N4材质与Ni201材质的降膜管使用寿命比较

张志江

(天能化工有限公司，新疆 石河子 832000)

【蒸发与固碱】

N4材质与Ni201材质的降膜管使用寿命比较

张志江*

(天能化工有限公司，新疆 石河子 832000)

固碱；降膜管；使用寿命；影响因素;N4材质；Ni201材质

分析了固碱生产中影响降膜管使用寿命的因素，并对国产N4材质与进口Ni201材质的降膜管的使用寿命进行了对比。结果表明：N4材质降膜管的使用寿命长于Ni201材质的降膜管。

天能化工有限公司(以下简称“天能化工”)拥有5套粒片碱生产装置，总生产能力为35万t/a。其中4套(粒片碱生产能力分别为7.5万t/a)生产装置由瑞士某公司引进，于2010年9月底投产；1套5万t/a片碱生产装置由重庆某公司设计并制造，于2013年7月初投产。粒片碱生产的关键设备为降膜管，天能化工使用的降膜管有3种：由瑞士某公司进口，材质为Ni201；沈阳某公司生产，材质为进口Ni201；重庆某公司生产，材质为国产N4。下面就影响降膜管使用寿命的因素及由Ni201和N4材质生产的降膜管使用情况进行对比总结。

1 影响降膜管使用寿命的因素

1.1 氯酸盐

原料碱液来自离子膜电解，其中含有杂质氯酸盐。在盐水电解过程中，由于阳极产物的溶解及通电时阴阳极产物的迁移扩散等原因，在电解槽内会发生一系列副反应，从而生成氯酸盐。氯酸盐最大的危害是高温时易分解，释放出新生态氧，与镍发生反应，腐蚀降膜管。通常采用加糖的方法去除氯酸盐。根据碱液中氯酸盐含量，加入适量糖液，使之与氯酸盐反应，除去氯酸盐(使氯酸盐质量分数小于10×10-6)，从而保护降膜管。为将氯酸盐去除干净，实际加糖量一般为理论量的2倍。过多的糖在高温时易碳化，随着运行时间的延长，管线设备腐蚀物黏结在一起，部分堵塞降膜管裂隙，影响成膜效果，还会影响粒片碱的颜色；加糖量不足，不但影响粒片碱的颜色，更重要的是未除净的氯酸盐高温分解释放新生态氧，加速降膜管的腐蚀，缩短降膜管使用寿命。生产证明：当氯酸盐质量分数超过3×10-5，加糖很难去除干净；超过5×10-5，加糖已不起作用，氯酸盐会在短期内将设备腐蚀报废。因此，日常生产中要定期检测氯酸盐含量，一旦超过工艺要求，要及时发现并采取有效处理措施，以保护降膜管[1]。

1.2 生产负荷

在降膜管中，要保持良好的对流沸腾传热，必须严格控制液体均匀进入，均匀成膜。如进料量太小，则液膜太薄，并且随着液膜的下降，碱液浓度的升高，部分液膜断裂，出现干壁区并使降膜管承受更大的热应力，加剧应力腐蚀。因此，必须控制好液体进料的最小流量，一般不低于全负荷时流量的50%。相反，如果液体的进料量过大，液体不能成膜或成膜很厚，在降膜过程中，液体往往不能得到完全充分的热量传递，达不到对流沸腾所需的温度，不能完全蒸发，浓缩过程不能很好地进行。进料量过大时，为了达到产品的质量要求，加热熔盐的温度就会提高，降膜管负荷就过大，容易损坏降膜管，缩短降膜管使用寿命，一般最大负荷为设计负荷的110%。

1.3 开停车控制

要做到有计划地开停车，尽量减少开停车次数。因为每一次停车镍材表面就会生成一层氧化膜，而开车时进料碱液会冲掉镍材表面的氧化膜,继续腐蚀下层材料，使材质变薄。因此，尽量减少开停车次数，有助于延长降膜管使用寿命。

1.4 停车时降膜管的保护及检查

生产装置短期停车时，应保持低压蒸汽连续吹扫，以避免空气进入而氧化降膜管镍材；定期打开降膜管盲板，清洗裂隙，以保证成膜效果，延长设备使用寿命。具体多久清洗裂隙可以根据原料碱质量、降膜管温度、熔盐温度、成品碱浓度等指标综合考虑。

1.5 降膜管自身质量

降膜管的制作质量以及材质质量(材质的耐腐蚀程度)也是决定降膜管寿命的重要因素，在使用工况同等的情况下，使用时间长的降膜管质量就好。

2 降膜管使用情况对比

建厂初期，天能化工使用的是由瑞士进口的降膜管，材质为Ni201。其后，为节约成本，天能化工分别使用了沈阳某公司生产的降膜管(材质为进口Ni201)和重庆某公司生产的降膜管(材质为国产N4)。现将Ni201和N4成分区别以及天能化工近7年的降膜管使用情况进行对比总结，将7.5万t/a的4套装置分别称为装置1、装置2、装置3、装置4，将5万t/a的装置称为装置5。

