液氯氣化器腐蝕原因探討

鞠紅艷，王永忠，王成軍，李海軍，駱秋福，趙久明

（內蒙古蘭太實業股份有限公司，內蒙古自治區 阿拉善盟750336）

內蒙古蘭太實業股份有限公司制鈉分公司制鈉二廠（以下簡稱制鈉二廠）始建于2001 年，當時的生產規模為金屬鈉2 萬t/a、液氯3 萬t/a。2004 年實施擴建，新增產能金屬鈉2 萬t/a、液氯3 萬t/a，形成目前的工廠規模，生產金屬鈉4 萬t/a、液氯6 萬t/a。

金屬鈉生產工藝是以工業鹽氯化鈉為原料，經過干燥后，輸送至電解槽，以連續方式加入電解槽內，電解質（工業鹽）經過通電、高溫處理后發生化學反應，產生金屬鈉和氯氣，金屬鈉通過集鈉罐進行收集，收集后的金屬鈉為粗鈉，將粗鈉輸送至精制車間進行處理，得到品質較高的金屬鈉；氯氣通過負壓管道輸送至液氯車間處理，液化后的液氯儲存在液氯計量槽中，一部分進行鋼瓶包裝或槽車包裝外銷，另一部分進行氣化，通過管道輸送供給下游使用氯氣的單位。

1 液氯氣化器使用情況

制鈉二廠氣化站現有2 臺氣化器，互為備用，主體設備有氣化器、緩沖罐、排渣罐，液氯通過液下泵輸送至氣化器進行氣化。氣化所需的熱源來自循環水，水溫為40～50 ℃，氣化后壓力為0.5～0.8 MPa，再到緩沖罐，通過管道輸送給下游用戶，三氯化氮等廢渣定期排除。

制鈉二廠西側B 液氯氣化器為2012 年下半年臨時增補更新技措項目，于2013 年1 月更新完成，6 月投入使用，至2014 年6 月13 日時發生腐蝕內漏。為了確保液氯系統的安全穩定運行，及時對腐蝕原因進行分析并更新B 氣化器作為備用系統。

2 液氯氣化器腐蝕原因分析

為防止氣化器列管腐蝕穿孔事故再次發生，對可能導致氣化器發生腐蝕的設備材質、循環水水質、運行方式等因素進行分析，從中查找影響氣化器腐蝕的原因。

2.1 循環水水質導致電化學腐蝕

氣化器使用的熱水來自循環水，溫度在40～50 ℃，pH 值6.0～7.0，循環水的換熱設備為敞開式冷卻塔。水溫低于77 ℃時，敞口設備中溶解氧的腐蝕性隨著水溫的升高而增強，水溫在48.9 ℃時，相同濃度下溶解氧對碳鋼的腐蝕速率接近25 ℃的2 倍[1]。腐蝕機理為，金屬鐵與溶解氧組成腐蝕電池，鐵為陽極被氧化腐蝕，氧為陰極被還原。反應如下：

Fe（OH）2不穩定，進一步氧化生成氫氧化鐵

氫氧化鐵脫水生成鐵銹：

2.2 設備材質及制造存在缺陷

現有的氣化器為雙管板管殼式列管換熱器，管程材質為10 號鋼，殼程為16 Mn。在常溫時氯氣中的水分與碳鋼的腐蝕速度關系見表1。

表1 氯氣中的水分與碳鋼腐蝕速度關系

當氯中含水量小于150×10-6時，普通的碳鋼可被認為沒有腐蝕反應，該廠氯中含水量260×10-6，對氣化器管程存在腐蝕。

由于金屬加工缺陷以及金屬組織的不均勻性，使管板在短時間內孔蝕和縫隙腐蝕，可能造成氣化器腐蝕漏水。

3 采取的防腐措施

3.1 提高水的pH 值，抑制電化學腐蝕

由于含氧水對碳鋼的腐蝕性隨著pH 值的增加而降低，使循環水的pH 值由原來的6.0～7.0 提高至7.0～8.0，向循環水中添加了三聚磷酸鈉，一方面降低水的腐蝕性，抑制電化學腐蝕;另一方面與水中的鈣、鐵離子生成聚合磷酸鈣鐵絡合沉淀膜覆蓋在金屬表面，阻止腐蝕進行。同時向循環水中添加緩蝕阻垢劑對水質進行緩蝕阻垢處理。

3.2 加裝一套真空除氧裝置

根據亨利定律可知，在封閉容器中，任何氣體同時存在于水面上，則氣體的溶解度與其分壓力成正比，而且氣體的溶解度僅于其本身的分壓力有關。經對比熱力除氧消耗蒸汽量大，成本高，水溫不易控制，影響循環水水質等因素，該廠在氣化器進口前加裝一套真空除氧裝置，使水面空間氧氣分子被排出，從而氧的分壓力為零，實現水面低溫狀態下除氧（60 ℃或常溫）。

3.3 嚴格控制氯氣水分

電解槽出來的濕氯氣經過水洗塔、鈦冷卻器、硫酸洗滌塔等工藝處理后，確保進入氣化器前的氯氣含水量小于100×10-6，可避免氯氣對管程的腐蝕。

3.4 嚴把設備驗收關

對新制作完成的氣化器，安裝使用前進行嚴格的探傷檢驗和氣密性試驗，確保使用的設備不留下任何缺陷和隱患。

4 結語

通過采取以上措施，氣化器運行情況良好，同時繼續觀察氣化器的使用情況，為安全、連續生產打下了良好的基礎。

［1］武漢水利電力學院.熱力發電廠水處理（下冊）.北京；水利電力出版社，1987.

［2］戴昆侖.液氯氣化器的腐蝕與防護.氯堿化工.2010.