N4材質(zhì)與Ni201材質(zhì)的降膜管使用壽命比較

張志江

(天能化工有限公司，新疆 石河子 832000)

【蒸發(fā)與固堿】

N4材質(zhì)與Ni201材質(zhì)的降膜管使用壽命比較

張志江*

(天能化工有限公司，新疆 石河子 832000)

固堿；降膜管；使用壽命；影響因素;N4材質(zhì)；Ni201材質(zhì)

分析了固堿生產(chǎn)中影響降膜管使用壽命的因素，并對(duì)國產(chǎn)N4材質(zhì)與進(jìn)口Ni201材質(zhì)的降膜管的使用壽命進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明：N4材質(zhì)降膜管的使用壽命長于Ni201材質(zhì)的降膜管。

天能化工有限公司(以下簡稱“天能化工”)擁有5套粒片堿生產(chǎn)裝置，總生產(chǎn)能力為35萬t/a。其中4套(粒片堿生產(chǎn)能力分別為7.5萬t/a)生產(chǎn)裝置由瑞士某公司引進(jìn)，于2010年9月底投產(chǎn)；1套5萬t/a片堿生產(chǎn)裝置由重慶某公司設(shè)計(jì)并制造，于2013年7月初投產(chǎn)。粒片堿生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備為降膜管，天能化工使用的降膜管有3種：由瑞士某公司進(jìn)口，材質(zhì)為Ni201；沈陽某公司生產(chǎn)，材質(zhì)為進(jìn)口Ni201；重慶某公司生產(chǎn)，材質(zhì)為國產(chǎn)N4。下面就影響降膜管使用壽命的因素及由Ni201和N4材質(zhì)生產(chǎn)的降膜管使用情況進(jìn)行對(duì)比總結(jié)。

1 影響降膜管使用壽命的因素

1.1 氯酸鹽

原料堿液來自離子膜電解，其中含有雜質(zhì)氯酸鹽。在鹽水電解過程中，由于陽極產(chǎn)物的溶解及通電時(shí)陰陽極產(chǎn)物的遷移擴(kuò)散等原因，在電解槽內(nèi)會(huì)發(fā)生一系列副反應(yīng)，從而生成氯酸鹽。氯酸鹽最大的危害是高溫時(shí)易分解，釋放出新生態(tài)氧，與鎳發(fā)生反應(yīng)，腐蝕降膜管。通常采用加糖的方法去除氯酸鹽。根據(jù)堿液中氯酸鹽含量，加入適量糖液，使之與氯酸鹽反應(yīng)，除去氯酸鹽(使氯酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10×10-6)，從而保護(hù)降膜管。為將氯酸鹽去除干凈，實(shí)際加糖量一般為理論量的2倍。過多的糖在高溫時(shí)易碳化，隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，管線設(shè)備腐蝕物黏結(jié)在一起，部分堵塞降膜管裂隙，影響成膜效果，還會(huì)影響粒片堿的顏色；加糖量不足，不但影響粒片堿的顏色，更重要的是未除凈的氯酸鹽高溫分解釋放新生態(tài)氧，加速降膜管的腐蝕，縮短降膜管使用壽命。生產(chǎn)證明：當(dāng)氯酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過3×10-5，加糖很難去除干凈；超過5×10-5，加糖已不起作用，氯酸鹽會(huì)在短期內(nèi)將設(shè)備腐蝕報(bào)廢。因此，日常生產(chǎn)中要定期檢測(cè)氯酸鹽含量，一旦超過工藝要求，要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取有效處理措施，以保護(hù)降膜管[1]。

1.2 生產(chǎn)負(fù)荷

在降膜管中，要保持良好的對(duì)流沸騰傳熱，必須嚴(yán)格控制液體均勻進(jìn)入，均勻成膜。如進(jìn)料量太小，則液膜太薄，并且隨著液膜的下降，堿液濃度的升高，部分液膜斷裂，出現(xiàn)干壁區(qū)并使降膜管承受更大的熱應(yīng)力，加劇應(yīng)力腐蝕。因此，必須控制好液體進(jìn)料的最小流量，一般不低于全負(fù)荷時(shí)流量的50%。相反，如果液體的進(jìn)料量過大，液體不能成膜或成膜很厚，在降膜過程中，液體往往不能得到完全充分的熱量傳遞，達(dá)不到對(duì)流沸騰所需的溫度，不能完全蒸發(fā)，濃縮過程不能很好地進(jìn)行。進(jìn)料量過大時(shí)，為了達(dá)到產(chǎn)品的質(zhì)量要求，加熱熔鹽的溫度就會(huì)提高，降膜管負(fù)荷就過大，容易損壞降膜管，縮短降膜管使用壽命，一般最大負(fù)荷為設(shè)計(jì)負(fù)荷的110%。