2.1 Ni201与N4成分比较

Ni201与N4成分比较见表1。

表1 进口Ni201与国产N4成分比较

从表1可以看出：N4的镍含量高于Ni201，理论上N4降膜管的质量优于Ni201降膜管。

2.2 原装进口降膜管使用情况

2010年9月，固碱装置开车，至2013年下半年，原装进口降膜管使用情况如下。装置1：2010年9月底投用，2013年11月底泄漏，使用37个月；装置2：2010年9月底投用，2013年8月底泄漏，使用35个月；装置3：2010年10月初投用，2013年9月底泄漏，使用35个月；装置4：2010年10月初投用，2013年9月底泄漏，使用35个月。进口降膜管的平均寿命为35.5个月。可以看出：在氯酸盐含量低的情况下，原装进口降膜管平均寿命约3年。

2.3 进口降膜管与国产降膜管的比较

2013年7月，装置5投产(由重庆某公司设计，采用其生产的降膜管，材质为国产N4)。由于离子膜装置已运行3年，生产的32%原料碱氯酸盐含量逐渐增高，装置1～装置4陆续更换了Ni201材质的降膜管；装置5于2014年4月底由于操作原因，2根降膜管堵塞，将其更换为沈阳某公司生产的降膜管，使用情况如下。

装置1:2013年11月底投用，2014年4月初泄漏，使用4个月；装置2：2013年8月底投用，2014年1月初泄漏，使用4个月；装置3：2013年9月底投用，2014年5月初泄漏，使用7个月；装置4：2013年9月底投用，2014年2月初泄漏，使用4个月。装置1～装置4采用的进口降膜管的平均寿命为4.75个月。装置5(2根，沈阳某公司生产):2014年4月底投用，2014年9月初泄漏，使用4个月；装置5(8根，重庆某公司生产)：2013年7月初投用，2014年9月初泄漏，使用14个月。

可以看出：在同样的原料碱(氯酸盐相同，且含量较高)的情况下，纯进口Ni201材质降膜管和进口材料国内制造的Ni201材质降膜管寿命相差不大；而N4材质降膜管寿命是Ni201材质降膜管的3倍之多。其中装置5是两种不同降膜管在同一装置使用，工况完全相同。

2.4 不同装置的两种降膜管比较

从2014年以后，进口Ni201材质降膜管备件使用完毕，主要购买沈阳某公司的Ni201降膜管和重庆某公司的N4降膜管，5套装置使用情况如表2所示。从表2可以看出：进口材料国内制造的Ni201材质降膜管比国产N4材料的平均寿命短8.6个月。

表2 不同装置的降膜管使用寿命比较

2.5 相同装置的两种降膜管比较

为了进一步对比进口Ni201降膜管与国产N4降膜管，在同一套装置使用2种不同的降膜管，尽量做到工况相同，在装置2、装置4、装置5进行对比，如表3～表5所示。

表3 装置2上的降膜管使用寿命对比

表4 装置4上的降膜管使用寿命对比

从表3可以看出:至2017年3月底，装置2的8根N4降膜管只有1根泄漏，其使用时间达到29个月，其余7根还在使用，平均寿命超过24.75个月；Ni201降膜管全部泄漏，平均寿命16个月，明显低于国产N4降膜管。

从表4可以看出:装置4的3根国产N4材质降膜管到目前都未泄漏，平均寿命超过20个月，最终寿命有待时间考验；进口材料国内制造的Ni201材质降膜管9根，6根泄漏，3根还在使用，平均寿命超过10.5个月，明显低于国产N4降膜管。

表5 装置5上的降膜管使用寿命对比

从表5可以看出：装置5的10根降膜管有7根国产N4材质，3根Ni201材质，于2016年11月底同时安装，至2017年3月下旬，1根Ni201降膜管泄漏，寿命3.5个月。而国产N4材质降膜管全部完好使用。

从表3～表5可以看出：在同一装置，工况相同的情况下，国产N4降膜管寿命长于Ni201降膜管。由此可以说明：N4降膜管质量优于Ni201降膜管。

3 结语

降膜管是片粒碱生产的重要设备，价格昂贵。生产企业不但要精心操作，还要选择质量好的设备，以延长降膜管的使用寿命，降低设备成本。随着民族工业的发展，由依赖进口逐渐转变为进口材料国内制造，直至完全国产化，其产品质量优，价格低，因此，氯碱企业降低降膜管的设备成本完全可以得到实现。

[1] 李春江，张志江. 烧碱蒸发、制片设备及管道的防腐措施[J].氯碱工业，2016，52(12)：29-30.

[编辑：董红果]

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

*[作者简介] 张志江 (1972—)，男，高级工程师，1995年毕业于华东理工大学精细化工系，现于天能化工有限公司从事粒片碱生产技术工作。