氯碱工业第4期No. 4
2002年4月Apr. ,2002Chlor -Alkali Industry 【防腐与节能】
氯气压缩机冷却器的腐蚀与防护
张坚, 白刚, 刘阳
Ξ(
沈阳化工股份有限公司, 辽宁沈阳110026)
[关键词]氯气压缩机; 冷却器; 腐蚀与防护
[摘 要]分析了氯气压缩机冷却器的腐蚀原因, 要求控制好壳程中氯气的含水量; 认为应用TH -847耐蚀阻
垢涂料对管程具有良好的防腐效果和经济效益。
[中图分类号]TQ050. 9; TQ124. 4 [文献标识码]B [文章编号]1008-133X (2002) 04-0041-03
Corrosion and prevention of cooler for chlorine gas compressor
ZHA N G Jian , BA I Gang , L IU Y ang
(Shenyang Chemical C o. ,Ltd. K ey w ords :chlorine gas compressor Abstract :Reasons for compressor are analyzed ,and it has been
proposed to strickly in gas in shell pass. The authors believes that the ap 2plication of agent TH -847will bring about good anticorrosive effects to tube pass and benefits.
前言
我公司于1989年从德国(原东德莱比锡泵和鼓
风机厂) 引进3组3VRZ 型氯气压缩机(以下简称氯压机) , 用于输送来自电解槽并经干燥的氯气, 此3组氯压机取代了耗能高的14台辽原-Ⅱ型氯气泵。该装置于1992年12月开车, 氯压机冷却器是Ⅲ类压力容器, 其制造、检验和验收严格按国家有关标准执行的, 却仅用了4个月就腐蚀穿孔, 导致泄漏。1台冷却器造价7. 7万元,9台冷却器每年因腐蚀将造成近百万元的损失; 更为重要的是影响了生产的正常运行。
因此, 我们选用TH -847耐蚀阻垢涂料对氯压机冷却器进行防腐处理, 较好地解决了氯气压缩机冷却器的腐蚀问题。
氯气。
氯气经辅冷气冷却之后, 进入氯气分配台, 输送到各耗氯的单位使用。3台冷却器的材质均为碳钢, 结构相同, 可以换用, 其规格和使用条件见表1。
表1 冷却器的规格与使用条件
位 号工作参数Ⅰ级
中冷器Ⅱ级中冷器辅冷器
壳程管程壳程管程壳程管程
工作压力
MPa
工作介质工业水氯气工业水氯气工业水氯气
进口温度出口温度
℃℃≤28≤98≤28≤36≤28≤36
≤36
≤40≤106≤40≤87≤40
常压
≤0. 12常压≤0. 25常压≤0. 31
注:型号Φ1000×2000; 结构浮头列管式; 冷却面积140m 2; 换热管尺寸Φ20×2×2000, 共1112根。
1. 2 腐蚀原因
1 腐蚀原因分析
1. 1 氯气压缩机的工艺
冷却器的管程介质是工业水, 壳程介质是氯气。1. 2. 1 壳程的腐蚀
如图1所示, 每组氯压机有3台冷却器, 其中两
台中间冷却器,1台辅冷器。中间冷却器分别冷却一、二级压缩的氯气, 辅冷器用于冷却第三级压缩的
壳程中介质氯气的化学性质非常活泼, 会与多
种金属发生反应。氯对金属的腐蚀作用与氯中含水量、温度和压力等因素密切相关(见表2、3) 。
Ξ[收稿日期]2002-01-10
41
