如何預(yù)防外盤管式反應(yīng)釜設(shè)備腐蝕泄漏事故

周衛(wèi)

（滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,安徽 滁州 239000）

0 引言

外盤管式反應(yīng)釜一般由釜蓋、外盤管、釜體、攪拌器、軸封傳動(dòng)裝置及支架等組成。反應(yīng)釜外部由一圈一圈的半圓形外盤管嵌在反應(yīng)釜?dú)んw上。這種類型的反應(yīng)釜具有加熱速度快、耐高溫、使用方便等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工行業(yè)的橡膠、農(nóng)藥、染料、樹脂的生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中需要完成硫化、硝化、氫化、聚合、縮合、烷化等工藝反應(yīng)過程［1］。在這些工藝反應(yīng)過程中，存在有毒有害、易燃易爆、腐蝕較強(qiáng)的危險(xiǎn)化學(xué)品和高溫高壓生產(chǎn)工況，如果生產(chǎn)過程反應(yīng)釜存在一些缺陷，極易發(fā)生危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏而導(dǎo)致重大事故的發(fā)生。因此針對精細(xì)化工行業(yè)中反應(yīng)釜應(yīng)用存在的問題，除了通過HAZOP（風(fēng)險(xiǎn)與可操作性）分析，來預(yù)防反應(yīng)釜超溫超壓導(dǎo)致的事故外，還應(yīng)采取行之有效的措施預(yù)防反應(yīng)釜設(shè)備缺失/問題，系統(tǒng)性地提高其可靠性，以避免反應(yīng)釜內(nèi)的危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏引發(fā)重大事故。

1 外盤管式反應(yīng)釜設(shè)備腐蝕的原因

筆者針對外盤管式反應(yīng)釜在生產(chǎn)工藝過程、設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、設(shè)備腐蝕等方面進(jìn)行研究分析，總結(jié)出了一些造成反應(yīng)釜?dú)んw或外盤管泄漏的常見原因。

1.1 工藝過程中反應(yīng)釜?dú)んw腐蝕減薄

在物料使用和物料反應(yīng)過程中，物料對反應(yīng)釜腐蝕導(dǎo)致反應(yīng)釜泄漏，例如反應(yīng)釜在用于生產(chǎn)酚醛樹脂時(shí)，其原料主要包括苯酚、有機(jī)酸或硫酸作為催化劑，甲醛以及固醛等，由于在合成的中間階段，加入液醛后，液體甲醛中含有較多的水，為苯酚和催化劑的電離提供了條件，體系的酸性增強(qiáng)，破壞了不銹鋼表面鈍化膜穩(wěn)定存在的環(huán)境［2］，使得不銹鋼鈍化膜破壞，材料進(jìn)一步溶解。且工藝中所使用的催化劑中烷基類磺酸的酸性較強(qiáng)，而草酸則是一種弱酸，但草酸具有一定的絡(luò)合性和還原性，可以對腐蝕產(chǎn)物有絡(luò)合作用，阻止了不銹鋼的鈍化反應(yīng)，促進(jìn)了反應(yīng)釜壁的腐蝕。

而且，在反應(yīng)釜內(nèi)合成體系中的各種酸性環(huán)境均為非氧化酸性體系，甚至為還原性酸性體系，這不利于不銹鋼鈍化膜的穩(wěn)定存在。此外，合成中苯酚與水互溶后的體系形成的微乳化介質(zhì)削弱了水在不銹鋼鈍化中的作用，即削弱了不銹鋼在活性溶解后溶解產(chǎn)物的水解、成膜過程，使得其表面無法形成鈍化膜，因而在周期性的合成生產(chǎn)中使得反應(yīng)釜壁不斷地發(fā)生腐蝕，導(dǎo)致反應(yīng)釜?dú)んw減薄。

1.2 反應(yīng)釜加熱過程中外盤管腐蝕

1）反應(yīng)釜外盤管熱應(yīng)力腐蝕，一般由于反應(yīng)釜加熱在啟停過程中，如果溫升率和溫降率超過規(guī)定范圍，那么會(huì)導(dǎo)致管子和板子的熱應(yīng)力增大，使得焊縫或脹接處出現(xiàn)損壞，特別是在反應(yīng)釜底部，加熱盤管曲率半徑較小變形的部位，從而引起端口泄漏。

2）反應(yīng)釜外盤管沖刷侵蝕，一般由于反應(yīng)釜加熱過程中，蒸氣流速和含水量較高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致蒸氣的氣水兩相流對管子外壁進(jìn)行沖刷，進(jìn)而使管壁變薄甚至穿孔損壞。

1.3 外盤管式反應(yīng)釜材料選型不當(dāng)導(dǎo)致腐蝕

用于各種濃度的酸、堿、鹽、強(qiáng)氧化劑、有機(jī)化合物及其他所有強(qiáng)腐蝕性化學(xué)介質(zhì)的外盤管式反應(yīng)釜?dú)んw材料如果出現(xiàn)選型不當(dāng)，外盤管材質(zhì)不好、管壁厚度不均勻、管板的厚度不夠、管子有缺陷等情況，一旦反應(yīng)釜操作異?；虿▌?dòng)的工況情況發(fā)生，就很容易導(dǎo)致反應(yīng)釜?dú)んw腐蝕減薄、外盤管損壞，從而造成危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏。

