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钛设备在氯碱生产中的应用
来源:钛业协会 时间:2003-08-25 点击:
    永新——沈阳化工厂(有限公司)是全国十大氯碱厂之一。烧碱、湿氯气,盐酸腐蚀性极强,为了解决氯气冷却系统和氯气产品生产设备的腐蚀问题,曾先后使用过钢衬橡胶,钢衬塑料、玻璃、搪瓷等多种材料,以及其他防腐涂料。生产实践表明,选用新型耐蚀钛材,制造钛设备,圆满地解决了生产工艺流程中的关键设备,解决了老大难的腐蚀问题,获得了比较显著的经济效益。
    氯碱分厂从1979年起分期分批地进行了氯碱设备的技术改造。陆续制造、安装了钛制氧气冷却器,取代了碳钢氯气冷却器,采用钛金属阳极取代了石墨电极;采用全钛制脱氯塔取代了碳钢衬橡胶制脱氯塔,给氯碱生产带来了经济效益。
    1 钛制设备  
       1.1氯气冷却器
    浮头式钛列管氯气冷却器,1979年制造4台,1991年又上3台,共计7台投人生产运行,其技术性能如下表所列。

项目
单位
技术指标
管内
管外
换热面积
m2
110
工作介质

湿氯气

操作温度
80-95
3-40
操作压力
MPa
0.025-0.030
0.25
筒体尺寸
mm
φ800*5244*8
管板尺寸
mm
φ780*22
列管尺寸
mm
φ26*1.5*400
列管数量
367
钛材牌号
TA2
钛材总重
Kg
857

    
      1.2脱氯塔
    脱氯塔处理温度达80一100℃的湿氯气,条件比较苛刻。碳钢衬橡胶制脱氯塔不耐腐蚀,于是1992年采用钛制脱氯塔投入运行。脱氯塔尺寸Dgl800mm*4820mm,塔节I、Ⅱ均选用厚5mmTA2板,筛板厚度为2mm,钛材总重约1.8t。
      1.3 30—Ⅲ型金属阳极电解槽
    电解工艺采用隔膜法。电解槽是氯碱生产的关键设备之一。氯碱分厂从1979年起选用30-Ⅲ型金属阳极电解槽,用钛阳极取代了石墨电极。第一批应用了90台,部分替换26型石墨电解槽。到1987年全部替换了石墨电解槽。现在192台金属阳极电解槽全部投入生产运行。
    30-Ⅲ型金属阳极电解槽,每台由48、重136kg的钛阳极网、尺寸为2200mm*1100mm*2mm的钛底板等部件组成。电解槽中工作介质为过滤净化处理过的饱和食盐水,含NaCl315g/L,少量的次氯酸和湿氯气等;使用温度为75—90℃。

    2 设备运行与腐蚀问题
    恰恰是由于钛的优异耐蚀性、良好的传热效率,4台钛列管氯气冷却器自1979年投入运行起,已经连续、安全、正常运行长达16年之久,使用寿命可达20年以上。钛设备长期运行过程中,基本上未发现严重的腐蚀问题。30-Ⅲ型金属阳极电解槽,正常运行一般可使用6—8个月。极少数发生过腐蚀穿孔泄漏现象。通常在钛底板与阳极网钛铜棒紧固处,发现钛底板被腐蚀。这种孔蚀部位发生在钛底板——钛钢棒间隙,确切地讲是发生在钛底板上的φ30mm孔周围。发生钛间隙腐蚀的原因,可能是由于发生阳极反应,致使溶出部分集中于钛底板处发生孔蚀。影响这种钛间隙腐蚀的因素,固然钛底板与钛钢棒存在着Ti-Ti间隙,更重要的是苛刻的电解液环境条件:315g/LNaCl饱和,温度75—90℃。饱和食盐水影响着钛间隙腐蚀。现场上采用切除腐蚀孔洞,再进行补焊办法还是行之有效的。但一般补焊3—4次后,钛底板报废,需更换新的钛底板,投人生产运行。

    3 钛的使用价值与经济效益
    在钛的使用价值与经济效益问题上,永新——沈阳化工厂育一个全新认识过程。起初,面对氯碱生产中严重腐蚀问题,着眼应用,开发新型耐腐蚀材料,解决设备腐蚀、厂房腐蚀、“跑,冒,漏”现象以及环境污染问题。在众多的金属耐蚀材料中,钛具有密度小(仅为钢铁的60%左右),强度高,有优异的耐腐蚀性能,是新型实用的耐蚀金属材料,受到氯碱行业的青睐。尽管钛材价格比碳钢贵得多,但该厂还是选用了钛材,进行了钛设备投资。这在当时(1979年)确实是一笔很大的投资。随后,在氯碱生产实践中,对钛设备正常、连续的运行,使用寿命的提高,检修费用的节省以及生产作业环境的改善等优点有了进一步认识,证明使用钛设备确实好,生产安全、稳定。经综合评估核算,使用钛材确实得到了经济实惠。从该厂氯碱分厂使用钛管氯气冷却器取代碳钢氯气冷却器的分析来看,以1979年投入运行的4台钛管氯气冷却器计,当时1台造价约16万元,而碳钢的1台约4万元,二者相比,钛设备为碳钢的4倍,然而使用寿命上,钛设备按20年计,碳钢设备按1年计,需更换20台,累积投资80万元,因此节省64万元。换言之,一次性钛设备投资16万元,20年中可累积换取64万元的经济效益,这指的1台钛设备。事实上,这4台钛设备连续运行16年,现已投入运行的共7台钛设备。钛设备的应用获得了一笔巨大的财富。该厂在建的离子膜法烧碱工程中的一些关键设备上,也优先选用了大量的钛材、钛设备,期望能够总结出的经验,取得更大的经济效益和社会效益。

(金志一,沈阳冶金研究所)
(赵宝树,永新——沈阳化工厂(有限公司))

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