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兰州兴业材料保护有限公司

兰州兴业集团创建于一九九二年,是甘肃省科委首批认定的高新技术企业,属科研、设计、制造和售后服务于一体的科技先导型工业企业。历经十九年的发展壮大,已经成为拥有一家研发中心和四家下属公司的企业集团。其中两家为工业制造企业,两家为物资和零配件供应[详细]

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2018年11月17日

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  • 兰州兴业材料保护有限公司
  • 公司类型: 设备企业
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  • 公司地址:兰州市小稍门外280号
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[科技研发] 阳极保护技术在国内硫酸工业中的应用--阳极保护不锈钢管壳式浓硫酸冷却器

时间:2012-9-5 16:35:00

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阳极保护不锈钢管壳式浓硫酸冷却器,主要应用在硫酸生产过程中干吸工段的浓硫酸冷却。阳极保护系统是由阳极、阴极、参比电极、恒电位仪、连接导线组成。阳极保护是通过对处于浓硫酸介质中的不锈钢施加阳极电流的方法使其表面形成良好耐蚀性能的钝化膜,从而使材料得到有效的保护。
一、阳极保护技术简介
我国在上世纪80年代引进了近10台阳极保护不锈钢管壳式浓硫酸冷却器,主要应用在硫酸生产过程中干吸工段的浓硫酸冷却。国内的科研开发单位和设备供应商于1988年就通过消化吸收国外技术在国内设计、制造了工业化应用的合格设备,通过10余年的推广普及,阳极保护浓硫酸冷却器在国内得到了大规模的采用,不仅如此,通过努力还开发了阳极保护不锈钢管道、阳极保护不锈钢分酸器、阳极保护不锈钢酸槽,在国内的硫酸生产企业中得到了广泛应用。阳极保护技术的发展提高了国内技术开发水平,同时为硫酸的生产技术提高起到了积极的推动作用。阳极保护酸冷却器、阳极保护管道产品已成为国内大型硫酸系统干吸工段的首选设备。
阳极保护系统是由阳极、阴极、参比电极、恒电位仪、连接导线组成。阳极保护是通过对处于浓硫酸介质中的不锈钢施加阳极电流的方法使其表面形成良好耐蚀性能的钝化膜,从而使材料得到有效的保护。通过阳极保护,
304L、316L材质在80℃时的浓硫酸中(92——98%)的年腐蚀率仅为0.08——0.01mm。
二、阳极保护管壳式不锈钢浓硫酸冷却器的应用
阳极保护管壳式不锈钢浓硫酸冷却器(以下简称酸冷器)是八十年代初期首先由国外引进的,用于各类制酸装置的干吸工段浓硫酸的冷却,国外主要供应商有加拿大的凯米克公司和美国的孟山都公司。国内设备制造厂家于八十年代中期开始试制酸冷器,并开始在各类制酸装置中采用。该设备具有寿命长、占地面积小、热效率高、无污染、日常维护费用低、节水效果明显等优点。
国内目前使用的酸冷器都采用酸走壳程水走管程的固定管板式结构,换热管通过折流板固定。换热管的材质为316L,壳体、管板、折流板的材质各供应商采用的有所不同,有304、304L、316L等。水箱部分根据各厂工艺条件设计为单或双管程。换热管尺寸有几种规格:Φ19.05×1.65mm、Φ19.05×1.5mm、Φ16×1.5mm等,换热管在管板上一般按正三角形排列。
目前,国内使用的酸冷器超过3000台,随着该设备的大规模使用,国内供货商在酸冷器的设计、制造技术已相当成熟,用户在使用中也积累了很多的经验,目前国产酸冷器最长使用时间已超过10年。随着国内制酸装置的大型化,国产酸冷器已为单系列1000Kt/a大型装置配套,国内目前应用的
单台酸冷器面积已达超过1000m2,说明国内的设计制造能力完全能满足大型装置设备国产化的要求。
三、阳极保护不锈钢浓硫酸管道的应用
以前,硫酸生产中浓硫酸管道最常用的是铸铁管及少量内衬氟塑料管。