防腐与节能 氯碱工业 2002年第1期
图1 氯压机工艺流程简图
表2 氯气中的水分含量与碳钢腐蚀速率的关系
氯中水分含量
56. 7×10
206. 0×10-6870. 0×10-6
-6
碳钢腐蚀率
mm/a 0. 0107
0. 05100. 1140
氯中水分含量
167. 0×10283. 0×-61-6-6
碳钢腐蚀率
mm/a 1碳钢在这种干氯中的0. a , 此时可用碳钢管道, 除去湿氯气中的水分是一项很重要的防腐措施。
从电解槽出来的湿氯气经钛冷却器冷却, 再经过滤器进入硫酸泡沫干燥塔进行干燥。干燥的氯气再经除雾器去除硫酸雾沫。进入氯压机的氯气含水量小于1. 00×10-4。
因此, 只要严格控制氯气中的水分, 完全可以避免氯气对壳程的腐蚀; 并在氯压机停机时, 特别要对
) 冷却器壳程进行排氯处理, 即用干燥的空气(40℃将装置内残存的氯气置换干净, 对冷却器的进出口端要密封, 以避免氯气对壳程的腐蚀; 并且氯压机在
停机状态时对冷却器壳程进行的特殊排氯处理还可防止残余氯气吸收空气中的水分造成对设备的腐蚀, 这在雨季、低温潮湿季节尤为重要。1. 2. 2 管程的腐蚀
注:在常温下。
表3 碳钢在氯压缩条件下的腐蚀速度
氯中含水量
g/m 30. 6
2. 1
温度℃
40～5080
压力
MPa 0. 09730. 3546
时间
h 672528
腐蚀速度
mm/a 0. 1000. 390
将表2、3中的数据与表1中氯压机的温度力相对比, 可以看出氯气对碳钢的腐蚀速度关键是受氯气中含水量的影响。这是由于氯气是强腐蚀性介质, 尤其是在含有水分的条件下, 氯气与水反应生成腐蚀性很强的盐酸和强氧化性介质的次氯酸, 许多金属如碳钢、铝、铜、镍及不锈钢等均能被腐蚀。湿氯气对碳钢的腐蚀过程有如下反应:
(1) 在低于9. 5℃的温度下
ϖCl 2+8H 2O ω水解反应Cl 2+H 2O Fe +2HCl 2Fe +3Cl
22FeCl 3+Fe
HCl +HClO 。FeCl 2+H 2↑。2FeCl 3; 3FeCl 2。
(2) (3) (4) (5)
Cl 2・8H 2O 。
(1)
管程的介质是工业水, 根据随机使用说明, 要求对工业水进行软化处理, 并控制p H 值在7. 0～7. 8的范围内, 才能保证冷却器的正常使用。但我公司冷却水未进行软化处理, 水中含有游离的氧、微量的
二氧化碳和微生物以及少量的氯离子等杂质, 形成腐蚀性介质。工业水对碳钢水冷却器的腐蚀有多种形式, 可能会发生孔蚀、缝隙腐蚀和电偶腐蚀等。一般认为在管壁主要发生吸氧腐蚀, 使管壁穿孔, 发生泄漏事故。
水中的氯离子同腐蚀溶解度的铁离子形成溶解度较大的氯化亚铁, 从阳极区迅速散开, 加速了腐蚀过程。在中性水中, 碳钢遭受氧的腐蚀过程如下:
ξ盐酸与铁反应ψ氯与铁反复作用
当湿氯中除去水分时, (2) 式的反应便停止。但只要氯中存在三氯化铁和少量水分时, 碳钢腐蚀将继续进行; 当氯中含水量低于1. 5×10-4时, 普通的42
第1期
张坚等:氯气压缩机冷却器的腐蚀与防护 防腐与节能2002年1月
(6) ϖ阳极区 Fe Fe 2++2e ;
ω阴极区 O 2+2H 2O +4e 4OH -。(7) 当亚铁离子和氢氧根离子在水相时, 生成Fe (OH ) 2沉淀, 即:
Fe 2++2OH -Fe (OH ) 2。
(8)
涂装TH -847的冷却器与没涂层的冷却器比较, 涂装的效果较好(见表4) 。
表4 涂装TH -847的冷却器与没涂层的冷却器比较表
