氢氟酸反应炉腐蚀失效分析及防护.pdf

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1、第39卷第2期化工机械233氢氟酸反应炉腐蚀失效分析及防护庞枫林+(多氟多化工股份有限公司)摘要根据多年的实践经验，对HF旋转反应炉的腐蚀原因及机理进行了分析。提出在旋转反应炉内部加装内返渣装置可大幅度提高反应炉使用寿命的观点。关键词HF旋转反应炉化学腐蚀电化学腐蚀内返渣装置中圈分类号TQ054文献标识码B文章编号0254-6094(2012)02-0233-02旋转反应炉是HF生产中最关键、最重要的设备，长期以来我国HF生产装置一直采用前苏联技术，即在反应炉内部增加衬板和内置螺旋，衬板使用3—4个月就需更换，内置大

2、螺旋使用5—6个月也需更换。一般一台反应炉仅能使用2～3年，其腐蚀状况相当惊人。2005年多氟多化工股份有限公司成功引进美国联合化学公司在反应炉内加装返渣装置生产HF技术，大大提高了反应炉的寿命。笔者探讨了HF生产中旋转反应炉的腐蚀机理及内返渣装置的抗腐蚀机理。．1旋转反应炉的腐蚀分析1．1化学反应腐蚀HF酸生产过程即萤石和硫酸在加热的条件下在旋转反应炉中发生反应：CaF2+H2s04——cas04+2HFt因萤石粉含有杂质SiO：、CaO和CaCO，，还会发生如下反应：Si02+HF——siF4t+2H20CaC0

3、3+H2S04——caS04+H20+c02TCaO+H2S04一CaS04+2H20从以上反应式可以看出反应炉内部发生较复杂的气／液／固三相反应，但萤石与浓硫酸的反应是反应炉发生的主要反应。浓硫酸具有强烈的氧化性，在常温下会在钢铁表面形成一层致密钝化膜从而阻止浓硫酸与钢铁进一步反应。但是在高温条件下这层钝化膜便会被破坏，硫酸与钢铁迅速发生化学反应。反应炉内温度一般在250～480。C之问，因此在硫酸含量足够高时其反应会迅速进行：Fe+H2s04——Fes04+H2t铁与硫酸发生化学反应是反应炉腐蚀的最重要原因。1．

4、2电化学腐蚀反应炉内另一种主要腐蚀是电化学腐蚀。不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化。在反应炉内如果温度或硫酸含量比较低时，发生的腐蚀主要是电化学腐蚀。工业用的钢铁实际上是合金，除铁之外的石墨、渗碳体以及其他金属和杂质，大多数没有铁活泼。这样便形成了腐蚀电池，其阳极为铁，阴极为杂质，硫酸是电解质。铁与杂质紧密接触，使得腐蚀不断进行下去，硫酸含量越高其腐蚀越严重。其特征是在发生腐蚀的表面会形成许多直径不等的小鼓包，次层是黑色粉末状溃疡腐蚀缺陷。因此，电化学腐蚀也是造成反应炉腐蚀

5、的原因之一。除此之外，HF反应炉炉内还会发生应力腐蚀和水分腐蚀，但这些腐蚀同铁与硫酸发生的化学腐蚀和电化学腐蚀比起来非常弱。因此，提高反应炉的使用寿命关键是控制化学腐蚀和电化学腐蚀。2未加装内返渣装置的反应妒腐蚀状况萤石和硫酸的混合物进入反应炉后由于刚开}庞枫林．男，1973年11月生，助理工程师。河南省焦作市，454191。234化工机械2012罐始温度比较低，并未发生化学反应，仅发生电化学腐蚀，随着萤石和硫酸混合物向炉尾移动，炉温越来越高化学反应也越来越强烈，对炉体的腐蚀也越来越加剧。以咖1600mmx18000

6、mm反应炉为例，其使用3个月后腐蚀情况如图1所示。图1反应炉使用3个月的腐蚀情况从图1可以看出，炉体腐蚀主要在前12m，其中4一lOm腐蚀更加强烈。一台反应炉如果不采取抗腐蚀措施的话使用寿命不足1a。一般情况下大都采取内衬钢板来提高反应炉的寿命，但由于加热段在炉体中间，如果衬板过长会影响炉体传热效率。即使采取这种方式一台反应炉最多也仅能使用2～3a。3加装内返渣装置的反应炉腐蚀状况分析3．1内返渣装置的结构及使用原理内返料装置主要由加料器、返料螺旋、支腿、鼠笼(混料器)及鼠笼档板等组成，如图2所示。所谓内返料反应炉就

7、是在反应炉内设置一个返料装置，将一部分反应生成的石膏(CaSO。)从炉中部返回到炉头。高温的CaSO。在炉头与硫酸和萤石形成一定的固、液比，和反应物料充分混合，增强了物料的流动性。同时提供反应所需要的热量，提高了转化率，又增加了千性物料起到了起到稀释作用，促使硫酸和萤石快速反应，缩短了反应图2内返料装置结构示意图时间，从而提高了反应炉的产能。增加内返料装置后将炉体的腐蚀控制在炉头范围之内，有效地延长了反应炉的寿命，并且对降低反应炉能耗也具有重要意义。3．2加装内返渣装置反应炉的腐蚀控制350。C左右的高温石膏渣经返料

8、螺旋返回炉头在与萤石和浓硫酸混合物接触后，硫酸和萤石便迅速发生反应。同时部分高温硫酸会与铁直接反应腐蚀炉壁。随着物料向炉尾移动和化学反应的进行，硫酸的浓度越来越低，其对反应炉炉壁的腐蚀越来越小。一般来讲，内返渣螺旋离炉头大约在0．5m左右而炉头的腐蚀段也大约在炉头前1．5m。1．5m以后由于大量的硫酸已经参与反应，硫酸整体含量比较低，因此腐蚀很