湯彥斌

(四川省西核機電設備制造有限公司,四川成都,610500)

腐蝕與控制

鹽酸介質設備內防腐設計方案經濟性比較

湯彥斌

(四川省西核機電設備制造有限公司,四川成都,610500)

正確選擇防腐材料是控制腐蝕的有效方法，可以使設備獲得經濟、合理的使用壽命。本文對工藝介質中含鹽酸成份的設備內防腐方案做了分析介紹，對幾種材料的具體使用提供工程使用依據，并對各方案的經濟性進行了對比，為其他類似材料提供參考。

鹽酸 防腐 聚四氟乙烯 碳化硅 蒙乃爾

1 概述

鹽酸是還原性強酸，具有極強的腐蝕性。只有一些貴金屬如鉭、鉑、金、銀和少數合金如鎳鉬鐵合金和含鉬高硅鐵對鹽酸具有良好的耐腐蝕能力(其腐蝕率根據介質的濃度、溫度、pH值的不同而有所不同)。普通碳鋼、不銹鋼等在鹽酸環(huán)境中腐蝕十分嚴重，但多數非金屬材料對鹽酸具有良好的耐腐蝕性，如玻璃、陶瓷、碳、石墨、聚四氟乙烯等。在工程設計中，對盛裝鹽酸介質的容器通常采用純玻璃鋼或碳鋼加內襯的方式進行防腐，純玻璃鋼設備常用于常壓容器，碳鋼加內襯的方式可用于壓力較高的工況，其結構既滿足了設備強度、剛度的要求，又避免了大量使用貴金屬導致工程造價過高的問題，本文就彭州某石化項目急冷沉降槽為例，簡要介紹一些常用的以及一些新型的防腐方式。

2 設備參數

該裝置中的間戊二烯、單烯烴、C5溶劑等混合原料在反應器中，同催化劑(AlCl3)進行聚合反應，聚合反應產物在沉浸槽混入水后，產物中的催化劑水解終止聚合反應，催化劑水解過程中生成的鹽酸，雖然在沉浸槽中加入堿液以中和鹽酸，但在混合介質中一直存在Cl-，故該工段后續(xù)設備如急冷沉降槽等 ，設備中介質存在極強的腐蝕性。急冷沉降槽設備簡圖如圖1所示，主要參數如表1。

表1 急冷沉降槽設備主要參數表

圖1 設備簡圖

3 防腐方案分析

在工程設計中，設備防腐方案必須從防腐性能及工程造價兩方面予以考慮。設計中通常采用的方案有碳鋼襯塑及碳鋼襯蒙乃爾等，基層碳鋼提供強度及剛度保證，內襯層提供防腐保障。

3.1 碳鋼襯玻璃鋼(CS+FRP)

玻璃鋼(FRP)采用玻璃纖維與一種或者多種熱固性或者熱塑性樹脂復合而成，根據復合樹脂的不同，可分為環(huán)氧樹脂玻璃鋼、酚醛樹脂玻璃鋼等。材料不僅具有較高的強度，還具有良好的耐腐蝕能力，對鹽酸、多種油類和溶劑都具有極強的抵抗能力，所以玻璃鋼在鹽酸環(huán)境使用較為廣泛。普通玻璃鋼使用溫度上限在70℃左右，但選擇高溫樹脂時，長期工作溫度可以達到200～300℃，完全可以滿足本設備防腐需要。

本方案缺點：對于設備在操作過程中存在急冷急熱情況，內襯的玻璃鋼容易與鋼材表面剝離。這會導致防腐層破壞，內部介質直接與碳鋼表面接觸，產生腐蝕，影響設備使用壽命。同時剝離的玻璃鋼容易對物料進出口產生堵塞，影響正常生產操作。所以本方案后期維護要求較高，需要定期進行檢查及修復。另外，玻璃鋼老化現象嚴重，其在化學介質、機械應力等作用下容易導致性能下降，需定期檢修。