1.3 開停車控制

要做到有計(jì)劃地開停車，盡量減少開停車次數(shù)。因?yàn)槊恳淮瓮＼囨嚥谋砻婢蜁?huì)生成一層氧化膜，而開車時(shí)進(jìn)料堿液會(huì)沖掉鎳材表面的氧化膜,繼續(xù)腐蝕下層材料，使材質(zhì)變薄。因此，盡量減少開停車次數(shù)，有助于延長降膜管使用壽命。

1.4 停車時(shí)降膜管的保護(hù)及檢查

生產(chǎn)裝置短期停車時(shí)，應(yīng)保持低壓蒸汽連續(xù)吹掃，以避免空氣進(jìn)入而氧化降膜管鎳材；定期打開降膜管盲板，清洗裂隙，以保證成膜效果，延長設(shè)備使用壽命。具體多久清洗裂隙可以根據(jù)原料堿質(zhì)量、降膜管溫度、熔鹽溫度、成品堿濃度等指標(biāo)綜合考慮。

1.5 降膜管自身質(zhì)量

降膜管的制作質(zhì)量以及材質(zhì)質(zhì)量(材質(zhì)的耐腐蝕程度)也是決定降膜管壽命的重要因素，在使用工況同等的情況下，使用時(shí)間長的降膜管質(zhì)量就好。

2 降膜管使用情況對(duì)比

建廠初期，天能化工使用的是由瑞士進(jìn)口的降膜管，材質(zhì)為Ni201。其后，為節(jié)約成本，天能化工分別使用了沈陽某公司生產(chǎn)的降膜管(材質(zhì)為進(jìn)口Ni201)和重慶某公司生產(chǎn)的降膜管(材質(zhì)為國產(chǎn)N4)。現(xiàn)將Ni201和N4成分區(qū)別以及天能化工近7年的降膜管使用情況進(jìn)行對(duì)比總結(jié)，將7.5萬t/a的4套裝置分別稱為裝置1、裝置2、裝置3、裝置4，將5萬t/a的裝置稱為裝置5。

2.1 Ni201與N4成分比較

Ni201與N4成分比較見表1。

表1 進(jìn)口Ni201與國產(chǎn)N4成分比較

從表1可以看出：N4的鎳含量高于Ni201，理論上N4降膜管的質(zhì)量優(yōu)于Ni201降膜管。

2.2 原裝進(jìn)口降膜管使用情況

2010年9月，固堿裝置開車，至2013年下半年，原裝進(jìn)口降膜管使用情況如下。裝置1：2010年9月底投用，2013年11月底泄漏，使用37個(gè)月；裝置2：2010年9月底投用，2013年8月底泄漏，使用35個(gè)月；裝置3：2010年10月初投用，2013年9月底泄漏，使用35個(gè)月；裝置4：2010年10月初投用，2013年9月底泄漏，使用35個(gè)月。進(jìn)口降膜管的平均壽命為35.5個(gè)月?？梢钥闯觯涸诼人猁}含量低的情況下，原裝進(jìn)口降膜管平均壽命約3年。

2.3 進(jìn)口降膜管與國產(chǎn)降膜管的比較

2013年7月，裝置5投產(chǎn)(由重慶某公司設(shè)計(jì)，采用其生產(chǎn)的降膜管，材質(zhì)為國產(chǎn)N4)。由于離子膜裝置已運(yùn)行3年，生產(chǎn)的32%原料堿氯酸鹽含量逐漸增高，裝置1～裝置4陸續(xù)更換了Ni201材質(zhì)的降膜管；裝置5于2014年4月底由于操作原因，2根降膜管堵塞，將其更換為沈陽某公司生產(chǎn)的降膜管，使用情況如下。

裝置1:2013年11月底投用，2014年4月初泄漏，使用4個(gè)月；裝置2：2013年8月底投用，2014年1月初泄漏，使用4個(gè)月；裝置3：2013年9月底投用，2014年5月初泄漏，使用7個(gè)月；裝置4：2013年9月底投用，2014年2月初泄漏，使用4個(gè)月。裝置1～裝置4采用的進(jìn)口降膜管的平均壽命為4.75個(gè)月。裝置5(2根，沈陽某公司生產(chǎn)):2014年4月底投用，2014年9月初泄漏，使用4個(gè)月；裝置5(8根，重慶某公司生產(chǎn))：2013年7月初投用，2014年9月初泄漏，使用14個(gè)月。