应用情况涂装TH -847的冷却器没做涂层的冷却器
使用时间
1993年5月
使用部位渗漏时间使用效果
如果水中溶解的氧比较充足时, 则Fe (OH ) 2会进一步氧化, 生成黄色的锈FeOOH 或Fe 2O 3・H 2O 而非Fe (OH ) 3; 如果水中的氧不充足时, 则Fe (OH ) 2进一步氧化为绿色的水合四氧化三铁或黑色的无水四氧化三铁。碳钢在水中的腐蚀过程见图2
。
2#氯压机1996年8月1994年5月检修时拆开,
无垢3台冷却器第一台损坏涂层非常光洁、
#
1993年4月
腐蚀严重,1993年
3氯压机渗漏, 换管后
1992年12月10月重新制作并涂装
3台冷却器再用6个月,
TH -847涂料
列管又渗漏
3. 2 涂装TH -847的冷却器换热效果监测
以测定氯气经Ⅲ级辅冷器的出口温度作为判断标准, 测定结果见表5。
表5 换热效果监测
冷却器未涂
TH -使用时间月
12218
测定时间
1993--071993-121994-11
出口温度
℃
[1**********]5
换热效果好较差差好好好
涂TH 经济效益
图2 2 防腐措施
由上述的分析可知, 氯压机冷却器壳程氯气中
水含量控制好之后, 腐蚀就主要表现在管程即工业水对管壁的腐蚀方面。控制工业水系统中腐蚀的主要方法有4种:
(1) 采用耐蚀金属及合金, 例如黄铜、不锈钢等材料作为冷却器的换热管;
(2) 采用特殊涂料防腐;
(3) 提高冷却水系统的p H 值; (4) 添加缓蚀剂。
(1) 中的方法将大幅度增加设备的制造费用, 从
(4) 种方法适用于循环冷经济角度分析不合适; (3) 、
却水系统。
由于我公司凉水池的容积很大(1500m 3) , 需要不断补充缓蚀剂, 因而在实践中我们选用第2种方法, 即用耐蚀涂料进行防腐。
可选用的耐蚀涂料很多, 有富锌环氧涂料、环氧沥青涂料、聚氨酯涂料和环氧酚醛涂料。我公司选用的是以环氧氨基树脂为成膜物质, 丁醇醚化的三聚氰胺甲醛树脂为固化剂的TH -847耐蚀阻垢涂料。该涂料具有较好的耐蚀阻垢性能, 是解决碳钢水冷器防腐的专用涂料。
至2001年末, 我公司3组进口氯压机及1组国产氯压机的12台冷却器已全部涂装TH -847耐蚀阻垢涂料。1台冷却器的制造费用为7. 7万元, 涂装TH -847涂料全部费用1. 80万元/台。
涂装后的冷却器平均寿命在3年以上, 与没涂装的平均寿命仅为6个月的冷却器相比, 其使用寿命延长6倍以上。
9台冷却器(不计因停车造成的损失) 共节约设备投资300万元以上。
4 结语
(1) 在严格控制氯气中水分含量为1×10-4以
下时, 氯压机冷却器的腐蚀主要是工业水对碳钢管的吸氧腐蚀, 可用TH -847耐蚀阻垢涂料防腐;
(2) 涂装TH -847的冷却器防腐效果明显, 并且不影响冷却器的换热效果, 具有显著的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]化工部化工机械研究院. 腐蚀与防护(化工装置的腐蚀
与防护) [M ].北京:化学工业出版社,1993-06. 533.
[2]化工部防腐蚀技术咨询服务中心. 防腐蚀实用技术(下)
[M ].北京:化工防腐编辑出版社,1995-10. 812. [3]崔维汉. 防腐工程实用技术[M ].山西:山西科学技术出
版社
,1992-11(第一版) . 472.
[4]戴洪斌, 赵宝树, 杨哲, 等. 盐水预热器的腐蚀与防护
[J].化工设备与防腐,1998, (2) :54.
