N4材質與Ni201材質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)

【蒸發與固堿】

N4材質與Ni201材質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；Ni201材質

分析了固堿生產中影響降膜管使用壽命的因素，并對國產N4材質與進口Ni201材質的降膜管的使用壽命進行了對比。結果表明：N4材質降膜管的使用壽命長于Ni201材質的降膜管。

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

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，其中含有雜質氯酸鹽。在鹽水電解過程中，由于陽極產物的溶解及通電時陰陽極產物的遷移擴散等原因，在電解槽內會發生一系列副反應，從而生成氯酸鹽。氯酸鹽最大的危害是高溫時易分解，釋放出新生態氧，與鎳發生反應，腐蝕降膜管。通常采用加糖的方法去除氯酸鹽。根據堿液中氯酸鹽含量，加入適量糖液，使之與氯酸鹽反應，除去氯酸鹽(使氯酸鹽質量分數小于10×10-6)，從而保護降膜管。為將氯酸鹽去除干凈，實際加糖量一般為理論量的2倍。過多的糖在高溫時易碳化，隨著運行時間的延長，管線設備腐蝕物黏結在一起，部分堵塞降膜管裂隙，影響成膜效果，還會影響粒片堿的顏色；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氧，加速降膜管的腐蝕，縮短降膜管使用壽命。生產證明：當氯酸鹽質量分數超過3×10-5，加糖很難去除干凈；超過5×10-5，加糖已不起作用，氯酸鹽會在短期內將設備腐蝕報廢。因此，日常生產中要定期檢測氯酸鹽含量，一旦超過工藝要求，要及時發現并采取有效處理措施，以保護降膜管[1]。

1.2 生產負荷

在降膜管中，要保持良好的對流沸騰傳熱，必須嚴格控制液體均勻進入，均勻成膜。如進料量太小，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，出現干壁區并使降膜管承受更大的熱應力，加劇應力腐蝕。因此，必須控制好液體進料的最小流量，一般不低于全負荷時流量的50%。相反，如果液體的進料量過大，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，達不到對流沸騰所需的溫度，不能完全蒸發，濃縮過程不能很好地進行。進料量過大時，為了達到產品的質量要求，加熱熔鹽的溫度就會提高，降膜管負荷就過大，容易損壞降膜管，縮短降膜管使用壽命，一般最大負荷為設計負荷的110%。

1.3 開停車控制

要做到有計劃地開停車，盡量減少開停車次數。因為每一次停車鎳材表面就會生成一層氧化膜，而開車時進料堿液會沖掉鎳材表面的氧化膜,繼續腐蝕下層材料，使材質變薄。因此，盡量減少開停車次數，有助于延長降膜管使用壽命。

1.4 停車時降膜管的保護及檢查

生產裝置短期停車時，應保持低壓蒸汽連續吹掃，以避免空氣進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，延長設備使用壽命。具體多久清洗裂隙可以根據原料堿質量、降膜管溫度、熔鹽溫度、成品堿濃度等指標綜合考慮。

1.5 降膜管自身質量

降膜管的制作質量以及材質質量(材質的耐腐蝕程度)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，使用時間長的降膜管質量就好。

2 降膜管使用情況對比

建廠初期，天能化工使用的是由瑞士進口的降膜管，材質為Ni201。其后，為節約成本，天能化工分別使用了沈陽某公司生產的降膜管(材質為進口Ni201)和重慶某公司生產的降膜管(材質為國產N4)。現將Ni201和N4成分區別以及天能化工近7年的降膜管使用情況進行對比總結，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 進口Ni201與國產N4成分比較

從表1可以看出：N4的鎳含量高于Ni201，理論上N4降膜管的質量優于Ni201降膜管。

2.2 原裝進口降膜管使用情況

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個月；裝置2：2010年9月底投用，2013年8月底泄漏，使用35個月；裝置3：2010年10月初投用，2013年9月底泄漏，使用35個月；裝置4：2010年10月初投用，2013年9月底泄漏，使用35個月。進口降膜管的平均壽命為35.5個月。可以看出：在氯酸鹽含量低的情況下，原裝進口降膜管平均壽命約3年。

2.3 進口降膜管與國產降膜管的比較

2013年7月，裝置5投產(由重慶某公司設計，采用其生產的降膜管，材質為國產N4)。由于離子膜裝置已運行3年，生產的32%原料堿氯酸鹽含量逐漸增高，裝置1～裝置4陸續更換了Ni201材質的降膜管；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個月；裝置2：2013年8月底投用，2014年1月初泄漏，使用4個月；裝置3：2013年9月底投用，2014年5月初泄漏，使用7個月；裝置4：2013年9月底投用，2014年2月初泄漏，使用4個月。裝置1～裝置4采用的進口降膜管的平均壽命為4.75個月。裝置5(2根，沈陽某公司生產):2014年4月底投用，2014年9月初泄漏，使用4個月；裝置5(8根，重慶某公司生產)：2013年7月初投用，2014年9月初泄漏，使用14個月。

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，純進口Ni201材質降膜管和進口材料國內制造的Ni201材質降膜管壽命相差不大；而N4材質降膜管壽命是Ni201材質降膜管的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，進口Ni201材質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：進口材料國內制造的Ni201材質降膜管比國產N4材料的平均壽命短8.6個月。

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

為了進一步對比進口Ni201降膜管與國產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進行對比，如表3～表5所示。

表3 裝置2上的降膜管使用壽命對比

表4 裝置4上的降膜管使用壽命對比

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，其使用時間達到29個月，其余7根還在使用，平均壽命超過24.75個月；Ni201降膜管全部泄漏，平均壽命16個月，明顯低于國產N4降膜管。

從表4可以看出:裝置4的3根國產N4材質降膜管到目前都未泄漏，平均壽命超過20個月，最終壽命有待時間考驗；進口材料國內制造的Ni201材質降膜管9根，6根泄漏，3根還在使用，平均壽命超過10.5個月，明顯低于國產N4降膜管。

表5 裝置5上的降膜管使用壽命對比

從表5可以看出：裝置5的10根降膜管有7根國產N4材質，3根Ni201材質，于2016年11月底同時安裝，至2017年3月下旬，1根Ni201降膜管泄漏，壽命3.5個月。而國產N4材質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N4降膜管壽命長于Ni201降膜管。由此可以說明：N4降膜管質量優于Ni201降膜管。

3 結語

降膜管是片粒堿生產的重要設備，價格昂貴。生產企業不但要精心操作，還要選擇質量好的設備，以延長降膜管的使用壽命，降低設備成本。隨著民族工業的發展，由依賴進口逐漸轉變為進口材料國內制造，直至完全國產化，其產品質量優，價格低，因此，氯堿企業降低降膜管的設備成本完全可以得到實現。

[1] 李春江，張志江. 燒堿蒸發、制片設備及管道的防腐措施[J].氯堿工業，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，高級工程師，1995年畢業于華東理工大學精細化工系，現于天能化工有限公司從事粒片堿生產技術工作。