廢稀硫酸Ⅱ效蒸發(fā)器泄漏分析

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、設計和制造等方面，全面分析了泄漏原因。

1 Ⅱ效蒸發(fā)器的結構及工作原理

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%硫酸從筒體側邊排出。液位高度靠溢流口控制。

2 滲漏原因

2.1 設備選材

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。

2.2 結構設計

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。

2.3 制造方面

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。

如果筒體結構大體上各向同性，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)域局部結構不均衡，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，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，最終滲到筒體外。

1—玻璃鋼防腐層;2—玻璃鋼筒體強度層;

2.4 使用方面

查相關操作記錄，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。

3 改進措施

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。目前設備運行正常。