如何预防外盘管式反应釜设备腐蚀泄漏事故

周卫

（滁州职业技术学院,安徽 滁州 239000）

0 引言

外盘管式反应釜一般由釜盖、外盘管、釜体、搅拌器、轴封传动装置及支架等组成。反应釜外部由一圈一圈的半圆形外盘管嵌在反应釜壳体上。这种类型的反应釜具有加热速度快、耐高温、使用方便等特点，广泛应用于精细化工行业的橡胶、农药、染料、树脂的生产，在生产过程中需要完成硫化、硝化、氢化、聚合、缩合、烷化等工艺反应过程［1］。在这些工艺反应过程中，存在有毒有害、易燃易爆、腐蚀较强的危险化学品和高温高压生产工况，如果生产过程反应釜存在一些缺陷，极易发生危险化学品泄漏而导致重大事故的发生。因此针对精细化工行业中反应釜应用存在的问题，除了通过HAZOP（风险与可操作性）分析，来预防反应釜超温超压导致的事故外，还应采取行之有效的措施预防反应釜设备缺失/问题，系统性地提高其可靠性，以避免反应釜内的危险化学品泄漏引发重大事故。

1 外盘管式反应釜设备腐蚀的原因

笔者针对外盘管式反应釜在生产工艺过程、设备结构设计、设备腐蚀等方面进行研究分析，总结出了一些造成反应釜壳体或外盘管泄漏的常见原因。

1.1 工艺过程中反应釜壳体腐蚀减薄

在物料使用和物料反应过程中，物料对反应釜腐蚀导致反应釜泄漏，例如反应釜在用于生产酚醛树脂时，其原料主要包括苯酚、有机酸或硫酸作为催化剂，甲醛以及固醛等，由于在合成的中间阶段，加入液醛后，液体甲醛中含有较多的水，为苯酚和催化剂的电离提供了条件，体系的酸性增强，破坏了不锈钢表面钝化膜稳定存在的环境［2］，使得不锈钢钝化膜破坏，材料进一步溶解。且工艺中所使用的催化剂中烷基类磺酸的酸性较强，而草酸则是一种弱酸，但草酸具有一定的络合性和还原性，可以对腐蚀产物有络合作用，阻止了不锈钢的钝化反应，促进了反应釜壁的腐蚀。

而且，在反应釜内合成体系中的各种酸性环境均为非氧化酸性体系，甚至为还原性酸性体系，这不利于不锈钢钝化膜的稳定存在。此外，合成中苯酚与水互溶后的体系形成的微乳化介质削弱了水在不锈钢钝化中的作用，即削弱了不锈钢在活性溶解后溶解产物的水解、成膜过程，使得其表面无法形成钝化膜，因而在周期性的合成生产中使得反应釜壁不断地发生腐蚀，导致反应釜壳体减薄。

1.2 反应釜加热过程中外盘管腐蚀

1）反应釜外盘管热应力腐蚀，一般由于反应釜加热在启停过程中，如果温升率和温降率超过规定范围，那么会导致管子和板子的热应力增大，使得焊缝或胀接处出现损坏，特别是在反应釜底部，加热盘管曲率半径较小变形的部位，从而引起端口泄漏。

2）反应釜外盘管冲刷侵蚀，一般由于反应釜加热过程中，蒸气流速和含水量较高时，会导致蒸气的气水两相流对管子外壁进行冲刷，进而使管壁变薄甚至穿孔损坏。

1.3 外盘管式反应釜材料选型不当导致腐蚀

用于各种浓度的酸、碱、盐、强氧化剂、有机化合物及其他所有强腐蚀性化学介质的外盘管式反应釜壳体材料如果出现选型不当，外盘管材质不好、管壁厚度不均匀、管板的厚度不够、管子有缺陷等情况，一旦反应釜操作异常或波动的工况情况发生，就很容易导致反应釜壳体腐蚀减薄、外盘管损坏，从而造成危险化学品泄漏。