3 防腐阻垢效果的经济效益
3. 1 防腐效果
[编辑:费红丽]
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氯碱工业第4期No. 4
2002年4月Apr. ,2002Chlor -Alkali Industry 【防腐与节能】
氯气压缩机冷却器的腐蚀与防护
张坚, 白刚, 刘阳
Ξ(
沈阳化工股份有限公司, 辽宁沈阳110026)
[关键词]氯气压缩机; 冷却器; 腐蚀与防护
[摘 要]分析了氯气压缩机冷却器的腐蚀原因, 要求控制好壳程中氯气的含水量; 认为应用TH -847耐蚀阻
垢涂料对管程具有良好的防腐效果和经济效益。
[中图分类号]TQ050. 9; TQ124. 4 [文献标识码]B [文章编号]1008-133X (2002) 04-0041-03
Corrosion and prevention of cooler for chlorine gas compressor
ZHA N G Jian , BA I Gang , L IU Y ang
(Shenyang Chemical C o. ,Ltd. K ey w ords :chlorine gas compressor Abstract :Reasons for compressor are analyzed ,and it has been
proposed to strickly in gas in shell pass. The authors believes that the ap 2plication of agent TH -847will bring about good anticorrosive effects to tube pass and benefits.
前言
我公司于1989年从德国(原东德莱比锡泵和鼓
风机厂) 引进3组3VRZ 型氯气压缩机(以下简称氯压机) , 用于输送来自电解槽并经干燥的氯气, 此3组氯压机取代了耗能高的14台辽原-Ⅱ型氯气泵。该装置于1992年12月开车, 氯压机冷却器是Ⅲ类压力容器, 其制造、检验和验收严格按国家有关标准执行的, 却仅用了4个月就腐蚀穿孔, 导致泄漏。1台冷却器造价7. 7万元,9台冷却器每年因腐蚀将造成近百万元的损失; 更为重要的是影响了生产的正常运行。
因此, 我们选用TH -847耐蚀阻垢涂料对氯压机冷却器进行防腐处理, 较好地解决了氯气压缩机冷却器的腐蚀问题。
氯气。
氯气经辅冷气冷却之后, 进入氯气分配台, 输送到各耗氯的单位使用。3台冷却器的材质均为碳钢, 结构相同, 可以换用, 其规格和使用条件见表1。
表1 冷却器的规格与使用条件
位 号工作参数Ⅰ级
中冷器Ⅱ级中冷器辅冷器
壳程管程壳程管程壳程管程
工作压力
MPa
工作介质工业水氯气工业水氯气工业水氯气
进口温度出口温度
℃℃≤28≤98≤28≤36≤28≤36
≤36
≤40≤106≤40≤87≤40
常压
≤0. 12常压≤0. 25常压≤0. 31
注:型号Φ1000×2000; 结构浮头列管式; 冷却面积140m 2; 换热管尺寸Φ20×2×2000, 共1112根。
1. 2 腐蚀原因
1 腐蚀原因分析
1. 1 氯气压缩机的工艺
冷却器的管程介质是工业水, 壳程介质是氯气。1. 2. 1 壳程的腐蚀
如图1所示, 每组氯压机有3台冷却器, 其中两
台中间冷却器,1台辅冷器。中间冷却器分别冷却一、二级压缩的氯气, 辅冷器用于冷却第三级压缩的
壳程中介质氯气的化学性质非常活泼, 会与多
种金属发生反应。氯对金属的腐蚀作用与氯中含水量、温度和压力等因素密切相关(见表2、3) 。
Ξ[收稿日期]2002-01-10
