

2 金属腐蚀机理

2.1 自发腐蚀

金属在受腐蚀的环境中元素发生变化，同时释放出能量，伴随着能量的减少，金属的腐蚀自发地进行。金属在含氧和水蒸气环境下的典型腐蚀反应如下：

M（金属）+H2O+1/2O2=M（OH）2（金属氢氧化物）

M（金属）+1/2O2=MO（金属氧化物）

大多数金属在潮湿的大气环境条件下，都会自发地进行腐蚀，但部分金属在腐蚀发生后，会在表面形成一层保护膜，从而使腐蚀反应减缓，所以，不同的金属腐蚀速度不同。

2.2 电化学腐蚀

2种不同的金属在溶液中接触时，由于电位不同，构成了1个原电池，电位较低的部分为阳极，电位较高的部分为阴极，由于溶液中导电离子的存在，阳极失去电子被氧化，变成金属离子进入溶液中，不同的金属在不同的溶液中的腐蚀速度不同。金属在酸性环境下，如果其电位比氢的电位低，该金属就会发生腐蚀。

2.3 高温气体腐蚀

金属在高温气体和干燥的气体中最常见的腐蚀是氧化，腐蚀的产物以膜的形式覆盖在金属表面，也是一个电化学过程，但高温气体腐蚀和水溶液中的腐蚀仍有区别。防止金属高温腐蚀的有效方法是在基体金属中加入有效的合金成分，使膜中产生保护性很强的二元或三元化合物。

3 塔盘腐蚀的原因分析

3.1 介质影响

预分馏塔内介质含有氯化氢，氯化氢在气体状态非常稳定，不会与金属发生反应，也不会对金属造成腐蚀，但是，氯化氢极易溶于水，在有水分存在的环境下，氯化氢与水形成盐酸，在酸性环境下金属会发生电化学反应，引起金属的腐蚀，这是造成塔盘腐蚀的主要原因。

3.2 工艺操作对塔盘的影响

正常操作时，通过预分馏塔下部的折流塔盘和筛板塔盘将气相介质从液相介质中分离开来，再通过上半部分的浮阀塔盘将气相中夹带的液相介质分离。在生产发生波动或对预分馏塔的操作控制不稳定时，塔内介质分离不好，在预分馏塔下部有未分离出来的氯化氢，当液相介质含水量达到一定程度时，预分馏塔下部塔盘易发生腐蚀。

3.3 化学成分对金属耐蚀性的影响

预分馏塔塔盘材质为316不锈钢，不锈钢中的化学元素有碳、铬、镍、锰、硅、钼等，不锈钢的组织和性能很大程度上取决于含碳量，碳的影响主要表现在2个方面：一方面是稳定奥氏体的元素；另一方面，由于碳和铬的亲和力很大，能与铬形成一系列复杂的碳化物。含碳量越高，不锈钢的强度越高，但耐蚀性能越低，因此，碳含量在不锈钢中的作用是矛盾的，在耐蚀性要求高的环境下，不锈钢中的碳含量就要控制得低些。因此，不锈钢中各元素成分的含量不同，表现出来的性能也不同，耐蚀性也会不同。

4 塔盘的防腐蚀措施

4.1 严格控制工艺参数

由于盐酸对塔盘的影响较为明显，因此，控制介质中水含量，减少盐酸的生成至关重要。系统中的水分来自丙烯回收系统，高温氯化反应过程中丙烯与气化氯的摩尔比为4∶1，过量的丙烯需经洗涤后回收，重新进行高温氯化反应，因此，必须严格控制回收丙烯的水含量。控制丙烯中的水含量可通过2步进行，首先，利用丙烯在水中的溶解度进行自身分离，分离出的水分要及时排出系统，经过分离后的丙烯仍含有大量水分；然后，需要对丙烯进行干燥，可以通过干燥塔中的干燥剂干燥丙烯，从而保证丙烯中的水含量低于控制值。在整个过程中，必须严格控制工艺参数，并及时监测干燥塔的运行情况。同时，要加强工艺管理，在生产过程中，要及时通过预分馏塔底部的排放阀将积累的酸性介质排出系统。

4.2 加强对设备检修后的干燥管理

由于系统对水含量要求严格，而在检修过程中，因工艺原因需对设备进行高压水清洗，为防止设备检修后残留水分给系统带来影响，必须在检修后对系统进行干燥处理，可用热媒将干燥的氮气加热至一定温度，热氮气在系统内循环，在系统底部设置排放点，利用热氮气将系统中的水分带出。

4.3 采取涂层处理

随着国内研究的不断深入，金属表面涂层处理工艺技术日益成熟。316不锈钢表面采用硅烷化学气相沉积（CVD）渗硅，是一种新型的涂层防腐技术，可以显著提高不锈钢的耐蚀性能。它是在金属表面沉积一层不定形硅（α-Si）,硅沉积通常采用硅烷加热分解技术，形成单质硅。硅烷或硅烷与氢的混合气，在一定温度、压力、流量、浓度和反应时间的条件下，在不锈钢表面形成硅的扩展层，由于硅的扩散，使硅膜与基体表面的物理吸附性能加强，既保留了金属材料的强度又提高了耐蚀性。

4.4 选取合理的材质

镍元素能显著提高316不锈钢在硫酸、醋酸、草酸及中性盐中的耐蚀性。锰元素能大大提高316不锈钢在醋酸、甲酸、乙醇酸等有机酸中的耐蚀性，并能促使其达到钝化状态，在这方面，锰比镍的作用更明显。钼元素能提高316不锈钢的钝化能力，扩大其钝化介质范围，钼的氧化膜具有更高的稳定性还可以防止卤素离子，特别是氯离子对膜的破坏[1]。因此，在选择塔盘材质时，要选取用合适的材质，可适当选取牌号较高的不锈钢材料，如316L。

4.5 选取合理的塔盘加工工艺

塔盘一般是由不锈钢板经冲压形成，不锈钢的冷加工性和钢的组织有着密切的关系。不锈钢经过冷轧后其强度大大提高，在冷轧后再采取低温回火，回火温度控制为425℃以下，不锈钢的弹性极限和抗拉强度不但不会下降，反而有所上升。在塔盘加工过程中，可以考虑更为合理的加工工艺，在保证耐蚀性不受影响的情况下提高其强度。

5 结语

要避免金属受到腐蚀就是要防止金属进行化学反应，通过改变金属元素的组分可以改善金属的耐蚀性，通过改变金属的加工工艺可以提高金属的强度，同时，要严格控制工艺参数指标，避免强酸性介质生成，对设备正常运行造成严重的影响。预分馏塔在2009年4月大检修时更换为改进后的塔盘，经过连续近四年的运行，在日常停车消缺过程中，通过对3个人孔部位的塔盘检查，未发现有明显的腐蚀减薄，满足了装置长周期、安全、平稳运行的需要。

［1］王书田.影响不锈钢耐蚀性的因素.内蒙古石油化工，2009，（22）：85～86.