2 外盘管式反应釜腐蚀预防措施

2.1 预防工艺过程中反应釜壳体腐蚀减薄的措施

针对物料使用和物料反应过程中，造成反应釜壳体腐蚀减薄的预防措施，除了严格按化工产品的操作规程操作，杜绝超压、超温、超液位的现象外，还要评估反应釜投返工料和洗釜等操作可能对反应釜壁的不良影响。

另外，针对生产酚醛树脂的反应过程中物料对反应釜腐蚀形成的原因，通过失效分析及修复方法研究得出：造成反应釜壁腐蚀的原因是由于体系的还原性酸介质和微乳化的介质使316L 不锈钢难以进入钝化状态，而一般耐蚀性合金主要是通过钝化层的稳定性来实现其耐蚀效果，因此，在进行多项筛选试验的基础上，会发现引入其他合金镀层也难以达到理想的效果。而镀钯层的引入机理与其他通过镀层本身的稳定性来防腐的机理不同，由于钯的电极电位较高，在钯层与316L 不锈钢同时存在于合成介质中时，钯的存在可以促进不锈钢的钝化。因此，镀钯层的主要形式不是通过在釜壁上获得完整的钯镀层来实现对反应釜釜壁的屏蔽保护，而是在其表面镀覆金属钯镀层，来实现钯膜层促进316L 不锈钢表面的钝化，从而能显著降低其在温度较高硫酸中的腐蚀速率，这样就可以通过较少的投入条件下，实现对反应釜壁的防护效果。

2.2 预防反应釜加热过程中外盘管腐蚀的措施

1）预防反应釜加热过程中外盘管热应力腐蚀，制定并规范反应釜温升率和温降率范围，避免使管子和板子的热应力增大，导致焊缝或胀接处出现损坏；另外在针对在反应釜底部，加热盘管曲率半径较小变形的部位，建议做成局部夹套。

2）预防反应釜加热过程中外盘管冲刷侵蚀，在反应釜加热过程中，应严格控制蒸汽流动的速度，在管网引入蒸汽时，及时排净凝液，避免蒸汽的气水两相流对管子外壁进行冲刷，从而导致管壁变薄甚至穿孔损坏。

3 外盘管式反应釜设备防腐材料选择与评价

针对使用各种浓度的酸、碱、盐、强氧化剂、有机化合物及其他所有强腐蚀性化学介质进行反应的外盘管式反应釜设备，首先须考虑材料的耐腐蚀性能，根据既定的介质的工况（介质的温度、流速、受热及散热条件、受力类型及大小等）和介质的化学性质（介质的成分、PH 值、含氧量、可能发生的化学反应等）结合常用材料的性能进行筛选；其次考虑预期设备的使用寿命，材料的选择须满足整个生产装置要求的使用寿命；一般选用钢衬ETFE（四氟乙烯）等反应釜，其防腐性能相对较好；另外，如果服役环境为酸性的非氧化性介质，结合目前常用的材料使用情况，可以考虑镍基合金、双相不锈钢、钛合金等材料。针对使用酸、碱、盐及大部分醇类的液态，进行食品以及药品提炼的，一般选用衬胶、搪瓷、钛钢、钢衬PE（聚乙烯）等反应釜［3］；对于反应釜外盘管的材质、管壁和厚度的选型，须根据加热介质、外盘管的布局、操作参数等进行设计计算，从而防止反应釜外盘管应力腐蚀。

4 小结

对于精细化工企业而言，外盘管式反应釜是化工装置生产的核心，是公司的重要财产，也是化工装置长周期安全运营的保障，做好外盘管式反应釜预防性维修和设备材料选择与评价、规范设计和工艺操作等行之有效的措施，来预防外盘管式反应釜腐蚀问题，能系统性地提高反应釜的可靠性，可以避免反应釜内的危险化学品泄漏和由此引发的生产安全事故。