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防腐与节能 氯碱工业 2002年第1期
图1 氯压机工艺流程简图
表2 氯气中的水分含量与碳钢腐蚀速率的关系
氯中水分含量
56. 7×10
206. 0×10-6870. 0×10-6
-6
碳钢腐蚀率
mm/a 0. 0107
0. 05100. 1140
氯中水分含量
167. 0×10283. 0×-61-6-6
碳钢腐蚀率
mm/a 1碳钢在这种干氯中的0. a , 此时可用碳钢管道, 除去湿氯气中的水分是一项很重要的防腐措施。
从电解槽出来的湿氯气经钛冷却器冷却, 再经过滤器进入硫酸泡沫干燥塔进行干燥。干燥的氯气再经除雾器去除硫酸雾沫。进入氯压机的氯气含水量小于1. 00×10-4。
因此, 只要严格控制氯气中的水分, 完全可以避免氯气对壳程的腐蚀; 并在氯压机停机时, 特别要对
) 冷却器壳程进行排氯处理, 即用干燥的空气(40℃将装置内残存的氯气置换干净, 对冷却器的进出口端要密封, 以避免氯气对壳程的腐蚀; 并且氯压机在
停机状态时对冷却器壳程进行的特殊排氯处理还可防止残余氯气吸收空气中的水分造成对设备的腐蚀, 这在雨季、低温潮湿季节尤为重要。1. 2. 2 管程的腐蚀
注:在常温下。
表3 碳钢在氯压缩条件下的腐蚀速度
氯中含水量
g/m 30. 6
2. 1
温度℃
40～5080
压力
MPa 0. 09730. 3546
时间
h 672528
腐蚀速度
mm/a 0. 1000. 390
将表2、3中的数据与表1中氯压机的温度力相对比, 可以看出氯气对碳钢的腐蚀速度关键是受氯气中含水量的影响。这是由于氯气是强腐蚀性介质, 尤其是在含有水分的条件下, 氯气与水反应生成腐蚀性很强的盐酸和强氧化性介质的次氯酸, 许多金属如碳钢、铝、铜、镍及不锈钢等均能被腐蚀。湿氯气对碳钢的腐蚀过程有如下反应:
(1) 在低于9. 5℃的温度下
ϖCl 2+8H 2O ω水解反应Cl 2+H 2O Fe +2HCl 2Fe +3Cl
22FeCl 3+Fe
HCl +HClO 。FeCl 2+H 2↑。2FeCl 3; 3FeCl 2。
(2) (3) (4) (5)
Cl 2・8H 2O 。
(1)
管程的介质是工业水, 根据随机使用说明, 要求对工业水进行软化处理, 并控制p H 值在7. 0～7. 8的范围内, 才能保证冷却器的正常使用。但我公司冷却水未进行软化处理, 水中含有游离的氧、微量的
二氧化碳和微生物以及少量的氯离子等杂质, 形成腐蚀性介质。工业水对碳钢水冷却器的腐蚀有多种形式, 可能会发生孔蚀、缝隙腐蚀和电偶腐蚀等。一般认为在管壁主要发生吸氧腐蚀, 使管壁穿孔, 发生泄漏事故。
水中的氯离子同腐蚀溶解度的铁离子形成溶解度较大的氯化亚铁, 从阳极区迅速散开, 加速了腐蚀过程。在中性水中, 碳钢遭受氧的腐蚀过程如下:
ξ盐酸与铁反应ψ氯与铁反复作用
当湿氯中除去水分时, (2) 式的反应便停止。但只要氯中存在三氯化铁和少量水分时, 碳钢腐蚀将继续进行; 当氯中含水量低于1. 5×10-4时, 普通的42
第1期
张坚等:氯气压缩机冷却器的腐蚀与防护 防腐与节能2002年1月
(6) ϖ阳极区 Fe Fe 2++2e ;
ω阴极区 O 2+2H 2O +4e 4OH -。(7) 当亚铁离子和氢氧根离子在水相时, 生成Fe (OH ) 2沉淀, 即:
Fe 2++2OH -Fe (OH ) 2。
(8)
涂装TH -847的冷却器与没涂层的冷却器比较, 涂装的效果较好(见表4) 。
表4 涂装TH -847的冷却器与没涂层的冷却器比较表
