預分餾塔塔盤腐蝕原因分析與防護措施

閻 鎮

（中國石化齊魯分公司氯堿廠，山東 淄博 255411）

中國石化齊魯分公司氯堿廠環氧氯丙烷裝置引進日本日揮公司技術，于1988年7月投產開車，生產能力為32 kt/a，實際生產能力可達37 kt/a，該裝置分為氯丙烯單元、環氧單元和廢水處理單元。2008年10月，氯丙烯單元因預分餾塔(A-TW-1)運行問題而停車檢修，在打開預分餾塔人孔后，發現塔盤脫落、變形嚴重，并且塔盤整體減薄，其原因是塔盤遭受腐蝕。為此，查明腐蝕原因，落實防腐蝕措施，以確保裝置安全平穩運行。

1 預分餾塔塔盤腐饋情況

預分餾塔是環氧氯丙烷裝置氯丙烯單元的重要設備之一，負責接收反應器的反應產物，反應產物包括氯丙烯、二氯化物、氯化氫和未反應的丙烯，并從塔頂分離出氯化氫和未反應的丙烯，從塔底分離得到粗氯丙烯。在2004年大檢修期間，該設備整體更新，于2004年10月投產開車，之后從未進行大檢修，僅在單元檢修時，對預分餾塔進行水洗作業。2008年10月，塔底泵出現壓力偏低、汽蝕等異常現象，塔內各點溫度顯示分布不均，偏離正常控制指標，不得不非計劃停車，對預分餾進行檢修。發現進料層塔盤腐蝕穿孔，部分塔盤因固定螺栓腐蝕斷裂而脫落，所有塔盤厚度不超過0.5 mm。由于塔盤損壞和脫落，造成塔內介質分離不正常，塔底夾帶氣相介質，引起塔底泵運行異常。

2 金屬腐蝕機理

2.1 自發腐蝕

金屬在受腐蝕的環境中元素發生變化，同時釋放出能量，伴隨著能量的減少，金屬的腐蝕自發地進行。金屬在含氧和水蒸氣環境下的典型腐蝕反應如下：

M（金屬）+H2O+1/2O2=M（OH）2（金屬氫氧化物）

M（金屬）+1/2O2=MO（金屬氧化物）

大多數金屬在潮濕的大氣環境條件下，都會自發地進行腐蝕，但部分金屬在腐蝕發生后，會在表面形成一層保護膜，從而使腐蝕反應減緩，所以，不同的金屬腐蝕速度不同。

2.2 電化學腐蝕

2種不同的金屬在溶液中接觸時，由于電位不同，構成了1個原電池，電位較低的部分為陽極，電位較高的部分為陰極，由于溶液中導電離子的存在，陽極失去電子被氧化，變成金屬離子進入溶液中，不同的金屬在不同的溶液中的腐蝕速度不同。金屬在酸性環境下，如果其電位比氫的電位低，該金屬就會發生腐蝕。

2.3 高溫氣體腐蝕

金屬在高溫氣體和干燥的氣體中最常見的腐蝕是氧化，腐蝕的產物以膜的形式覆蓋在金屬表面，也是一個電化學過程，但高溫氣體腐蝕和水溶液中的腐蝕仍有區別。防止金屬高溫腐蝕的有效方法是在基體金屬中加入有效的合金成分，使膜中產生保護性很強的二元或三元化合物。

3 塔盤腐蝕的原因分析

3.1 介質影響

預分餾塔內介質含有氯化氫，氯化氫在氣體狀態非常穩定，不會與金屬發生反應，也不會對金屬造成腐蝕，但是，氯化氫極易溶于水，在有水分存在的環境下，氯化氫與水形成鹽酸，在酸性環境下金屬會發生電化學反應，引起金屬的腐蝕，這是造成塔盤腐蝕的主要原因。

3.2 工藝操作對塔盤的影響

正常操作時，通過預分餾塔下部的折流塔盤和篩板塔盤將氣相介質從液相介質中分離開來，再通過上半部分的浮閥塔盤將氣相中夾帶的液相介質分離。在生產發生波動或對預分餾塔的操作控制不穩定時，塔內介質分離不好，在預分餾塔下部有未分離出來的氯化氫，當液相介質含水量達到一定程度時，預分餾塔下部塔盤易發生腐蝕。

