無(wú)水氟化氫反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的腐蝕與防護(hù)

李波(陜西延長(zhǎng)石油礦業(yè)有限責(zé)任公司,陜西 西安 710061)

無(wú)水氟化氫反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的腐蝕與防護(hù)

李波(陜西延長(zhǎng)石油礦業(yè)有限責(zé)任公司,陜西 西安 710061)

作為石油化學(xué)最基本的化工原料，無(wú)水氟化氫可以廣泛應(yīng)用于氟利昂制備、氟鹽的生產(chǎn)、高分子材料氟摻雜、含氟滅火劑生產(chǎn)等。對(duì)于化學(xué)工業(yè)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)發(fā)揮著重要的作用，然而無(wú)水氟化氫對(duì)于設(shè)備的損害極大，需要充分進(jìn)行防腐措施的實(shí)施。

反應(yīng)轉(zhuǎn)爐;無(wú)水氟化氫;腐蝕;防護(hù);對(duì)策

氟化氫基本的化學(xué)性質(zhì)就是具有強(qiáng)氧化性、強(qiáng)腐蝕性和酸性。室溫下與水劇烈反應(yīng)放出大量氧氣，其強(qiáng)腐蝕性主要表現(xiàn)在對(duì)于接觸金屬、玻璃的化學(xué)腐蝕，可將其部分溶解。然而，生產(chǎn)無(wú)水氟化氫的核心設(shè)備就是由大量金屬結(jié)構(gòu)形成的反應(yīng)轉(zhuǎn)爐。如何防止反應(yīng)轉(zhuǎn)爐在工作中的腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，成為許多無(wú)水氟化氫生產(chǎn)廠家的關(guān)注重點(diǎn)。本文淺析了無(wú)水氟化氫腐蝕的危害和防腐的意義，針對(duì)反應(yīng)轉(zhuǎn)爐常見(jiàn)的腐蝕問(wèn)題，提出了有效的解決對(duì)策。

1 無(wú)水氟化氫腐蝕的危害以及防腐的意義

1.1 無(wú)水氟化氫腐蝕的危害

由于無(wú)水氟化氫的生產(chǎn)設(shè)備主要材質(zhì)是金屬，反應(yīng)轉(zhuǎn)爐與無(wú)水氟化氫的接觸加重了對(duì)于設(shè)備自身的腐蝕程度，大大降低了反應(yīng)轉(zhuǎn)爐設(shè)備的使用壽命。無(wú)水氟化氫的強(qiáng)腐蝕性，會(huì)直接改變反應(yīng)轉(zhuǎn)爐設(shè)備表面的形貌以及抗腐蝕涂層的性能，進(jìn)而是設(shè)備材質(zhì)性質(zhì)發(fā)生變化，不但增加了設(shè)備的維修人力與財(cái)力成本的投入，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致氟化氫泄漏，直接污染環(huán)境，對(duì)生產(chǎn)人員的生命安全構(gòu)成威脅。除此之外，無(wú)水氟化氫對(duì)于設(shè)備的腐蝕，會(huì)降低氟化氫的純度，引入一定的“雜質(zhì)”，無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)水氟化氫的穩(wěn)定連續(xù)生產(chǎn)。因此，無(wú)水氟化氫對(duì)于反應(yīng)轉(zhuǎn)爐設(shè)備的腐蝕對(duì)于許多生產(chǎn)環(huán)節(jié)危害重大，需要認(rèn)清腐蝕對(duì)生產(chǎn)造成的不利影響。

1.2 有利于保障無(wú)水氟化氫安全生產(chǎn)

加強(qiáng)對(duì)于無(wú)水氟化氫反應(yīng)轉(zhuǎn)爐設(shè)備的防腐工作的開(kāi)展，一方面有利于保障無(wú)水氟化氫的安全生產(chǎn)，另一方面有利于推動(dòng)防腐技術(shù)的不斷完善。反應(yīng)轉(zhuǎn)爐在實(shí)際生產(chǎn)中腐蝕程度隨時(shí)間日益嚴(yán)重，會(huì)對(duì)無(wú)水氟化氫和人的安全生產(chǎn)產(chǎn)生很大的危害，通過(guò)對(duì)反應(yīng)轉(zhuǎn)爐進(jìn)行設(shè)備腐蝕的防護(hù)，可以提高設(shè)備生產(chǎn)的安全性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無(wú)水氟化氫的連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。最重要的是，通過(guò)對(duì)反應(yīng)轉(zhuǎn)爐進(jìn)行腐蝕的防護(hù)處理，可以保障人的生命安全，減少由于設(shè)備腐蝕泄露的原因造成的環(huán)境污染。只有這樣才能真正實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)、效率至上，不斷提高生產(chǎn)資金的使用質(zhì)量和獲得較高的投資回報(bào)率。