应用情况涂装TH -847的冷却器没做涂层的冷却器
使用时间
1993年5月
使用部位渗漏时间使用效果
如果水中溶解的氧比较充足时, 则Fe (OH ) 2会进一步氧化, 生成黄色的锈FeOOH 或Fe 2O 3・H 2O 而非Fe (OH ) 3; 如果水中的氧不充足时, 则Fe (OH ) 2进一步氧化为绿色的水合四氧化三铁或黑色的无水四氧化三铁。碳钢在水中的腐蚀过程见图2
。
2#氯压机1996年8月1994年5月检修时拆开,
无垢3台冷却器第一台损坏涂层非常光洁、
#
1993年4月
腐蚀严重,1993年
3氯压机渗漏, 换管后
1992年12月10月重新制作并涂装
3台冷却器再用6个月,
TH -847涂料
列管又渗漏
3. 2 涂装TH -847的冷却器换热效果监测
以测定氯气经Ⅲ级辅冷器的出口温度作为判断标准, 测定结果见表5。
表5 换热效果监测
冷却器未涂
TH -使用时间月
12218
测定时间
1993--071993-121994-11
出口温度
℃
[1**********]5
换热效果好较差差好好好
涂TH 经济效益
图2 2 防腐措施
由上述的分析可知, 氯压机冷却器壳程氯气中
水含量控制好之后, 腐蚀就主要表现在管程即工业水对管壁的腐蚀方面。控制工业水系统中腐蚀的主要方法有4种:
(1) 采用耐蚀金属及合金, 例如黄铜、不锈钢等材料作为冷却器的换热管;
(2) 采用特殊涂料防腐;
(3) 提高冷却水系统的p H 值; (4) 添加缓蚀剂。
(1) 中的方法将大幅度增加设备的制造费用, 从
(4) 种方法适用于循环冷经济角度分析不合适; (3) 、
却水系统。
由于我公司凉水池的容积很大(1500m 3) , 需要不断补充缓蚀剂, 因而在实践中我们选用第2种方法, 即用耐蚀涂料进行防腐。
可选用的耐蚀涂料很多, 有富锌环氧涂料、环氧沥青涂料、聚氨酯涂料和环氧酚醛涂料。我公司选用的是以环氧氨基树脂为成膜物质, 丁醇醚化的三聚氰胺甲醛树脂为固化剂的TH -847耐蚀阻垢涂料。该涂料具有较好的耐蚀阻垢性能, 是解决碳钢水冷器防腐的专用涂料。
至2001年末, 我公司3组进口氯压机及1组国产氯压机的12台冷却器已全部涂装TH -847耐蚀阻垢涂料。1台冷却器的制造费用为7. 7万元, 涂装TH -847涂料全部费用1. 80万元/台。
涂装后的冷却器平均寿命在3年以上, 与没涂装的平均寿命仅为6个月的冷却器相比, 其使用寿命延长6倍以上。
9台冷却器(不计因停车造成的损失) 共节约设备投资300万元以上。
4 结语
(1) 在严格控制氯气中水分含量为1×10-4以
下时, 氯压机冷却器的腐蚀主要是工业水对碳钢管的吸氧腐蚀, 可用TH -847耐蚀阻垢涂料防腐;
(2) 涂装TH -847的冷却器防腐效果明显, 并且不影响冷却器的换热效果, 具有显著的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]化工部化工机械研究院. 腐蚀与防护(化工装置的腐蚀
与防护) [M ].北京:化学工业出版社,1993-06. 533.
[2]化工部防腐蚀技术咨询服务中心. 防腐蚀实用技术(下)
[M ].北京:化工防腐编辑出版社,1995-10. 812. [3]崔维汉. 防腐工程实用技术[M ].山西:山西科学技术出
版社
,1992-11(第一版) . 472.
[4]戴洪斌, 赵宝树, 杨哲, 等. 盐水预热器的腐蚀与防护
[J].化工设备与防腐,1998, (2) :54.
3 防腐阻垢效果的经济效益
3. 1 防腐效果
[编辑:费红丽]
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