可以看出：在同樣的原料堿(氯酸鹽相同，且含量較高)的情況下，純進(jìn)口Ni201材質(zhì)降膜管和進(jìn)口材料國內(nèi)制造的Ni201材質(zhì)降膜管壽命相差不大；而N4材質(zhì)降膜管壽命是Ni201材質(zhì)降膜管的3倍之多。其中裝置5是兩種不同降膜管在同一裝置使用，工況完全相同。

2.4 不同裝置的兩種降膜管比較

從2014年以后，進(jìn)口Ni201材質(zhì)降膜管備件使用完畢，主要購買沈陽某公司的Ni201降膜管和重慶某公司的N4降膜管，5套裝置使用情況如表2所示。從表2可以看出：進(jìn)口材料國內(nèi)制造的Ni201材質(zhì)降膜管比國產(chǎn)N4材料的平均壽命短8.6個(gè)月。

表2 不同裝置的降膜管使用壽命比較

2.5 相同裝置的兩種降膜管比較

為了進(jìn)一步對(duì)比進(jìn)口Ni201降膜管與國產(chǎn)N4降膜管，在同一套裝置使用2種不同的降膜管，盡量做到工況相同，在裝置2、裝置4、裝置5進(jìn)行對(duì)比，如表3～表5所示。

表3 裝置2上的降膜管使用壽命對(duì)比

表4 裝置4上的降膜管使用壽命對(duì)比

從表3可以看出:至2017年3月底，裝置2的8根N4降膜管只有1根泄漏，其使用時(shí)間達(dá)到29個(gè)月，其余7根還在使用，平均壽命超過24.75個(gè)月；Ni201降膜管全部泄漏，平均壽命16個(gè)月，明顯低于國產(chǎn)N4降膜管。

從表4可以看出:裝置4的3根國產(chǎn)N4材質(zhì)降膜管到目前都未泄漏，平均壽命超過20個(gè)月，最終壽命有待時(shí)間考驗(yàn)；進(jìn)口材料國內(nèi)制造的Ni201材質(zhì)降膜管9根，6根泄漏，3根還在使用，平均壽命超過10.5個(gè)月，明顯低于國產(chǎn)N4降膜管。

表5 裝置5上的降膜管使用壽命對(duì)比

從表5可以看出：裝置5的10根降膜管有7根國產(chǎn)N4材質(zhì)，3根Ni201材質(zhì)，于2016年11月底同時(shí)安裝，至2017年3月下旬，1根Ni201降膜管泄漏，壽命3.5個(gè)月。而國產(chǎn)N4材質(zhì)降膜管全部完好使用。

從表3～表5可以看出：在同一裝置，工況相同的情況下，國產(chǎn)N4降膜管壽命長于Ni201降膜管。由此可以說明：N4降膜管質(zhì)量優(yōu)于Ni201降膜管。

3 結(jié)語

降膜管是片粒堿生產(chǎn)的重要設(shè)備，價(jià)格昂貴。生產(chǎn)企業(yè)不但要精心操作，還要選擇質(zhì)量好的設(shè)備，以延長降膜管的使用壽命，降低設(shè)備成本。隨著民族工業(yè)的發(fā)展，由依賴進(jìn)口逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檫M(jìn)口材料國內(nèi)制造，直至完全國產(chǎn)化，其產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)，價(jià)格低，因此，氯堿企業(yè)降低降膜管的設(shè)備成本完全可以得到實(shí)現(xiàn)。

[1] 李春江，張志江. 燒堿蒸發(fā)、制片設(shè)備及管道的防腐措施[J].氯堿工業(yè)，2016，52(12)：29-30.

[編輯：董紅果]

Comparison of service life between falling film tubes made from N4 materials and from Ni201 materials

ZhangZhijiang

(Tianneng Chemical Industry Co., Ltd., Shihezi 832012, China)

solid caustic soda; falling film tube； service life； influence factor; N4 materials; Ni201 materials

The factors influencing the service life of falling film tubes in the production of solid caustic soda were analyzed, and the service life of falling film tubes made from domestic material N4 and from imported material Ni201 was compared. The result showed that the service life of N4 material falling film tube was longer than that of Ni201 material.

2017-04-24

TQ114.268

B

1008-133X(2017)06-0028-04

*[作者簡介] 張志江 (1972—)，男，高級(jí)工程師，1995年畢業(yè)于華東理工大學(xué)精細(xì)化工系，現(xiàn)于天能化工有限公司從事粒片堿生產(chǎn)技術(shù)工作。