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钛管及管道在真空制盐与氯碱化工中的应用现状

发布时间:2021-06-21 12:44:33 浏览次数 :

近年来,随着我国现代化建设的不断发展和科学技术的突飞猛进,对盐碱的需求明显增长。1989年全国烧碱产量322万t,产盐2802万t,预测1995年盐的需求达3100万t。2000年为3800万t,碱的生产能力将达到1470万t。由于广阔的市场前景和我国丰富的盐卤资源,给盐化工业带来了勃勃生机。

但是,盐卤介质具有极强的腐蚀特性,在盐化工业中设备因腐蚀 结垢引起跑、冒、滴、漏,堵等现象,使整个盐化工业的发展受到了严重影响;由于腐蚀、结垢,平均每年盐化工业停工、停产所耗时间占全年的18%,严重时可达27%。据统计:一个年产30万t盐的企业,—年因腐蚀损失的钢材达100多t, 这不仅使生产的连续性受到严重影响,综合能耗指标普遍偏高,盐、碱质量出现波动。还造成了盐化工业巨大的经济损失。

盐化工设备遇到的主要问题表现在:

(1)腐蚀在制盐方面,建国以来,盐厂的生产设备、器材大多是普通碳钢、不锈钢、铡材等。耐氯根离子腐蚀性差,造成设备严重腐蚀,需定期更新,每年因盐腐蚀造成的设备折旧率约在10%,使制盐成本大幅度增加,并因腐蚀严重,铁及其它金属化合物渗入卤料,使盐质受到严重影响。

在制碱方面,高温湿氯气具有强烈的腐蚀性。上海燎原化工厂在1972年使用的石墨冷却器,间接冷却湿氯气,有6台100m2的石墨冷却器由于不耐高温湿氯气腐蚀,使用仅三个月就产生了跑、冒、滴、漏的现象,不到半年就全部报废了。

(2)结垢在制盐生产中,结垢的出现对盐业的产量产生了直接影响。而且因碳钢等罐壁粗糙,使结垢更加严重,并随着时间的延长,垢层不断加厚,逐渐形成大块盐。进而减少循环通道,使卤液换热受到影响。甚至堵塞加热室进口。造成1亭产。停扎严重烧坏电机。

如何克服盐化工业中碳钢,石墨等难以克服的设备腐蚀,结垢等问题.引起了有关人士的高度重视,并进行了研究实践,认为钛是较好的盐化工设备材料。

1、钛材在真空制盐中的应用

真空制盐设备多在温度为100℃左右的NaCI、KCI,MgCI2, Na2SO4,MgSO4、CaSO4、Fe(SO4)-等多种氯化物,硫化物条件下工作,碳钢、不锈钢及钢材设备经常发生结垢堵管、腐蚀穿孔等现象,其流程见图1。

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因此,设备的使用寿命短。经常停工、停产,维修更换设备.其平均寿命仅阶月左右。给生产造成巨大的损失。在真空制盐中使用碳钢,不锈钢及铜材设备,最短的寿命只有2个月.这种严重的腐蚀情况,不能适应我国迅速发展的制盐工业的需要,因此选择了钛以取而代之。

钛是一种比重轻、强度高,具有优异耐腐蚀性能的金属,特别是在NaCl水溶液中,钛的耐腐蚀性能尤为显著,在氨液中也有很好的耐腐蚀性能。从而引起了制盐工业的极大重视。钛的化学成份见表l。

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1975年国外开始进行真空制盐的设备选材试验工作,并取得一系列数据。日本三菱重工业公司与日本汽油公司在沿海净海水中做了钛管( φ19×0.3 ×2000)的耐腐蚀试验。介质是海水,流速为1.2~1.8m/s,试验结果证明:钛管在NaCl溶液中的耐腐蚀性能与钢,不锈钢比较其效果最好。