1.3 有利于推動(dòng)防腐技術(shù)的不斷完善

在化工原料生產(chǎn)過(guò)程中，有許多類似于無(wú)水氟化氫性質(zhì)的液體，例如濃硫酸、濃氨水、氯堿工業(yè)的生產(chǎn)等，都會(huì)對(duì)其自身的生產(chǎn)設(shè)備造成極大的腐蝕危害。盡管與無(wú)水氟化氫不同，對(duì)于相同材質(zhì)的腐蝕程度不同，然而腐蝕機(jī)理和腐蝕理論大體相同。因此，加強(qiáng)對(duì)于反應(yīng)轉(zhuǎn)爐腐蝕問(wèn)題的防護(hù)，可以進(jìn)一步了解無(wú)水氟化氫的腐蝕機(jī)理，不斷在無(wú)水氟化氫的實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象防護(hù)措施與理論的協(xié)同進(jìn)步，這樣就可以采取相關(guān)針對(duì)性的防護(hù)措施和策略來(lái)不斷完善無(wú)水氟化氫設(shè)備防腐技術(shù)的發(fā)展。防腐技術(shù)發(fā)展越快對(duì)于設(shè)備的防護(hù)實(shí)施手段越多，進(jìn)而有利于對(duì)于其他腐蝕化工原料生產(chǎn)的防護(hù)工作的開(kāi)展和解決措施的篩選。

2 反應(yīng)轉(zhuǎn)爐常見(jiàn)的腐蝕問(wèn)題

2.1 第一階段溫度控制問(wèn)題

在利用反應(yīng)轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)氟化氫時(shí)，由于第一階段需要對(duì)于加入的反應(yīng)原料進(jìn)行預(yù)熱，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)第二階段順利完成，在氟化氫原料加入后，由于預(yù)熱的溫度偏高，并且氟化氫的腐蝕性隨著溫度的升高呈線形增加，因此，過(guò)高的預(yù)熱溫度，對(duì)反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的鋼體表面造成不可修復(fù)的腐蝕，很容易引起無(wú)水氟化氫的氣體泄露，進(jìn)而與空氣的水汽結(jié)合形成酸霧，繼續(xù)腐蝕其他原料生產(chǎn)設(shè)備。同時(shí)，會(huì)對(duì)附近的空氣形成污染，對(duì)于周圍的具有生命體征的生物具有生命的威脅。

2.2 反應(yīng)物料中水含量過(guò)高

無(wú)水氟化氫對(duì)于整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備的水量控制要求嚴(yán)格，在氟化氫制備生成的第一階段需要加注一定體積的水，作為反應(yīng)物料的一種，然而，前文已經(jīng)介紹氟化氫氣體會(huì)與水分發(fā)生劇烈的氧化還原反應(yīng)，然而，目前在實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于所有生產(chǎn)設(shè)備都是全封閉的，在生成氟化氫的前一步驟對(duì)于水分的干燥程度不夠，使得氟化氫的生產(chǎn)效率降低，溶于水中的氟化氫會(huì)產(chǎn)生氫氟酸，其酸性對(duì)于反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的表面形成腐蝕層，破壞了穩(wěn)定的氧化物結(jié)構(gòu)。

2.3 液體氟化氫的體積比大

所謂體積比，就是生產(chǎn)無(wú)水氟化氫的核心設(shè)備反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的體積與液體氟化氫體積比的倒數(shù)。過(guò)大的液體氟化氫體積比，大大增加了氟化氫在設(shè)備中的存留時(shí)間，不利于對(duì)反應(yīng)轉(zhuǎn)爐進(jìn)行及時(shí)的抗腐蝕工作的開(kāi)展，每一次防腐檢修，都需要很長(zhǎng)時(shí)間將反應(yīng)設(shè)備中的液體氟化氫排放完全。這樣對(duì)于后期無(wú)水氟化氫稀釋成合適的濃度也是極為不利的，最終導(dǎo)致對(duì)于反應(yīng)轉(zhuǎn)爐內(nèi)部殼體的深度腐蝕，以此需要合理控制液體氟化氫所占的比重。

2.4 缺乏反應(yīng)轉(zhuǎn)爐綜合管理

盡管無(wú)水氟化氫對(duì)于生產(chǎn)核心設(shè)備反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的腐蝕現(xiàn)象是不可避免的，然而可以通過(guò)及時(shí)的腐蝕防護(hù)工作的開(kāi)展，降低無(wú)水氟化氫的腐蝕速率，減緩對(duì)于反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的腐蝕程度。而實(shí)際情況是，由與從事氟化氫生產(chǎn)的操作人員素質(zhì)并不高，缺乏配套的腐蝕防護(hù)監(jiān)管和管理體系，使得許多可以減緩腐蝕程度的事情沒(méi)有被防止掉，失去了反應(yīng)轉(zhuǎn)爐防腐檢修工作的積極意義，不但降低了反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的使用壽命，還增加了設(shè)備危險(xiǎn)事故的發(fā)生機(jī)率。