3.3 化學成分對金屬耐蝕性的影響

預分餾塔塔盤材質為316不銹鋼，不銹鋼中的化學元素有碳、鉻、鎳、錳、硅、鉬等，不銹鋼的組織和性能很大程度上取決于含碳量，碳的影響主要表現在2個方面：一方面是穩定奧氏體的元素；另一方面，由于碳和鉻的親和力很大，能與鉻形成一系列復雜的碳化物。含碳量越高，不銹鋼的強度越高，但耐蝕性能越低，因此，碳含量在不銹鋼中的作用是矛盾的，在耐蝕性要求高的環境下，不銹鋼中的碳含量就要控制得低些。因此，不銹鋼中各元素成分的含量不同，表現出來的性能也不同，耐蝕性也會不同。

4 塔盤的防腐蝕措施

4.1 嚴格控制工藝參數

由于鹽酸對塔盤的影響較為明顯，因此，控制介質中水含量，減少鹽酸的生成至關重要。系統中的水分來自丙烯回收系統，高溫氯化反應過程中丙烯與氣化氯的摩爾比為4∶1，過量的丙烯需經洗滌后回收，重新進行高溫氯化反應，因此，必須嚴格控制回收丙烯的水含量。控制丙烯中的水含量可通過2步進行，首先，利用丙烯在水中的溶解度進行自身分離，分離出的水分要及時排出系統，經過分離后的丙烯仍含有大量水分；然后，需要對丙烯進行干燥，可以通過干燥塔中的干燥劑干燥丙烯，從而保證丙烯中的水含量低于控制值。在整個過程中，必須嚴格控制工藝參數，并及時監測干燥塔的運行情況。同時，要加強工藝管理，在生產過程中，要及時通過預分餾塔底部的排放閥將積累的酸性介質排出系統。

4.2 加強對設備檢修后的干燥管理

由于系統對水含量要求嚴格，而在檢修過程中，因工藝原因需對設備進行高壓水清洗，為防止設備檢修后殘留水分給系統帶來影響，必須在檢修后對系統進行干燥處理，可用熱媒將干燥的氮氣加熱至一定溫度，熱氮氣在系統內循環，在系統底部設置排放點，利用熱氮氣將系統中的水分帶出。

4.3 采取涂層處理

隨著國內研究的不斷深入，金屬表面涂層處理工藝技術日益成熟。316不銹鋼表面采用硅烷化學氣相沉積（CVD）滲硅，是一種新型的涂層防腐技術，可以顯著提高不銹鋼的耐蝕性能。它是在金屬表面沉積一層不定形硅（α-Si）,硅沉積通常采用硅烷加熱分解技術，形成單質硅。硅烷或硅烷與氫的混合氣，在一定溫度、壓力、流量、濃度和反應時間的條件下，在不銹鋼表面形成硅的擴展層，由于硅的擴散，使硅膜與基體表面的物理吸附性能加強，既保留了金屬材料的強度又提高了耐蝕性。

4.4 選取合理的材質

鎳元素能顯著提高316不銹鋼在硫酸、醋酸、草酸及中性鹽中的耐蝕性。錳元素能大大提高316不銹鋼在醋酸、甲酸、乙醇酸等有機酸中的耐蝕性，并能促使其達到鈍化狀態，在這方面，錳比鎳的作用更明顯。鉬元素能提高316不銹鋼的鈍化能力，擴大其鈍化介質范圍，鉬的氧化膜具有更高的穩定性還可以防止鹵素離子，特別是氯離子對膜的破壞[1]。因此，在選擇塔盤材質時，要選取用合適的材質，可適當選取牌號較高的不銹鋼材料，如316L。

4.5 選取合理的塔盤加工工藝

塔盤一般是由不銹鋼板經沖壓形成，不銹鋼的冷加工性和鋼的組織有著密切的關系。不銹鋼經過冷軋后其強度大大提高，在冷軋后再采取低溫回火，回火溫度控制為425℃以下，不銹鋼的彈性極限和抗拉強度不但不會下降，反而有所上升。在塔盤加工過程中，可以考慮更為合理的加工工藝，在保證耐蝕性不受影響的情況下提高其強度。

5 結語

要避免金屬受到腐蝕就是要防止金屬進行化學反應，通過改變金屬元素的組分可以改善金屬的耐蝕性，通過改變金屬的加工工藝可以提高金屬的強度，同時，要嚴格控制工藝參數指標，避免強酸性介質生成，對設備正常運行造成嚴重的影響。預分餾塔在2009年4月大檢修時更換為改進后的塔盤，經過連續近四年的運行，在日常停車消缺過程中，通過對3個人孔部位的塔盤檢查，未發現有明顯的腐蝕減薄，滿足了裝置長周期、安全、平穩運行的需要。

［1］王書田.影響不銹鋼耐蝕性的因素.內蒙古石油化工，2009，（22）：85～86.