碳化塔應用非金屬材料改造

范 健，楊廣福，王宗巖

（山東海化股份有限公司純堿廠，山東 濰坊 262737）

碳化塔是純堿生產的主要設備。純堿生產中，來自上游各道工序的氨鹽水、二氧化碳氣等物料，在碳化塔內混合，完成傳質、結晶和傳熱三種過程同時進行的物理、化學反應，同時存在著氣、液、固三相介質。由于介質的強腐蝕性、氣液混合時湍動沖擊等因素，造成鑄鐵塔塔圈內壁、笠帽等構件氧化腐蝕，易導致純堿產品含鐵量高（紅堿），產出次品。設備工作壽命較短。

1 項目實施背景

目前我廠新線使用的碳化塔為笠帽式（索爾維碳化塔），塔徑φ3200／φ3400，塔高32.335m，共計25臺，設計生產能力1 400kt／a。自2004年投入生產，已運行近10年，大部分碳化塔因腐蝕、液體沖刷磨損、氣體沖擊等因素，相繼出現塔壁減薄、笠帽破損、塔體泄漏等設備故障，次品堿（鐵高堿）頻出。客戶對我廠的產品質量方面的投訴也越來越多，對海化純堿的品牌形象、市場銷售等帶來了極大的負面影響。

2 原因分析與解決方案設計

2.1 原因分析

經過長期的生產實踐表明，系統鐵腐蝕主要來自碳化塔上部（四圈）汽液交界面處的沖刷腐蝕、中和水、氨鹽水、洗水等金屬管線的腐蝕，關鍵部位因閥門不能有效隔離，出現事故造成大的生產波動加劇系統的腐蝕層的剝落。特別是上部塔圈由于碳化液位波動和出氣常年沖刷，內腐蝕加快，硫膜容易脫落是鐵高堿形成的重要因素。

2.2 解決思路與可行性分析

上部塔圈詳細的狀況：碳化塔頂蓋連接出氣總管（內涂乳膠水泥處理），正常出氣總管壓力一般控制0.07MPa（試驗壓力0.1MPa），第33圈、34圈為空圈，第32圈為進液圈，兩側有DN250氨鹽水和備用口各一個，因碳化塔為典型的大型靜設備，笨重、高大，所以，我們考慮從碳化塔上部進行局部改造和優化。

根據以上碳化塔的狀況，為了降低安全隱患，提高產品質量，降低設備基礎承重，我們建議對上部部分塔圈進行玻璃鋼更換改造，34圈、33圈考慮到空圈，腐蝕較嚴重，且受氣刷嚴重，容易掉鐵銹，建議改玻璃鋼，32圈為進液圈，也是氣、液分離圈，容易腐蝕，建議也改玻璃鋼，32圈笠帽同時由鑄鐵笠帽改為玻璃鋼笠帽，為了減少玻璃鋼法蘭數量，可考慮上部三圈做成整體一個玻璃鋼塔圈。塔圈原厚度35 mm，玻璃鋼塔圈因耐腐蝕、抗沖刷，設計厚度必須滿足承受0.12MPa強度，內附件凸臺可以適當增加厚度，并設加強筋，提高支撐強度。

玻璃鋼材質有以下優點：

1）材質重量輕，減少設備承重負荷，能延長設備的使用壽命。

2）玻璃鋼材質耐沖刷、耐腐蝕且容易制造成型。

3）玻璃鋼材質施工方便，檢修更換費用低。

因此，我們認為，碳化塔上部塔圈由鑄鐵改成玻璃鋼是可行的。

3 改造方案

借鑒其他堿廠的改造及使用情況，將25臺碳化塔圈最上部汽液交界面處的四圈鑄鐵塔圈去掉，更換為兩圈玻璃鋼塔圈，尺寸不變，其他管線改為尼龍材質。

新線碳化塔在2006年對碳化塔增加4圈，由原來的30圈增加到34圈，通過近幾年的運行來看，由于壓縮機能力有限，效果不是很理想，通過這次改造，建議去掉原增加的4圈塔圈（29圈～32圈）剩余上部3圈進行玻璃鋼塔圈整體更換。

新線碳化塔上部兩圈（原33圈、34圈）分別為空圈和進液圈（原32圈、頂蓋），總重約8t，總高2.9 m，可以將上述部分制作成玻璃鋼桶狀塔圈，下部和笠帽、28圈法蘭連接。玻璃鋼塔圈下帶法蘭，與原碳化28圈實行法蘭連接，原32圈鑄鐵笠帽改在玻璃鋼塔圈內部固定，材質改為玻璃鋼，31圈與32圈之間原鑄鐵笠帽改為玻璃鋼笠帽，與原笠帽尺寸不變，安裝位置改為玻璃鋼塔圈法蘭與28圈上法蘭之間。上部原鑄鐵塔改為玻璃鋼塔圈后，塔圈上部需設φ600人孔蓋。其余所有管口及人孔尺寸都保持不變，且管口及人孔方位保持不變，便于與原管線安裝方便。另外改為玻璃鋼塔后，出氣管線加軟連接，以保護碳化塔管口不受破壞。

4 新線5＃碳化塔技術改造實施情況

5＃碳化塔于2014年1月8日進行改造安裝，試壓合格，18日投入試運行試驗，效果良好。

［1］ 大連化工研究設計院.純堿工學［M］.北京：化學工業出版社，2004

［2］ 潘鴻恩，孫錫吾.純堿生產設備檢修與防腐［M］.沈陽：遼寧科學技術出版社，1991