如何預防外盤管式反應釜設備腐蝕泄漏事故

周衛

（滁州職業技術學院,安徽 滁州 239000）

0 引言

外盤管式反應釜一般由釜蓋、外盤管、釜體、攪拌器、軸封傳動裝置及支架等組成。反應釜外部由一圈一圈的半圓形外盤管嵌在反應釜殼體上。這種類型的反應釜具有加熱速度快、耐高溫、使用方便等特點，廣泛應用于精細化工行業的橡膠、農藥、染料、樹脂的生產，在生產過程中需要完成硫化、硝化、氫化、聚合、縮合、烷化等工藝反應過程［1］。在這些工藝反應過程中，存在有毒有害、易燃易爆、腐蝕較強的危險化學品和高溫高壓生產工況，如果生產過程反應釜存在一些缺陷，極易發生危險化學品泄漏而導致重大事故的發生。因此針對精細化工行業中反應釜應用存在的問題，除了通過HAZOP（風險與可操作性）分析，來預防反應釜超溫超壓導致的事故外，還應采取行之有效的措施預防反應釜設備缺失/問題，系統性地提高其可靠性，以避免反應釜內的危險化學品泄漏引發重大事故。

1 外盤管式反應釜設備腐蝕的原因

筆者針對外盤管式反應釜在生產工藝過程、設備結構設計、設備腐蝕等方面進行研究分析，總結出了一些造成反應釜殼體或外盤管泄漏的常見原因。

1.1 工藝過程中反應釜殼體腐蝕減薄

在物料使用和物料反應過程中，物料對反應釜腐蝕導致反應釜泄漏，例如反應釜在用于生產酚醛樹脂時，其原料主要包括苯酚、有機酸或硫酸作為催化劑，甲醛以及固醛等，由于在合成的中間階段，加入液醛后，液體甲醛中含有較多的水，為苯酚和催化劑的電離提供了條件，體系的酸性增強，破壞了不銹鋼表面鈍化膜穩定存在的環境［2］，使得不銹鋼鈍化膜破壞，材料進一步溶解。且工藝中所使用的催化劑中烷基類磺酸的酸性較強，而草酸則是一種弱酸，但草酸具有一定的絡合性和還原性，可以對腐蝕產物有絡合作用，阻止了不銹鋼的鈍化反應，促進了反應釜壁的腐蝕。

而且，在反應釜內合成體系中的各種酸性環境均為非氧化酸性體系，甚至為還原性酸性體系，這不利于不銹鋼鈍化膜的穩定存在。此外，合成中苯酚與水互溶后的體系形成的微乳化介質削弱了水在不銹鋼鈍化中的作用，即削弱了不銹鋼在活性溶解后溶解產物的水解、成膜過程，使得其表面無法形成鈍化膜，因而在周期性的合成生產中使得反應釜壁不斷地發生腐蝕，導致反應釜殼體減薄。

1.2 反應釜加熱過程中外盤管腐蝕

1）反應釜外盤管熱應力腐蝕，一般由于反應釜加熱在啟停過程中，如果溫升率和溫降率超過規定范圍，那么會導致管子和板子的熱應力增大，使得焊縫或脹接處出現損壞，特別是在反應釜底部，加熱盤管曲率半徑較小變形的部位，從而引起端口泄漏。

2）反應釜外盤管沖刷侵蝕，一般由于反應釜加熱過程中，蒸氣流速和含水量較高時，會導致蒸氣的氣水兩相流對管子外壁進行沖刷，進而使管壁變薄甚至穿孔損壞。

1.3 外盤管式反應釜材料選型不當導致腐蝕

用于各種濃度的酸、堿、鹽、強氧化劑、有機化合物及其他所有強腐蝕性化學介質的外盤管式反應釜殼體材料如果出現選型不當，外盤管材質不好、管壁厚度不均勻、管板的厚度不夠、管子有缺陷等情況，一旦反應釜操作異?；虿▌拥墓r情況發生，就很容易導致反應釜殼體腐蝕減薄、外盤管損壞，從而造成危險化學品泄漏。