2 外盤管式反應(yīng)釜腐蝕預(yù)防措施

2.1 預(yù)防工藝過程中反應(yīng)釜?dú)んw腐蝕減薄的措施

針對物料使用和物料反應(yīng)過程中，造成反應(yīng)釜?dú)んw腐蝕減薄的預(yù)防措施，除了嚴(yán)格按化工產(chǎn)品的操作規(guī)程操作，杜絕超壓、超溫、超液位的現(xiàn)象外，還要評估反應(yīng)釜投返工料和洗釜等操作可能對反應(yīng)釜壁的不良影響。

另外，針對生產(chǎn)酚醛樹脂的反應(yīng)過程中物料對反應(yīng)釜腐蝕形成的原因，通過失效分析及修復(fù)方法研究得出：造成反應(yīng)釜壁腐蝕的原因是由于體系的還原性酸介質(zhì)和微乳化的介質(zhì)使316L 不銹鋼難以進(jìn)入鈍化狀態(tài)，而一般耐蝕性合金主要是通過鈍化層的穩(wěn)定性來實(shí)現(xiàn)其耐蝕效果，因此，在進(jìn)行多項(xiàng)篩選試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，會(huì)發(fā)現(xiàn)引入其他合金鍍層也難以達(dá)到理想的效果。而鍍鈀層的引入機(jī)理與其他通過鍍層本身的穩(wěn)定性來防腐的機(jī)理不同，由于鈀的電極電位較高，在鈀層與316L 不銹鋼同時(shí)存在于合成介質(zhì)中時(shí)，鈀的存在可以促進(jìn)不銹鋼的鈍化。因此，鍍鈀層的主要形式不是通過在釜壁上獲得完整的鈀鍍層來實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)釜釜壁的屏蔽保護(hù)，而是在其表面鍍覆金屬鈀鍍層，來實(shí)現(xiàn)鈀膜層促進(jìn)316L 不銹鋼表面的鈍化，從而能顯著降低其在溫度較高硫酸中的腐蝕速率，這樣就可以通過較少的投入條件下，實(shí)現(xiàn)對反應(yīng)釜壁的防護(hù)效果。

2.2 預(yù)防反應(yīng)釜加熱過程中外盤管腐蝕的措施

1）預(yù)防反應(yīng)釜加熱過程中外盤管熱應(yīng)力腐蝕，制定并規(guī)范反應(yīng)釜溫升率和溫降率范圍，避免使管子和板子的熱應(yīng)力增大，導(dǎo)致焊縫或脹接處出現(xiàn)損壞；另外在針對在反應(yīng)釜底部，加熱盤管曲率半徑較小變形的部位，建議做成局部夾套。

2）預(yù)防反應(yīng)釜加熱過程中外盤管沖刷侵蝕，在反應(yīng)釜加熱過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制蒸汽流動(dòng)的速度，在管網(wǎng)引入蒸汽時(shí)，及時(shí)排凈凝液，避免蒸汽的氣水兩相流對管子外壁進(jìn)行沖刷，從而導(dǎo)致管壁變薄甚至穿孔損壞。

3 外盤管式反應(yīng)釜設(shè)備防腐材料選擇與評價(jià)

針對使用各種濃度的酸、堿、鹽、強(qiáng)氧化劑、有機(jī)化合物及其他所有強(qiáng)腐蝕性化學(xué)介質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)的外盤管式反應(yīng)釜設(shè)備，首先須考慮材料的耐腐蝕性能，根據(jù)既定的介質(zhì)的工況（介質(zhì)的溫度、流速、受熱及散熱條件、受力類型及大小等）和介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)（介質(zhì)的成分、PH 值、含氧量、可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)等）結(jié)合常用材料的性能進(jìn)行篩選；其次考慮預(yù)期設(shè)備的使用壽命，材料的選擇須滿足整個(gè)生產(chǎn)裝置要求的使用壽命；一般選用鋼襯ETFE（四氟乙烯）等反應(yīng)釜，其防腐性能相對較好；另外，如果服役環(huán)境為酸性的非氧化性介質(zhì)，結(jié)合目前常用的材料使用情況，可以考慮鎳基合金、雙相不銹鋼、鈦合金等材料。針對使用酸、堿、鹽及大部分醇類的液態(tài)，進(jìn)行食品以及藥品提煉的，一般選用襯膠、搪瓷、鈦鋼、鋼襯PE（聚乙烯）等反應(yīng)釜［3］；對于反應(yīng)釜外盤管的材質(zhì)、管壁和厚度的選型，須根據(jù)加熱介質(zhì)、外盤管的布局、操作參數(shù)等進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，從而防止反應(yīng)釜外盤管應(yīng)力腐蝕。

4 小結(jié)

對于精細(xì)化工企業(yè)而言，外盤管式反應(yīng)釜是化工裝置生產(chǎn)的核心，是公司的重要財(cái)產(chǎn)，也是化工裝置長周期安全運(yùn)營的保障，做好外盤管式反應(yīng)釜預(yù)防性維修和設(shè)備材料選擇與評價(jià)、規(guī)范設(shè)計(jì)和工藝操作等行之有效的措施，來預(yù)防外盤管式反應(yīng)釜腐蝕問題，能系統(tǒng)性地提高反應(yīng)釜的可靠性，可以避免反應(yīng)釜內(nèi)的危險(xiǎn)化學(xué)品泄漏和由此引發(fā)的生產(chǎn)安全事故。