铸铁管基本是靠壁厚来增加使用寿命,并且存在管道重量大、法兰连接点多,漏酸隐患点多等缺点;在实际生产中,管道的损坏多以“砂眼”蚀穿和脆性开裂这两种突发损坏形式出现,极易造成安全生产事故,增加系统非计划性停车时间。内衬氟塑料管虽有优良的耐腐蚀性能,但在实际应用中,存在不耐负压的缺点,当泵启动或关闭时塑料易剥离损坏。阳极保护浓硫酸管道技术是上世纪90年代由国内首创的一项新技术,在国际上领先。将普通不锈钢如18-8、304、304L、316L等配以阳极保护技术,应用于浓硫酸输送管道上。经过近10年的使用表明:采用常用的不锈钢管道配以阳极保护技术是可行的,并且兼顾了实用性与经济性。实际应用中防腐蚀效果非常显著,设计使用寿命8年以上,彻底解决了输酸管道泄漏问题。为广大制酸厂家提供了一种全新的选择。
不锈钢管道阳极保护系统的配置是根据输酸管径、酸量、温度、压力及材质等变量参数决定控制技术指标,经过详细的设计计算确定阴极、参比电极的材料及布置方式。选用阴极材料基本无腐蚀,设计寿命为5年以上,无须检修、更换。管道的设计使用寿命为8年。
目前国内采用阳极保护管道的厂家已经超过60家,单系列最大规模800Kt/a装置,最大管径DN700mm,最长使用寿命已超过10年。
四、阳极保护分酸器的应用
传统的分酸器的基本型式有管式分酸器和槽式挂爪分酸器两种,所用材质由早期的铸铁发展到低铬铸铁、合金铸铁。分酸点一般<20点/m2,整个塔平面的分酸不够理想。分析其原因主要有两点,首先是因为铸铁的铸造精度低,开孔数量有限;同时安装过程中水平度有偏差;三是沿塔壁有分酸“盲区”。分酸器的低效率产生的危害是有目共睹的,不仅工艺操作指标达不到最佳,而且产生的酸沫会对下游的设备产生腐蚀。上述分酸装置都是靠增加材料的壁厚来提高使用寿命,在运行过程中随着使用年限的增加,会不断减薄,分酸效果会更差。另外一个令使用厂家头疼的问题是检修,由于需要在塔内进行部分组件更换,工作环境恶劣任务繁重,每年的检修工作量大、维修费用大、检修时间长。
国内外的设备生产厂家对这一关键技术的开发从未停止。目前已有耐浓硫酸腐蚀的特制合金槽管式分酸器进入中国,分酸点可达22~42点/m2,但价格太高,国内厂家很难接受。国内的设备厂家经过多年的努力,也开发出了分酸点>42点/m2的带阳极保护的不锈钢槽管式分酸装置,其价格适中,并已在国内多家硫酸企业使用,最长已使用了7年,完全可以满足生产需要。
阳极保护不锈钢分酸器主要有两种基本型式——管式和槽管式,分酸器主要由分酸主管和落酸管组成,落酸管的规格数量和排列方式是按照塔面积计算,结合酸流量计算出每个落酸管的流量,即保证使硫酸能均匀的分配到塔的每个位置,又便于现场的制作安装。为了减少分酸器酸沫夹带,槽管式的落酸管流速不能太高。考虑到检修的工作,确定进酸口的进酸高度和槽体的高度差,保证运行时不会发生溢槽和堵塞落酸管,槽内的检修清理工作简单容易,在停车后清理出槽体内的磁环碎渣即可,无需更换其他的任何部件。
阳极保护系统的设计:常见的阳极保护装置均设置在设备的外部,如阳极保护浓硫酸冷却器、阳极保护不锈钢管道等,其阴极、参比电极等阳极保护主要构件的连接都设置在设备的外部。
而阳极保护分酸器的阳极保护装置必须设置在塔内SO2、SO3气体高温环境里,通过努力在技术上很好地解决。
五、数字式恒电位仪的应用
恒电位仪的性能直接关系到阳极保护系统的实施和设备的安全,传统的模拟式恒电位仪电路多采用分立元件构成,由于电子元件数量多,其稳定性不高,抗干扰能力差。目前已采用微电脑控制技术,把电位、电流、电压信号全部实现数字化处理后传至远方终端机,并可方便地与各类DCS系统对接。由于采用了以上先进技术,使控制操作简单、明了,设备开车阶段的钝化过程比以前大大缩短,减少了酸温、酸浓变化对设备钝化膜的破坏程度。实现了智能化控制,只需由DCS系统的上位机观察数据变化即可,该仪器已接近国际先进水平。
随着硫酸装置的大型化趋势和环境保护意识的提高,国内硫酸生产企业在不断地采用先进可靠的技术改造原有装置,成熟的阳极保护技术在硫酸装置中应用的步伐将进一步加快。


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