甲醛接纳塔是聚甲醛消费中最为要害设置装备摆设之一,其次要功效是将未到场反响的低浓度的甲醛溶液,经甲醛接纳塔举行无效的精馏分散,在肯定的压力下,经蒸汽加热后的汽相上升,与经回流泵打回的液相,举行传质传热互换,易挥发组分上升,难挥发组分降落,从而到达塔顶易挥发组分甲醛水溶液稀释至40%左右,举行质料接纳再使用。
由于在低温高压条件下甲醛聚合反响天生三聚甲醛历程中常陪同有腐化性较强的甲酸天生,因而对甲醛接纳塔腐化生效机理和塔体设置装备摆设材质的选择曾经越来越惹起业内子员的存眷。塔体材质选材不妥会形成塔体严峻腐化,不但会低落消费安装利用寿命,增长消费本钱;还会形成无害金属杂质混入接纳物料内,影响后续聚合产品格量。现在国际已有多家聚甲醛消费安装由于甲醛接纳塔选材不妥,呈现了设置装备摆设腐化,分外是塔体上部汽相局部设置装备摆设严峻腐化,严峻影响安装正常消费。
1 甲醛接纳塔消费工艺
聚甲醛消费安装甲醛接纳体系次要包罗稀甲醛储槽、预热器、甲醛接纳塔塔体、再沸器、冷凝器、回流储槽等,此中甲醛接纳塔塔顶工况为0.51Mpa、155℃,塔底工况为0.52Mpa、160℃。
体系接纳至稀甲醛储槽中10%-13%的甲醛水溶液经预热器进入甲醛接纳塔,经塔底再沸器1.2Mpa蒸汽的作用对物料举行精馏稀释经塔顶析出,塔顶出料经冷凝器进入回流储槽,塔底出料外排至污水站,塔内物料介质组份如表1所示。
2 塔体设置装备摆设腐化机理剖析
不锈钢的腐化罕见的有物理腐化、化学腐化和电化学腐。物理腐化是指金属由于单纯的物理消融作用所惹起的毁坏,很多金属在低温熔盐、熔碱及液态金属中可产生这类腐化。化学腐化是指在介质中间接产生化学作用,即金属和介质中的离子间接互换电荷。电化学腐化则是金属在电解质溶液中构成电极反响而产生的腐化。在电化学腐化的历程中,大概是一种金属与另一种金属或一种金属外部的某个地区与相邻的一个地区构成正负电极而产生电子迁徙发生腐化,即组成负极(阳极)的金属或地区产生消融而腐化,组成正极(阴极)的金属或地区失掉复原而不腐化。
依据表1甲醛接纳塔内物料介质组份可知,甲醛接纳塔中惹起塔体腐化的次要介质是甲酸,金属产生腐化时的次要阴极反响是溶液中的H+或消融氧的复原。
甲酸泉源于副反响
2HCHO+O2→2HCOOH
金属在甲酸溶液中产生腐化的次要反响为
阳极反响:Me→Men++ne
阴极反响: 2H++2e→H2 或O2+4H++4e→2H20
3 塔体液相局部材质优化剖析
观察发明,甲醛接纳塔塔体在后期设计中液相材质为不锈钢304L,后因设置装备摆设腐化题目调解为不锈钢316L,但是其设计方案一直未能依据塔体差别部位物料介质和工况的差别而区别看待,形成设置装备摆设耐腐化水平不敷或材质糜费。如图b、图c、图d所示,确认在塔壳体(316L)下部液相介质中产生的是一种部分腐化,是由于金属在低温条件下和腐化性介质互相作用产生的电化学腐化。
将截取的塔体液相局部316L不锈钢法兰盘试样横截面用碳化硅耐水砂纸从200#顺次打磨到1500#,用25#金刚石抛光膏抛光,辨别用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)举行显微构造察看,如图e和图f所示。察看标明,316L不锈钢法兰盘基体为奥氏体不锈钢,焊接金屑的金相构造为偏向性很强的柱状晶构造;别的,依据现场取下的不锈钢外表腐化形貌,晶界处的腐化很严峻,316L不锈钢法兰盘的腐化征象属于典范的晶间腐化。
依据不锈钢品种与组分特征可知,金属Ni的次要作用在于进步不锈钢的低温强度和抗晶间腐化才能;金属Mo的次要作用是进步不锈钢的低温强度和改进耐腐化功能,同时促使构成δ相,对避免热裂纹有精良的作用。剖析发明,304→304L→316→316L→317L中金属Ni和Mo含量根本上渐渐降低,材质耐腐化性渐渐加强,见表2。
别的,孙占梅等研讨发明00Cr17Ni14Mo2(316L)和00Cr19Ni13Mo3(317L)两种不锈钢在醋酸-水-甲醇中的腐化速率(一连实验400h)随温度降低而加速,随醋酸浓度降低而加速,划一情况条件下317L的腐化速率低于316L腐化速率。樊玉光等研讨发明317L和316L随着甲酸浓度的增长,腐化速率急剧上升。戴哲峰等研讨发明介质温度对应力腐化敏理性指数的影响比力大,且在酸性情况中,随着温度的降低,奥氏体不锈钢应力腐化敏理性指数明显增大。