2.5 氟化氫直接接觸面積大

氟化氫對(duì)于反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的腐蝕程度隨著接觸面積和接觸方式的不同，存在一定的差異性。由于反應(yīng)轉(zhuǎn)爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有待完善，使得氟化氫與其直接接觸面積過(guò)大，導(dǎo)致對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備的腐蝕面積過(guò)大，不利于防護(hù)工作的重點(diǎn)實(shí)施與全面檢修與維護(hù)。由于整個(gè)反應(yīng)過(guò)程物料呈現(xiàn)一定的規(guī)律，有稀漿狀、沙粒狀和液體，僅此接觸面積過(guò)大，會(huì)使得已經(jīng)腐蝕的表面殘留一些固料雜質(zhì)，對(duì)于整個(gè)內(nèi)部腔體形成保溫作用，不利于不同階段溫度的精確控制，很難將氟化氫腐蝕率限定在一定范圍內(nèi)。

3 解決策略

無(wú)水氟化氫反應(yīng)對(duì)于反應(yīng)轉(zhuǎn)爐造成的腐蝕不僅影響反應(yīng)的速率而且長(zhǎng)期的腐蝕會(huì)造成轉(zhuǎn)爐的損壞進(jìn)而產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)損失，因而我們需減少腐蝕，加強(qiáng)對(duì)于反映轉(zhuǎn)爐的防護(hù)。

3.1 控制第一段反應(yīng)不進(jìn)入高溫區(qū)

將該反應(yīng)進(jìn)行一個(gè)分解，即把本來(lái)的一步反映變?yōu)槎椒磻?yīng)，把需要高溫進(jìn)行催化的反應(yīng)階段控制在我們新增加的預(yù)反應(yīng)器中。預(yù)反應(yīng)器采用耐高溫耐腐蝕的材料進(jìn)行制作，這樣即使是腐蝕性較強(qiáng)，容器也承受的住，同時(shí)也不會(huì)造成經(jīng)常更換反映容器造成資源的浪費(fèi)。當(dāng)?shù)谝浑A段的反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)已經(jīng)完成o4%左右，這時(shí)再將反應(yīng)移至反映轉(zhuǎn)爐中繼續(xù)進(jìn)行，這時(shí)反應(yīng)所需的溫度大概可以下降40攝氏度，反映的腐蝕性也大大減弱，這就可以充分起到保護(hù)反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的作用。這樣的二步反應(yīng)由于降低了反應(yīng)對(duì)反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的腐蝕從而延長(zhǎng)了轉(zhuǎn)爐的使用壽命，數(shù)據(jù)反映我司采用該措施的反應(yīng)轉(zhuǎn)爐運(yùn)行時(shí)間已經(jīng)達(dá)到了十年之久。

3.2 控制水分在一定范圍內(nèi)

反應(yīng)轉(zhuǎn)爐內(nèi)的水分過(guò)多或過(guò)少都會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)爐造成嚴(yán)重的腐蝕，進(jìn)而影響其使用壽命。但是我們也都知道反應(yīng)原料中會(huì)殘留有水分、反應(yīng)的過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生水甚至裝置的密封性能不好等等都會(huì)造成轉(zhuǎn)爐內(nèi)的水分過(guò)量，一旦水分過(guò)量就會(huì)加劇電解質(zhì)的形成，對(duì)于轉(zhuǎn)爐的內(nèi)部會(huì)造成嚴(yán)重的腐蝕，但是如果系統(tǒng)內(nèi)部的水分過(guò)分缺乏優(yōu)惠導(dǎo)致大量反映中間產(chǎn)物Hs03F的生成，氟磺酸對(duì)于轉(zhuǎn)爐內(nèi)部也會(huì)造成嚴(yán)重的腐蝕。因而我們需要對(duì)反應(yīng)物所帶的水分進(jìn)行嚴(yán)格的控制，并對(duì)反應(yīng)產(chǎn)生的水分進(jìn)行計(jì)算，定期檢查裝置的密封性。目前我司已經(jīng)對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的水分進(jìn)行嚴(yán)格的控制并且取得了一些成效，反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的腐蝕情況已經(jīng)減輕。

3.3 控制進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的液體HF在一定范圍內(nèi)

