孔凡锐
(德州实华化工有限公司,山东 德州253000)
氯氢合成的石墨合成炉灯头处氯气、氢气燃烧火焰中心温度达2 500 ℃, 氯化氢气体温度2 000 ℃,为冷却氯化氢气体合成炉, 蒸汽段采用高耐腐蚀性及高导热性的石墨材料, 石墨筒体与钢制夹套之间用纯水换热,副产0.25 MPa 的蒸汽。
实际运行中夹套内热水显酸性,造成管道、夹套腐蚀穿孔,被动停炉检修,现经过调研查阅资料,提出用磷酸三钠调整水质的方案。
向合成炉夹套补充的纯水由夹套底部进入,进口补水自控阀与蒸汽闪蒸罐内水液位联锁动作,液位低时自动补水。夹套内石墨筒体采用“块孔式石墨块”增加了换热面积和换热系数[1],水汽经顶部闪蒸罐汽水分离后,热水循环回流至夹套内。单台炉满负荷时氢气进炉流量为2 000 m3/h,蒸汽产量为3.5 t/h,进夹套的纯水pH 值为6.8~7.5,偏弱碱性。
由于纯水未经除氧和除二氧化碳工艺[2],造成夹套内热水显酸性, 试纸测试及化验排污水pH 值为5.0~6.0,高温、高流量的蒸汽冲刷导致夹套铁皮、蒸汽热水管道、闪蒸罐内壁严重腐蚀、穿孔,夹套内壁出现麻坑状点腐蚀, 石墨筒体外壁的改性浸渍树脂全部脱落,底部排污水显示为铁红色,夹带着树脂粉末。 红色铁锈污泥沉积在夹套底部, 淤积堵塞排污管、石墨筒体换热孔影响传热效果[3]。
夹套内热水沸腾, 造成大量金属离子碳酸盐生成,水质变硬,沉积在夹套底部。 夹套与汽水分离闪蒸罐连接的DN300 管道流速快[4]、冲击力大,90°弯头处原来为6.0 mm 的壁厚, 后改为壁厚8.0 mm 的弯头,但依然很快腐蚀泄漏,造成生产上很被动。
进炉纯水中有一定量的游离CO2及O2,含有碳酸化合物CO和HCO离子, 水沸腾后会分解放出CO2。 游离的CO2腐蚀性受温度影响较大,水温高时碳酸的电离度增大加剧腐蚀。
腐蚀速度取决于温度、CO2和O2的浓度, 腐蚀产生物是Fe3O4与FeO 及含水氧化物的生成物,当O2与CO2同时存在时会加速腐蚀,CO2使水呈微酸性破坏管路保护膜,随着O2含量增加,管道呈溃疡状腐蚀,排污水显示砖红色、铁含量大。
磷酸三钠是一种性价比很高的锅炉软水剂[5],为强碱弱酸盐,有较高的溶解度,通过水解反应而呈现弱碱性,配置1%的水溶液测试pH 值为11.5~12.1。
磷酸三钠能与水中容易结成水垢的可溶性钙盐、镁盐等起作用,生成不溶性的磷酸钙Ca3(PO4)2、磷酸镁Mg3(PO4)2等沉淀物悬浮于水中,松软脱落形成水渣且没有粘性,有利于水渣随排污水排除,减缓夹套底部的淤积。
(1)配置方案
加1 kg 磷酸三钠至溶液配制罐(容积1 m3),配制成1 g/L 的稀溶液,通过计量隔膜泵打入纯水泵进口,计量泵量程为10 L/h,磷酸三钠溶液随纯水进入夹套, 配制罐液位低到30%液位时及时配制标液。溶液溶度及加入量要依据夹套水质情况和计量泵量程做出调整。
班长负责溶液的配制和计量泵运行的常规检查,配置时带好橡胶手套,防护眼镜,防止灼伤皮肤和眼睛。
(2)合成炉排污
夹套底部有两个不同方向的DN25 球阀排污口,闪蒸罐底部一个DN50 的截止阀排污,各排污口串联最终流到一楼地沟。排污时缓慢打开阀门,每班排污两次,一次5 min,排污时观察水质情况,若水较清可关闭阀门, 较浑浊则适当增加排污次数和排污时间,排污时随时与主控工联系,密切关注夹套和闪蒸罐液位。 冬天排污可小流量长流水。
(3)检测指标
化验分析泵进口纯水、夹套排污水的pH 值,监测指标范围为进炉水8.0~9.5,排污水为7.0~9.5,每班化验一次。夹套底部排污水由班长负责取样,同时利用pH 试纸测试水的酸碱性,便于做出及时调整。
初期通过连续加药及加大排污量, 各排污水明显变清,试纸测验pH 值为7.5,效果可行。 合成炉拆炉检修时, 发现石墨筒体外壁改性树脂未见明显脱落,蒸汽管道未再泄漏,检测管壁厚度减薄不大。 可见纯水中添加磷酸三钠溶液效果可行, 可在合成炉生产中推广应用。