要检验出钛管经过试验由腐蚀而减少重量是困难的,同时钛管的结垢速度也很小,只为合金钢管的1/3—1/5的程度。

为了在真空翩盐中选择钛材取得更实际、更可靠的科学依据,湖南省湘里盐矿,四川省贡井盐厂等单位都在制盐场作了钛材的挂片试验。从实验数据中,可看出钛材在氯化物及真空制盐现场实际条件下的耐腐蚀性能是非常明显的,而其它材料的腐蚀情况则是严重的。因此,湖南省湘里盐矿、四川省自贡大安盐厂、贡井盐厂、湖北省应城盐矿、云南省一平浪盐矿等单位都巳相继选择了钛制设备用于生产或试生产中。从此,钛材在我国真空制盐领域开始了应用,使真空制盐的选材工作出现了一次新的革命。

真空制盐工业自从选用了钛材以后,经多年的实践受到人们高度评价,湖南省湘里盐矿仅在四年中便相继制造了钛氨蒸发器5台、钛预热器7台、钛预冷器3台、加工出各种钛法兰,钛管板,钛泵的壳体及钛弯头等部件,共用钛材60余吨,这些设备与部件的应用效果是相当令人满意的。

用于芒硝生产的是全钛型氨蒸发器,使用条件是:管程卤水,压力为0.6MPa,壳程为液氨和氨气,温度12~2℃,自1977年10月投人生产运行,四年后检查,未发生任何腐蚀现象,管内不结垢,不堵管,而使用碳钢制造的氨蒸发器经运行8个月后,便发生严重的腐蚀,已经到了无法使用的地步。

用于芒硝生产的全钛型预冷器,工作条件是将卤水由26~27℃预冷到12℃,1979~年12月投产运行后,至今未发现腐蚀、堵管和结垢,而以前使用的碳钢预冷器,使用寿命只有8个月,并且在这8个月的使用中,还经常发生Na2SO4结垢,每周都要进行一次冲冼,不仅影响生产,也加大了工人的劳动强度。

在芒硝生产中,由于使用了钛制预冷器与钛氨蒸发器,使得设备的完好率高,热交换能力好,四台钛预冷器可代替14台碳钢等预冷器,从而使Na2SO4结晶率近100%,保证了成品盐中的含硝量大大减少,盐中的含硝量由过去使用碳钢设备时的4g/l减少到0.68g/l,超过了lg/l的国家标准。

在制盐生产中,湘里盐矿先后制造了7台不同换热面积的钛预热器。预热器的工作条件是:管程卤水,壳程蒸气,使用温度在80~100℃之间,经过两年的运转证明,氯离子对钛没有任何腐蚀,没有出现过堵管结垢现象,总换热率超过了钢材预热器:而过去用紫铜管制造的预热器,使用几个月便发生严重的堵管、结垢,最后因腐蚀穿孔,只10个月便要更换新设备。

在制盐生产过程中,盐浆管道的腐蚀最为严重,由于盐浆管道中流动的是饱和NaCl溶液伴有NaCl颗粒,固液比1:1.5,用碳钢管时,只要半个月,管的下部即被腐蚀,呈蜂窝孔状,—经出现这种情况就要进行补漏.每年要更换盐浆管道6次.用不锈钢管使用补月也就腐蚀穿孔,从1975年6月开始,湘里盐矿逐步把所有的盐浆管道部换成钛管,使用4年从未出现腐蚀与穿孔现象,也未出现过堵管与结垢现象。

输卤泵的铸铁叶轮,其腐蚀程度也非常严重.仅仅使用1个月,便因J裔蚀导致报废,而改用铸钛叶 色后,使用4年仍非常完好。甚至叶轮上的加工刀痕部清晰可见。

经过长期实践,使人们从技术的角度感到钛制设备比碳钢、不锈钢及钢材设备使用的长期性,可靠性大得多.它解决了过去使用其它材料无法解决的难题.据资料报道.在制盐生产中,使用钢材,会产生不潜性的氧化铁。使用锅材则产生锕绿(CuO)微粒.这都导致盐的质量难以提高;而使用钛材以后,由于不产生杂质,从而彻底解决了盐的质量难以提高的技术问题,1978年以前湘里盐矿的三级盐鞍多,而使用戗材届彻底结柬了不产—级盐的历史。