3.2 碳鋼襯聚四氟乙烯(CS+PTFE)

聚四氟乙烯(PTFE)被稱為塑料之王，具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、耐腐蝕性，幾乎不溶于所有的溶劑，對酸堿具有良好的抵抗能力，同時其具有耐高溫的特點，是最佳的防腐材料。

襯聚四氟乙烯主要有兩種技術方案，一是采用聚四氟乙烯板材進行粘接，但是由于材料表面極其光滑，表面能低，表面對液體的接觸角大，潤濕性差，其與鋼材的粘附能力小，尤其在接縫處很更容易出現剝離，次方法僅適用于操作工況平穩(wěn)的場合。

目前開發(fā)出另一種新型的技術方案，采用噴涂的方法，由于本方法需要將溫差控制在2℃以內，所以必須在專門的爐子內進行噴涂，噴涂厚度約為200μm左右，與鋼材的粘合性非常好，且能有效地解決設備接管的內襯，能方便快捷地施工。其長期工作溫度可以達到260℃，是非常理想的防腐技術。但目前西南地區(qū)防腐廠家現有的爐子均在3米以內，對于大型設備不能完成噴涂處理，使其使用受到一定的局限性。

3.3 碳鋼襯碳化硅(CS+SiC)

內襯碳化硅(SiC)方案是一項新興的防腐技術，其通過碳化硅、納米氧化鋁與高分子樹脂合成的復合材料。由于高含量的碳化硅硬度高達9.7(鉆石為10)，具有極好的耐磨損性能，在樹脂復合下又具有抗沖擊、抗脆裂、無電導、抗腐蝕等性能，對鹽酸具有較好的抗腐蝕能力，其長期工作溫度可達180℃。該方案施工簡單、方便，只需將調配好的材料均勻地刮涂在設備內表面即可。

本方案的缺點在于對設備上直徑較小的接管無法進行內部刮涂，接管材料須采用蒙乃爾不銹鋼。

3.4 碳鋼襯蒙乃爾不銹鋼(CS+NCu30)

蒙乃爾合金(NCu30)是以金屬鎳作為基體，添加銅、鐵、猛等其他元素而成的合金。該合金對鹽酸、硫酸、氫氟酸及其派生物具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。純蒙乃爾合金價格較貴，在防腐結構中，通常采用碳鋼堆焊或者復合板結構。本方案的優(yōu)點在于，整個設備全部采用金屬結構，施工簡單，不會因為操作工況的不穩(wěn)定，而產生剝離現象，以及其他內襯結構的老化、裂紋等問題，后期維護方便、簡單。

4 技術經濟性比較

上述幾種方案由于原材料及制造等價格不同，整個設備的造價存在較大的差異。急冷沉降槽設備內表面積約42m2，重量約為4.9噸，基層材料Q345R，其含基材在內的總造價如表2。

表2 急冷沉降槽設備不同防腐方案下的總造價比較

注：本價格為防腐廠家的初步報價，不代表最終價格，僅做分析比較用,Q345R制作費用按1.1萬元/噸計算。

5 方案確定

根據本案例中設備具體尺寸、各防腐方案的優(yōu)缺點比較及經濟性分析，最終選擇CS+FRP，在實際運用中該設備運行良好，防腐效果理想。

6 結語

通過本案例的綜合分析及工程實際運用：當設備運行工況穩(wěn)定選用CS+FRP最為合理；當設備運行工況存在急冷急熱，且直徑和長度小于3米時，選用CS+PTFE噴涂方案較為合理，同時也可以選擇CS+SiC；蒙乃爾復合板可用于鹽酸環(huán)境下的一切工況；當設備運行工況不穩(wěn)定，且規(guī)格超過3米時應根據初期造價及后期維護兩方面綜合考慮確定方案，確保設備運行的安全性、可靠性和經濟性。

[1] 左景伊.腐蝕數據與選材手冊[M].北京:化學工業(yè)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