液氯气化器腐蚀原因探讨

2015-06-15鞠红艳王永忠王成军李海军骆秋福赵久明

中国氯碱 2015年7期

鞠红艳，王永忠，王成军，李海军，骆秋福，赵久明

（内蒙古兰太实业股份有限公司，内蒙古自治区阿拉善盟750336）

内蒙古兰太实业股份有限公司制钠分公司制钠二厂（以下简称制钠二厂）始建于2001 年，当时的生产规模为金属钠2 万t/a、液氯3 万t/a。2004 年实施扩建，新增产能金属钠2 万t/a、液氯3 万t/a，形成目前的工厂规模，生产金属钠4 万t/a、液氯6 万t/a。

金属钠生产工艺是以工业盐氯化钠为原料，经过干燥后，输送至电解槽，以连续方式加入电解槽内，电解质（工业盐）经过通电、高温处理后发生化学反应，产生金属钠和氯气，金属钠通过集钠罐进行收集，收集后的金属钠为粗钠，将粗钠输送至精制车间进行处理，得到品质较高的金属钠；氯气通过负压管道输送至液氯车间处理，液化后的液氯储存在液氯计量槽中，一部分进行钢瓶包装或槽车包装外销，另一部分进行气化，通过管道输送供给下游使用氯气的单位。

1 液氯气化器使用情况

制钠二厂气化站现有2 台气化器，互为备用，主体设备有气化器、缓冲罐、排渣罐，液氯通过液下泵输送至气化器进行气化。气化所需的热源来自循环水，水温为40～50 ℃，气化后压力为0.5～0.8 MPa，再到缓冲罐，通过管道输送给下游用户，三氯化氮等废渣定期排除。

制钠二厂西侧B 液氯气化器为2012 年下半年临时增补更新技措项目，于2013 年1 月更新完成，6 月投入使用，至2014 年6 月13 日时发生腐蚀内漏。为了确保液氯系统的安全稳定运行，及时对腐蚀原因进行分析并更新B 气化器作为备用系统。

2 液氯气化器腐蚀原因分析

为防止气化器列管腐蚀穿孔事故再次发生，对可能导致气化器发生腐蚀的设备材质、循环水水质、运行方式等因素进行分析，从中查找影响气化器腐蚀的原因。

2.1 循环水水质导致电化学腐蚀

气化器使用的热水来自循环水，温度在40～50 ℃，pH 值6.0～7.0，循环水的换热设备为敞开式冷却塔。水温低于77 ℃时，敞口设备中溶解氧的腐蚀性随着水温的升高而增强，水温在48.9 ℃时，相同浓度下溶解氧对碳钢的腐蚀速率接近25 ℃的2 倍[1]。腐蚀机理为，金属铁与溶解氧组成腐蚀电池，铁为阳极被氧化腐蚀，氧为阴极被还原。反应如下：

Fe（OH）2不稳定，进一步氧化生成氢氧化铁

氢氧化铁脱水生成铁锈：

2.2 设备材质及制造存在缺陷

现有的气化器为双管板管壳式列管换热器，管程材质为10 号钢，壳程为16 Mn。在常温时氯气中的水分与碳钢的腐蚀速度关系见表1。

表1 氯气中的水分与碳钢腐蚀速度关系

当氯中含水量小于150×10-6时，普通的碳钢可被认为没有腐蚀反应，该厂氯中含水量260×10-6，对气化器管程存在腐蚀。

由于金属加工缺陷以及金属组织的不均匀性，使管板在短时间内孔蚀和缝隙腐蚀，可能造成气化器腐蚀漏水。

3 采取的防腐措施

3.1 提高水的pH 值，抑制电化学腐蚀

由于含氧水对碳钢的腐蚀性随着pH 值的增加而降低，使循环水的pH 值由原来的6.0～7.0 提高至7.0～8.0，向循环水中添加了三聚磷酸钠，一方面降低水的腐蚀性，抑制电化学腐蚀;另一方面与水中的钙、铁离子生成聚合磷酸钙铁络合沉淀膜覆盖在金属表面，阻止腐蚀进行。同时向循环水中添加缓蚀阻垢剂对水质进行缓蚀阻垢处理。

3.2 加装一套真空除氧装置

根据亨利定律可知，在封闭容器中，任何气体同时存在于水面上，则气体的溶解度与其分压力成正比，而且气体的溶解度仅于其本身的分压力有关。经对比热力除氧消耗蒸汽量大，成本高，水温不易控制，影响循环水水质等因素，该厂在气化器进口前加装一套真空除氧装置，使水面空间氧气分子被排出，从而氧的分压力为零，实现水面低温状态下除氧（60 ℃或常温）。