废稀硫酸Ⅱ效蒸发器泄漏分析

王光军

(杭州电化集团有限公司，浙江 杭州 311228)

浓硫酸作为干燥脱水用的介质，使用后水分含量上升，达不到工艺的要求。废稀硫酸作为危废物，不能直接排放，因此对废稀硫酸进行回收和再浓缩，具有较好的经济效益和社会效益。

某氯碱企业废稀硫酸浓缩回用装置的1台Ⅱ效蒸发器投用不到1个月，其主要接管和筒体连接部位就发生了严重的渗漏，对具有代表性部位的人孔进行了解体、取样，从选材、设计和制造等方面，全面分析了泄漏原因。

1 Ⅱ效蒸发器的结构及工作原理

Ⅱ效蒸发器由筒体、上下封头、人孔和接管组成。主体材质外部为玻璃钢(树脂采用耐高温树脂美国陶氏D470，采用玻璃纤维布和纤维丝，不允许使用毡)，壁厚≥30 mm。设备内衬2层10 mm厚的石墨板，衬至溢流口中心线向上1 m处。

Ⅱ效蒸发器工作原理：前期预热的22%(质量分数，下同)硫酸从下封头底部进入Ⅱ效蒸发器内，在微真空(真空度0.03 MPa)和高温(115 ℃)作用下，水分蒸出，从上封头顶部排出。浓缩后，55%硫酸从筒体侧边排出。液位高度靠溢流口控制。

2 渗漏原因

2.1 设备选材

经分析化验，玻璃钢最里防腐层采用的材质为D470树脂，和设备信息吻合。由制造方提供的资料可知，该树脂适用范围为51%～70%硫酸，温度80 ℃。对比工艺参数，已超过了该树脂的使用条件，即不耐腐蚀。

按玻璃钢制造单位的工艺，玻璃钢内层为缠绕纱成型，其树脂质量分数为30%～40%，与HG/T 20696—1999中要求的70%～80%偏差较大。树脂含量低，耐蚀防渗性能就会降低。从现场玻璃钢筒体切片看，颜色发黄变色，树脂含量明显低。

2.2 结构设计

Ⅱ效蒸发器内衬2层石墨板至溢流口中心线以上1 m处，气相部位未衬石墨板。合适工艺的石墨板衬里不仅能起到防腐、防渗作用，而且对玻璃钢防腐层起到一定的隔热作用，降低玻璃钢防腐层温度，提高耐腐蚀性。气相部位未衬石墨板,缺少对玻璃钢防腐层的保护，特别是当石墨板和玻璃钢防腐层贴合不致密时，气相中的硫酸液滴就有可能渗入。此时用D470树脂做成的防腐层在恶劣的工况下，就会逐渐腐蚀失去作用。

2.3 制造方面

从取样的Ⅱ效蒸发器人孔周边及顶部封头处玻璃钢层情况看，玻璃钢层表面已发生了明显的变色，说明玻璃钢层已发生了腐蚀。但这种腐蚀并不是很深，在距离外壁3 cm处已经很难观察到腐蚀的迹象，即腐蚀作用在壁厚方向的发展速度有限，不会穿透Ⅱ效蒸发器玻璃钢壁。

如果筒体结构大体上各向同性，就不会出现腐蚀性液体只沿轴向朝人孔流动，而不朝径向的壁厚方向扩散。并且人孔周围的筒体材料没有出现泄漏迹象，渗漏只发生在人孔与筒体连接处，而非由其他区域泄漏或扩散而来(渗漏源位于人孔周边≤80 cm的正方形范围内)。因此，泄漏的主要原因并非腐蚀导致Ⅱ效蒸发器筒体本体受损，而是源自泄漏区域局部结构不均衡，其中不同材料所形成的界面缺陷可能是出现泄漏的最大原因。

对泄漏严重的人孔进行进一步的观察，可见人孔附近是由玻璃钢纤维树脂复合材料、胶泥、石墨块经由人工粘贴复合而成。可以发现，树脂层已经出现了腐蚀，但玻璃钢纤维树脂层出现腐蚀的区域，其胶泥和石墨块的外观基本保持完好，这说明在泄漏区域(人孔)附近存在腐蚀液体的毛细通道。观察人孔周边的胶泥，发现存在大量的气孔，大的甚至达3 cm。这些气孔的存在，为高温硫酸提供了非常有利的由内到外的渗透通道。取样时发现，人孔附近玻璃钢和石墨板夹层中有液相硫酸存在。

因制造方面存在质量问题，硫酸从人孔周边的石墨板气孔渗入玻璃钢筒体和人孔的角接处，而此处玻璃钢施工质量不过关，且材质耐腐蚀性差，硫酸最终渗出。

人孔部位及渗漏途径见图1。

图1中红色线条代表硫酸渗漏通道。硫酸从筒体中部石墨板和筒体的间隙进入，或从人孔附近石墨板之间的气孔等缺陷进入，最终汇集到人孔和筒体角接处。该处选用的材料欠佳，施工质量不过关，最终渗到筒体外。

1—玻璃钢防腐层;2—玻璃钢筒体强度层;

2.4 使用方面

查相关操作记录，发现Ⅱ效蒸发器的液相使用温度长期在120 ℃以上(设计温度120 ℃)，气相的温度在90 ℃以上，有个别运行记录还远超以上温度，超过了图纸的设计温度和材料的许用温度。显然，较高的使用温度加剧了玻璃钢防腐层的腐蚀，加快了管口的泄漏程度。

综合以上原因，Ⅱ效蒸发器玻璃钢防腐层选用的D470树脂对该工况不适用，且设计上未考虑内部全衬石墨板，特别当石墨板和玻璃钢防腐层贴合不致密时，就导致硫酸和玻璃钢层接触，最终发生渗漏。

3 改进措施

该Ⅱ效蒸发器损坏程度严重，自身存在缺陷，已无法修复。该企业为恢复装置正常生产，又制作了1台Ⅱ效蒸发器。首先玻璃钢防腐层选用了更好的510树脂，并加强玻璃钢筒体和接管的角接处填充施工的质量监管。在玻璃钢外壳施工完毕后，进行试漏。之后对内部进行全衬2层石墨板的施工，严格控制施工质量，避免气孔等缺陷存在。最后又进行试漏。

制作的Ⅱ效蒸发器已投入使用，使用过程中严格控制温度不超标。目前设备运行正常。