在氟化氫反應(yīng)系統(tǒng)中加入一定量的HF可以促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行同時(shí)還可以減少對(duì)于環(huán)境的污染降低成本，因而許多生產(chǎn)企業(yè)會(huì)將廢棄的液體HF加入反應(yīng)轉(zhuǎn)爐中，但是要明確HF的加入量一定要適量，一旦過(guò)量就會(huì)適得其反。HF如果過(guò)量，就會(huì)造成反應(yīng)物之間接觸的幾率減小，接觸的面積也會(huì)受到影響，因而反應(yīng)的速率就會(huì)降低，進(jìn)而影響生產(chǎn)效率。而且氟化氫在一定的溫度下會(huì)與硫酸進(jìn)行反應(yīng)，這個(gè)反應(yīng)會(huì)生成腐蝕性更強(qiáng)的氟磺酸，會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)爐的內(nèi)部造成嚴(yán)重的腐蝕。除此之外液態(tài)的HF會(huì)吸熱，這就會(huì)影響一段反應(yīng)，使得第一階段的反應(yīng)速率降低，一些高腐蝕的反應(yīng)物和中間產(chǎn)物會(huì)進(jìn)入下一容器中繼續(xù)進(jìn)行這一階段的反應(yīng)，使得腐蝕加劇，因而需要嚴(yán)格控制系統(tǒng)內(nèi)的液體HF的量。

3.4 加強(qiáng)設(shè)備管理和工藝管理

由于無(wú)水氟化氫反應(yīng)產(chǎn)物的強(qiáng)腐蝕性以及反映的復(fù)雜性因而經(jīng)常會(huì)造成設(shè)備出問(wèn)題，被迫停工。也正是如此企業(yè)需要加強(qiáng)對(duì)于設(shè)備及生產(chǎn)工藝的管理，盡量減少停工現(xiàn)象的出現(xiàn)。生產(chǎn)工廠應(yīng)該設(shè)置具體的的設(shè)備管理部門，定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障排查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)地進(jìn)行解決。同時(shí)嚴(yán)格規(guī)范生產(chǎn)的流程，對(duì)于原料及催化劑的加入量也要嚴(yán)格控制，減輕反應(yīng)物料對(duì)于反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的腐蝕。對(duì)設(shè)備及工藝的管理控制除了可以延長(zhǎng)的反應(yīng)爐的壽命，對(duì)于保證生產(chǎn)的效率，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也有著重要的意義。

3.5 減少反應(yīng)物料與爐體的直接接觸

減少反應(yīng)物與反應(yīng)轉(zhuǎn)爐的直接接觸可以有效降低對(duì)于轉(zhuǎn)爐爐體的腐蝕。我們可以采取以下幾個(gè)措施來(lái)較少反應(yīng)物與爐體的接觸：（1）在爐體內(nèi)加一層防護(hù)層，可以定期對(duì)于爐體內(nèi)防護(hù)層進(jìn)行更換及重新涂刷，這樣就可以對(duì)反映轉(zhuǎn)爐進(jìn)行有效的保護(hù)；（2）采取更大的反應(yīng)轉(zhuǎn)爐，其實(shí)就是增大爐內(nèi)的底面積，同時(shí)增加反應(yīng)物料的高度，這樣一些腐蝕性較弱的反應(yīng)產(chǎn)物就會(huì)墊在強(qiáng)腐蝕性的物料下，進(jìn)而避免強(qiáng)腐蝕物與爐體的接觸，有效增長(zhǎng)轉(zhuǎn)爐的壽命，降低生產(chǎn)的成本；（3）利用轉(zhuǎn)爐內(nèi)的反應(yīng)殘?jiān)♂審?qiáng)腐蝕物從而降低其腐蝕性，也有部分公司采用是加入的爐外的殘留物，這種技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于轉(zhuǎn)爐的防護(hù)有著顯著的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)于無(wú)水氟化氫在反應(yīng)轉(zhuǎn)爐中常見(jiàn)的幾種腐蝕問(wèn)題，可以通過(guò)合理控制反應(yīng)階段的溫度、反應(yīng)物料進(jìn)料控制、設(shè)備防護(hù)管理以及減少氟化氫與反應(yīng)轉(zhuǎn)爐直接接觸面積的對(duì)策和措施來(lái)進(jìn)行設(shè)備的抗腐蝕防護(hù)，進(jìn)而不斷提高設(shè)備的利用效率和使用壽命。

[1]侯麗芳論無(wú)水氟化氫反應(yīng)爐內(nèi)的腐蝕防護(hù)改造[J]-《化工裝備與設(shè)計(jì)》-2015（8）.

[2]陳華強(qiáng)論無(wú)水氟化氫反應(yīng)爐內(nèi)的腐蝕防護(hù)[J]-《工業(yè)水處理技術(shù)》-2014（6）.

[3]肖玉玲無(wú)水氟化氫反應(yīng)爐內(nèi)的腐蝕防護(hù)[J]-《濟(jì)南設(shè)備處理技術(shù)》-2015（6）.

李波（1986-），男，陜西西安，碩士研究生