王光軍
(杭州電化集團有限公司,浙江 杭州 311228)
濃硫酸作為干燥脫水用的介質(zhì),使用后水分含量上升,達不到工藝的要求。廢稀硫酸作為危廢物,不能直接排放,因此對廢稀硫酸進行回收和再濃縮,具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。
某氯堿企業(yè)廢稀硫酸濃縮回用裝置的1臺Ⅱ效蒸發(fā)器投用不到1個月,其主要接管和筒體連接部位就發(fā)生了嚴重的滲漏,對具有代表性部位的人孔進行了解體、取樣,從選材、設(shè)計和制造等方面,全面分析了泄漏原因。
Ⅱ效蒸發(fā)器由筒體、上下封頭、人孔和接管組成。主體材質(zhì)外部為玻璃鋼(樹脂采用耐高溫樹脂美國陶氏D470,采用玻璃纖維布和纖維絲,不允許使用氈),壁厚≥30 mm。設(shè)備內(nèi)襯2層10 mm厚的石墨板,襯至溢流口中心線向上1 m處。
Ⅱ效蒸發(fā)器工作原理:前期預熱的22%(質(zhì)量分數(shù),下同)硫酸從下封頭底部進入Ⅱ效蒸發(fā)器內(nèi),在微真空(真空度0.03 MPa)和高溫(115 ℃)作用下,水分蒸出,從上封頭頂部排出。濃縮后,55%硫酸從筒體側(cè)邊排出。液位高度靠溢流口控制。
經(jīng)分析化驗,玻璃鋼最里防腐層采用的材質(zhì)為D470樹脂,和設(shè)備信息吻合。由制造方提供的資料可知,該樹脂適用范圍為51%~70%硫酸,溫度80 ℃。對比工藝參數(shù),已超過了該樹脂的使用條件,即不耐腐蝕。
按玻璃鋼制造單位的工藝,玻璃鋼內(nèi)層為纏繞紗成型,其樹脂質(zhì)量分數(shù)為30%~40%,與HG/T 20696—1999中要求的70%~80%偏差較大。樹脂含量低,耐蝕防滲性能就會降低。從現(xiàn)場玻璃鋼筒體切片看,顏色發(fā)黃變色,樹脂含量明顯低。
Ⅱ效蒸發(fā)器內(nèi)襯2層石墨板至溢流口中心線以上1 m處,氣相部位未襯石墨板。合適工藝的石墨板襯里不僅能起到防腐、防滲作用,而且對玻璃鋼防腐層起到一定的隔熱作用,降低玻璃鋼防腐層溫度,提高耐腐蝕性。氣相部位未襯石墨板,缺少對玻璃鋼防腐層的保護,特別是當石墨板和玻璃鋼防腐層貼合不致密時,氣相中的硫酸液滴就有可能滲入。此時用D470樹脂做成的防腐層在惡劣的工況下,就會逐漸腐蝕失去作用。
從取樣的Ⅱ效蒸發(fā)器人孔周邊及頂部封頭處玻璃鋼層情況看,玻璃鋼層表面已發(fā)生了明顯的變色,說明玻璃鋼層已發(fā)生了腐蝕。但這種腐蝕并不是很深,在距離外壁3 cm處已經(jīng)很難觀察到腐蝕的跡象,即腐蝕作用在壁厚方向的發(fā)展速度有限,不會穿透Ⅱ效蒸發(fā)器玻璃鋼壁。
如果筒體結(jié)構(gòu)大體上各向同性,就不會出現(xiàn)腐蝕性液體只沿軸向朝人孔流動,而不朝徑向的壁厚方向擴散。并且人孔周圍的筒體材料沒有出現(xiàn)泄漏跡象,滲漏只發(fā)生在人孔與筒體連接處,而非由其他區(qū)域泄漏或擴散而來(滲漏源位于人孔周邊≤80 cm的正方形范圍內(nèi))。因此,泄漏的主要原因并非腐蝕導致Ⅱ效蒸發(fā)器筒體本體受損,而是源自泄漏區(qū)域局部結(jié)構(gòu)不均衡,其中不同材料所形成的界面缺陷可能是出現(xiàn)泄漏的最大原因。
對泄漏嚴重的人孔進行進一步的觀察,可見人孔附近是由玻璃鋼纖維樹脂復合材料、膠泥、石墨塊經(jīng)由人工粘貼復合而成。可以發(fā)現(xiàn),樹脂層已經(jīng)出現(xiàn)了腐蝕,但玻璃鋼纖維樹脂層出現(xiàn)腐蝕的區(qū)域,其膠泥和石墨塊的外觀基本保持完好,這說明在泄漏區(qū)域(人孔)附近存在腐蝕液體的毛細通道。觀察人孔周邊的膠泥,發(fā)現(xiàn)存在大量的氣孔,大的甚至達3 cm。這些氣孔的存在,為高溫硫酸提供了非常有利的由內(nèi)到外的滲透通道。取樣時發(fā)現(xiàn),人孔附近玻璃鋼和石墨板夾層中有液相硫酸存在。
因制造方面存在質(zhì)量問題,硫酸從人孔周邊的石墨板氣孔滲入玻璃鋼筒體和人孔的角接處,而此處玻璃鋼施工質(zhì)量不過關(guān),且材質(zhì)耐腐蝕性差,硫酸最終滲出。
人孔部位及滲漏途徑見圖1。
圖1中紅色線條代表硫酸滲漏通道。硫酸從筒體中部石墨板和筒體的間隙進入,或從人孔附近石墨板之間的氣孔等缺陷進入,最終匯集到人孔和筒體角接處。該處選用的材料欠佳,施工質(zhì)量不過關(guān),最終滲到筒體外。
1—玻璃鋼防腐層;2—玻璃鋼筒體強度層;
查相關(guān)操作記錄,發(fā)現(xiàn)Ⅱ效蒸發(fā)器的液相使用溫度長期在120 ℃以上(設(shè)計溫度120 ℃),氣相的溫度在90 ℃以上,有個別運行記錄還遠超以上溫度,超過了圖紙的設(shè)計溫度和材料的許用溫度。顯然,較高的使用溫度加劇了玻璃鋼防腐層的腐蝕,加快了管口的泄漏程度。
綜合以上原因,Ⅱ效蒸發(fā)器玻璃鋼防腐層選用的D470樹脂對該工況不適用,且設(shè)計上未考慮內(nèi)部全襯石墨板,特別當石墨板和玻璃鋼防腐層貼合不致密時,就導致硫酸和玻璃鋼層接觸,最終發(fā)生滲漏。
該Ⅱ效蒸發(fā)器損壞程度嚴重,自身存在缺陷,已無法修復。該企業(yè)為恢復裝置正常生產(chǎn),又制作了1臺Ⅱ效蒸發(fā)器。首先玻璃鋼防腐層選用了更好的510樹脂,并加強玻璃鋼筒體和接管的角接處填充施工的質(zhì)量監(jiān)管。在玻璃鋼外殼施工完畢后,進行試漏。之后對內(nèi)部進行全襯2層石墨板的施工,嚴格控制施工質(zhì)量,避免氣孔等缺陷存在。最后又進行試漏。
制作的Ⅱ效蒸發(fā)器已投入使用,使用過程中嚴格控制溫度不超標。目前設(shè)備運行正常。