研讨标明,在相称投资本钱和低酸性、较高温度情况下的甲醛接纳塔塔底液相局部,塔体材质选用317L奥氏体不锈钢优于316L奥氏体不锈钢。
4 塔体汽相局部材质优化剖析
依据用317L对甲醛接纳塔塔体设置装备摆设举行改革的国际某聚甲醛消费安装,观察研讨发明在甲醛接纳塔上部的汽相局部155~160℃温度条件下,甲酸含量1.23%左右,与塔体下部液相局部相比,317L奥氏体不锈钢腐化速率分明偏大,上体塔壁厚分明减薄且构成孔蚀。设置装备摆设腐化后更新或修复都很难,使塔的寿命大打扣头,因腐化走漏而频仍地停车给宁静消费带来极大的隐患。
金属能否会产生腐化一样平常取决于该金属的尺度电极电位与溶液中所含物质大概产生的复原反响(阴极反响)的均衡电位之间的比力。假如该金属的尺度电极电位低于溶液中某物质复原反响的均衡电位则会发生腐化,假如该金属的尺度电极电位高于溶液中某物质复原反响的均衡电位则不会发生腐化。因此一样平常而言,金属的尺度电极电位高者其自己耐蚀功能较好。镍的尺度电极电位为-0.25V,与氢靠近,因而镍具有较好的耐蚀性,尤其是抵挡氯离子惹起的应力腐化才能是一切的不锈钢所不克不及比较的。
HASTELLOY C-276合金是一种含钨的镍-铬-钼合金,含有极低的硅和碳,通常被以为是全能的抗腐化合金:
在镍基合金C-276中,镍为面心立方布局,晶体学上的波动性使得它可以比铁基合金包容更多的合金元素(如铬、钼等),以到达抵挡种种情况的才能;铬的参加进步了合金的耐氧化性酸腐化,原理是在腐化历程中合金外表天生了含Cr2O3的产品,这些腐化产品具有很好的致密性和一连性,不易毁坏和剥落,因此停滞了腐化历程的举行,大大低落了腐化率,使合金发生了很好的钝化;钼的参加次要是进步合金在盐酸等酸性介质中的耐腐化性,Mo含量凌驾15%时,合金在酸性介质中的耐蚀性分明进步,而当钼含量到达30%时,具有最佳的耐蚀结果,这是由于随关钼含量增长,合金在盐酸和硫酸中的自腐化电位渐渐正移,合金的抗酸功能力分明进步;且钨、钴等元素也进一步进步了合金的耐腐化性。因而,在充氧或有氧化性酸等有氧化和复原性介质的化学产业中,包罗腐蚀性很强的无机酸溶液、甲酸和醋酸等,C-276都具有共同的耐蚀性、耐匀称腐化及耐晶间腐化、点腐化、漏洞腐化和应力腐化开裂功能。
综合剖析,根据片面成膜腐化直线定律和抛物线定律,联合金属腐化机理和甲醛接纳塔内物料的温度、浓度散布纪律,颠末多种防腐化质料的腐化失重实行,塔体上部汽相局部选择耐腐化功能较好的HASTELLOY C-276 合金更合适甲醛接纳塔的工况。
5 塔体全体布局材质组合
怎样依据安装内详细部位状况的差别而对其选材区别看待,接纳相宜的材质,到达减缓甲醛接纳塔的腐化进度,延伸利用寿命的目标,又要思索只管即便低落改革本钱,使经济效益最大化。终极决议塔体材质优化方案为:上部从塔顶向下8880mm尺寸内接纳HASTELLOY C-276合金,下部从塔底向上19450mm尺寸内接纳317L合金,聚甲醛消费安装甲醛接纳体系改革于2012年11月按方案改革完成。
2013年9月,针对聚甲醛消费安装甲醛接纳体系改革安装实行体系停车检验,并反省改革后的甲醛接纳塔腐化状况。经对塔体塔壁测厚剖析,发明对材质优化后的甲醛接纳塔无肉眼可见腐化点,壁厚减薄不大于0.1mm,更好地满意工艺要求,分明地低落了因设置装备摆设停车维修形成消费中断的危害,详细数据见表4。
6 结语
根据金属腐化机理和甲醛接纳塔内物料的温度、浓度散布纪律,颠末多种防腐化质料的腐化失重实行,对聚甲醛消费安装甲醛接纳塔材质举行的优化方案:进料口上部汽相局部接纳HASTELLOY C-276合金、下部液相局部接纳317L合金,无效地低落了物料介质对塔体的腐化,延伸了甲醛接纳塔的利用寿命,更好地满意工艺要求,包管了安装的宁静运转,同时较好地均衡了设置装备摆设推销投资与维护本钱之间的干系,到达低本钱维护、长周期运转的目标,具有较高的推行使用代价,经济效益和社会效益分明,同时对聚甲醛消费安装甲醛接纳塔防腐优化方案的设计具有引导性意义。