2 外盤管式反應釜腐蝕預防措施

2.1 預防工藝過程中反應釜殼體腐蝕減薄的措施

針對物料使用和物料反應過程中，造成反應釜殼體腐蝕減薄的預防措施，除了嚴格按化工產品的操作規程操作，杜絕超壓、超溫、超液位的現象外，還要評估反應釜投返工料和洗釜等操作可能對反應釜壁的不良影響。

另外，針對生產酚醛樹脂的反應過程中物料對反應釜腐蝕形成的原因，通過失效分析及修復方法研究得出：造成反應釜壁腐蝕的原因是由于體系的還原性酸介質和微乳化的介質使316L 不銹鋼難以進入鈍化狀態，而一般耐蝕性合金主要是通過鈍化層的穩定性來實現其耐蝕效果，因此，在進行多項篩選試驗的基礎上，會發現引入其他合金鍍層也難以達到理想的效果。而鍍鈀層的引入機理與其他通過鍍層本身的穩定性來防腐的機理不同，由于鈀的電極電位較高，在鈀層與316L 不銹鋼同時存在于合成介質中時，鈀的存在可以促進不銹鋼的鈍化。因此，鍍鈀層的主要形式不是通過在釜壁上獲得完整的鈀鍍層來實現對反應釜釜壁的屏蔽保護，而是在其表面鍍覆金屬鈀鍍層，來實現鈀膜層促進316L 不銹鋼表面的鈍化，從而能顯著降低其在溫度較高硫酸中的腐蝕速率，這樣就可以通過較少的投入條件下，實現對反應釜壁的防護效果。

2.2 預防反應釜加熱過程中外盤管腐蝕的措施

1）預防反應釜加熱過程中外盤管熱應力腐蝕，制定并規范反應釜溫升率和溫降率范圍，避免使管子和板子的熱應力增大，導致焊縫或脹接處出現損壞；另外在針對在反應釜底部，加熱盤管曲率半徑較小變形的部位，建議做成局部夾套。

2）預防反應釜加熱過程中外盤管沖刷侵蝕，在反應釜加熱過程中，應嚴格控制蒸汽流動的速度，在管網引入蒸汽時，及時排凈凝液，避免蒸汽的氣水兩相流對管子外壁進行沖刷，從而導致管壁變薄甚至穿孔損壞。

3 外盤管式反應釜設備防腐材料選擇與評價

針對使用各種濃度的酸、堿、鹽、強氧化劑、有機化合物及其他所有強腐蝕性化學介質進行反應的外盤管式反應釜設備，首先須考慮材料的耐腐蝕性能，根據既定的介質的工況（介質的溫度、流速、受熱及散熱條件、受力類型及大小等）和介質的化學性質（介質的成分、PH 值、含氧量、可能發生的化學反應等）結合常用材料的性能進行篩選；其次考慮預期設備的使用壽命，材料的選擇須滿足整個生產裝置要求的使用壽命；一般選用鋼襯ETFE（四氟乙烯）等反應釜，其防腐性能相對較好；另外，如果服役環境為酸性的非氧化性介質，結合目前常用的材料使用情況，可以考慮鎳基合金、雙相不銹鋼、鈦合金等材料。針對使用酸、堿、鹽及大部分醇類的液態，進行食品以及藥品提煉的，一般選用襯膠、搪瓷、鈦鋼、鋼襯PE（聚乙烯）等反應釜［3］；對于反應釜外盤管的材質、管壁和厚度的選型，須根據加熱介質、外盤管的布局、操作參數等進行設計計算，從而防止反應釜外盤管應力腐蝕。

4 小結

對于精細化工企業而言，外盤管式反應釜是化工裝置生產的核心，是公司的重要財產，也是化工裝置長周期安全運營的保障，做好外盤管式反應釜預防性維修和設備材料選擇與評價、規范設計和工藝操作等行之有效的措施，來預防外盤管式反應釜腐蝕問題，能系統性地提高反應釜的可靠性，可以避免反應釜內的危險化學品泄漏和由此引發的生產安全事故。