2、钛材在氯碱工业中的应用

钛在化工中的最早、最大用户是氯碱工业,其中包括氯气。氯氧化物,农药,漂泊粉等的生产,在氯的生产中,钛设备和管道几乎占其重量的四分之一。如用钛制作食盐电解槽阳极列管式湿氯冷却器,氯废水脱氯塔加热臂,含氯淡盐氯冷却器.真空脱氯用泵和阀门等。

在氯碱工业中.应用钛制换热器代替石墨换热器冷却湿氯及氯水,可提高设备的使用寿命。降低氯的损失和茂少氯对环境的污染。用涂钛的钛阳极代替石墨阳极,提高了使用寿命近8倍,增产达50%以上。而且省电,降低了蒸汽消耗和提高了产品质量。对盐液加热用的钛耕管式换热器,服役几年也不要检修。而不锈锕换热器在使用8~10个月后就要停下来检修,用钛代替石墨管制造冷却含氯盐液的换热器提高了使用寿命3~5倍和提高了传热效率近1倍。用钛泵来输送被氯饱和的或含氯盐水,预计泵的使用寿命可达10年,生产氯化钙触的钛设备,使用—年半后没有窝蚀的痕迹。而各种不锈钢均遭到强烈的腐蚀,特别是焊缝的腐蚀更加严重。因此,近十年钛在化工中的应用范围不断扩大,逐渐成为氯碱工业设备的主要耐腐蚀材料。例如日本生产的钛材约有90%用于化工都门。其中接触氯化物的生产设备占50%.在原苏联100个化工企业的170多种化工产品生产中,已成功地使用钛设备和钛臂管道,其中钛制换热器和蒸发器占40%,阀门及管件占20%。

我国食盐电解嗣取氯气的生产.以前因为冷却工艺不合理或因冷却设备的腐蚀问题影响了氯气的产量和质量,严重地污染了环境。 

食盐电解生产烧碱时要产生大量的高温湿氯气.温度一般是75~95℃,需要经过冷却和干燥才能使用。由于钛在高温湿氯气环境中极耐腐蚀,所以开展了钛应用试验,四川自贡鸿鹤镇化工厂进行钛的挂片试验,结果表明:在常温时氯水中钛的腐蚀速率为0.00665mm/a,在80℃氯水中钛

的腐蚀速率为0.00431mm/a。在含95%的湿氨气中,常温下钛的腐蚀速率为0.000096mm/a,上述实验证明钛材是高温湿氯冷却器理想的耐腐蚀材料。

1963~年,原苏联使用了钛制湿氯冷却器,其换热面积为14m2,还应用了输送湿氯气的管道,其直径300~600mm,长度大干500m,在介质为氯水的条件下,使用了二台50m2的板式冷却器,使用三年仍然完好。

我国第一次制造钛冷却器,是1965年由锦西化工机被厂’承担的。现将该厂制造的一台16.8m2小型钛冷却器的试用情况列表2。

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1969年, 上海新建机械厂为江西星火化工厂制造的25m2钛冷却器投入生产,管内为流动的湿氯气,含氯气大于95%,设备累计运行8个月后进行检修,未发现任何腐蚀现象,至今的运行情况稳定,简化了工艺,操怍方便。明显地改善了环境,且维护工作量大大减少。

从上述钛材的实际应用情况来看,钛材具有碳钢,不锈钢及铜材所无法比拟的优异性:

(1)延长了设备的使用寿命。

(2)提高了产品质量。

(3)减少了材料、能源的消耗。

(4)消除了污染,有益于工厂的文明生产a

(5)减少了设备维修次数,降低了劳动强度·

(6)解决了制盐生产中的跑、冒、滴、漏、堵等现象。

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