盐酸介质设备内防腐设计方案经济性比较

汤彦斌

(四川省西核机电设备制造有限公司,四川成都,610500)

腐蚀与控制

盐酸介质设备内防腐设计方案经济性比较

汤彦斌

(四川省西核机电设备制造有限公司,四川成都,610500)

正确选择防腐材料是控制腐蚀的有效方法，可以使设备获得经济、合理的使用寿命。本文对工艺介质中含盐酸成份的设备内防腐方案做了分析介绍，对几种材料的具体使用提供工程使用依据，并对各方案的经济性进行了对比，为其他类似材料提供参考。

盐酸 防腐 聚四氟乙烯 碳化硅 蒙乃尔

1 概述

盐酸是还原性强酸，具有极强的腐蚀性。只有一些贵金属如钽、铂、金、银和少数合金如镍钼铁合金和含钼高硅铁对盐酸具有良好的耐腐蚀能力(其腐蚀率根据介质的浓度、温度、pH值的不同而有所不同)。普通碳钢、不锈钢等在盐酸环境中腐蚀十分严重，但多数非金属材料对盐酸具有良好的耐腐蚀性，如玻璃、陶瓷、碳、石墨、聚四氟乙烯等。在工程设计中，对盛装盐酸介质的容器通常采用纯玻璃钢或碳钢加内衬的方式进行防腐，纯玻璃钢设备常用于常压容器，碳钢加内衬的方式可用于压力较高的工况，其结构既满足了设备强度、刚度的要求，又避免了大量使用贵金属导致工程造价过高的问题，本文就彭州某石化项目急冷沉降槽为例，简要介绍一些常用的以及一些新型的防腐方式。

2 设备参数

该装置中的间戊二烯、单烯烃、C5溶剂等混合原料在反应器中，同催化剂(AlCl3)进行聚合反应，聚合反应产物在沉浸槽混入水后，产物中的催化剂水解终止聚合反应，催化剂水解过程中生成的盐酸，虽然在沉浸槽中加入碱液以中和盐酸，但在混合介质中一直存在Cl-，故该工段后续设备如急冷沉降槽等 ，设备中介质存在极强的腐蚀性。急冷沉降槽设备简图如图1所示，主要参数如表1。

表1 急冷沉降槽设备主要参数表

图1 设备简图

3 防腐方案分析

在工程设计中，设备防腐方案必须从防腐性能及工程造价两方面予以考虑。设计中通常采用的方案有碳钢衬塑及碳钢衬蒙乃尔等，基层碳钢提供强度及刚度保证，内衬层提供防腐保障。

3.1 碳钢衬玻璃钢(CS+FRP)

玻璃钢(FRP)采用玻璃纤维与一种或者多种热固性或者热塑性树脂复合而成，根据复合树脂的不同，可分为环氧树脂玻璃钢、酚醛树脂玻璃钢等。材料不仅具有较高的强度，还具有良好的耐腐蚀能力，对盐酸、多种油类和溶剂都具有极强的抵抗能力，所以玻璃钢在盐酸环境使用较为广泛。普通玻璃钢使用温度上限在70℃左右，但选择高温树脂时，长期工作温度可以达到200～300℃，完全可以满足本设备防腐需要。

本方案缺点：对于设备在操作过程中存在急冷急热情况，内衬的玻璃钢容易与钢材表面剥离。这会导致防腐层破坏，内部介质直接与碳钢表面接触，产生腐蚀，影响设备使用寿命。同时剥离的玻璃钢容易对物料进出口产生堵塞，影响正常生产操作。所以本方案后期维护要求较高，需要定期进行检查及修复。另外，玻璃钢老化现象严重，其在化学介质、机械应力等作用下容易导致性能下降，需定期检修。

3.2 碳钢衬聚四氟乙烯(CS+PTFE)

聚四氟乙烯(PTFE)被称为塑料之王，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性，几乎不溶于所有的溶剂，对酸碱具有良好的抵抗能力，同时其具有耐高温的特点，是最佳的防腐材料。

衬聚四氟乙烯主要有两种技术方案，一是采用聚四氟乙烯板材进行粘接，但是由于材料表面极其光滑，表面能低，表面对液体的接触角大，润湿性差，其与钢材的粘附能力小，尤其在接缝处很更容易出现剥离，次方法仅适用于操作工况平稳的场合。

目前开发出另一种新型的技术方案，采用喷涂的方法，由于本方法需要将温差控制在2℃以内，所以必须在专门的炉子内进行喷涂，喷涂厚度约为200μm左右，与钢材的粘合性非常好，且能有效地解决设备接管的内衬，能方便快捷地施工。其长期工作温度可以达到260℃，是非常理想的防腐技术。但目前西南地区防腐厂家现有的炉子均在3米以内，对于大型设备不能完成喷涂处理，使其使用受到一定的局限性。

3.3 碳钢衬碳化硅(CS+SiC)

内衬碳化硅(SiC)方案是一项新兴的防腐技术，其通过碳化硅、纳米氧化铝与高分子树脂合成的复合材料。由于高含量的碳化硅硬度高达9.7(钻石为10)，具有极好的耐磨损性能，在树脂复合下又具有抗冲击、抗脆裂、无电导、抗腐蚀等性能，对盐酸具有较好的抗腐蚀能力，其长期工作温度可达180℃。该方案施工简单、方便，只需将调配好的材料均匀地刮涂在设备内表面即可。

本方案的缺点在于对设备上直径较小的接管无法进行内部刮涂，接管材料须采用蒙乃尔不锈钢。

3.4 碳钢衬蒙乃尔不锈钢(CS+NCu30)

蒙乃尔合金(NCu30)是以金属镍作为基体，添加铜、铁、猛等其他元素而成的合金。该合金对盐酸、硫酸、氢氟酸及其派生物具有优良的耐腐蚀性能。纯蒙乃尔合金价格较贵，在防腐结构中，通常采用碳钢堆焊或者复合板结构。本方案的优点在于，整个设备全部采用金属结构，施工简单，不会因为操作工况的不稳定，而产生剥离现象，以及其他内衬结构的老化、裂纹等问题，后期维护方便、简单。

4 技术经济性比较

上述几种方案由于原材料及制造等价格不同，整个设备的造价存在较大的差异。急冷沉降槽设备内表面积约42m2，重量约为4.9吨，基层材料Q345R，其含基材在内的总造价如表2。

表2 急冷沉降槽设备不同防腐方案下的总造价比较

注：本价格为防腐厂家的初步报价，不代表最终价格，仅做分析比较用,Q345R制作费用按1.1万元/吨计算。

5 方案确定

根据本案例中设备具体尺寸、各防腐方案的优缺点比较及经济性分析，最终选择CS+FRP，在实际运用中该设备运行良好，防腐效果理想。

6 结语

通过本案例的综合分析及工程实际运用：当设备运行工况稳定选用CS+FRP最为合理；当设备运行工况存在急冷急热，且直径和长度小于3米时，选用CS+PTFE喷涂方案较为合理，同时也可以选择CS+SiC；蒙乃尔复合板可用于盐酸环境下的一切工况；当设备运行工况不稳定，且规格超过3米时应根据初期造价及后期维护两方面综合考虑确定方案，确保设备运行的安全性、可靠性和经济性。

[1] 左景伊.腐蚀数据与选材手册[M].北京:化学工业出版社,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