碳化塔应用非金属材料改造

范 健，杨广福，王宗岩

（山东海化股份有限公司纯碱厂，山东 潍坊 262737）

碳化塔是纯碱生产的主要设备。纯碱生产中，来自上游各道工序的氨盐水、二氧化碳气等物料，在碳化塔内混合，完成传质、结晶和传热三种过程同时进行的物理、化学反应，同时存在着气、液、固三相介质。由于介质的强腐蚀性、气液混合时湍动冲击等因素，造成铸铁塔塔圈内壁、笠帽等构件氧化腐蚀，易导致纯碱产品含铁量高（红碱），产出次品。设备工作寿命较短。

1 项目实施背景

目前我厂新线使用的碳化塔为笠帽式（索尔维碳化塔），塔径φ3200／φ3400，塔高32.335m，共计25台，设计生产能力1 400kt／a。自2004年投入生产，已运行近10年，大部分碳化塔因腐蚀、液体冲刷磨损、气体冲击等因素，相继出现塔壁减薄、笠帽破损、塔体泄漏等设备故障，次品碱（铁高碱）频出。客户对我厂的产品质量方面的投诉也越来越多，对海化纯碱的品牌形象、市场销售等带来了极大的负面影响。

2 原因分析与解决方案设计

2.1 原因分析

经过长期的生产实践表明，系统铁腐蚀主要来自碳化塔上部（四圈）汽液交界面处的冲刷腐蚀、中和水、氨盐水、洗水等金属管线的腐蚀，关键部位因阀门不能有效隔离，出现事故造成大的生产波动加剧系统的腐蚀层的剥落。特别是上部塔圈由于碳化液位波动和出气常年冲刷，内腐蚀加快，硫膜容易脱落是铁高碱形成的重要因素。

2.2 解决思路与可行性分析

上部塔圈详细的状况：碳化塔顶盖连接出气总管（内涂乳胶水泥处理），正常出气总管压力一般控制0.07MPa（试验压力0.1MPa），第33圈、34圈为空圈，第32圈为进液圈，两侧有DN250氨盐水和备用口各一个，因碳化塔为典型的大型静设备，笨重、高大，所以，我们考虑从碳化塔上部进行局部改造和优化。

根据以上碳化塔的状况，为了降低安全隐患，提高产品质量，降低设备基础承重，我们建议对上部部分塔圈进行玻璃钢更换改造，34圈、33圈考虑到空圈，腐蚀较严重，且受气刷严重，容易掉铁锈，建议改玻璃钢，32圈为进液圈，也是气、液分离圈，容易腐蚀，建议也改玻璃钢，32圈笠帽同时由铸铁笠帽改为玻璃钢笠帽，为了减少玻璃钢法兰数量，可考虑上部三圈做成整体一个玻璃钢塔圈。塔圈原厚度35 mm，玻璃钢塔圈因耐腐蚀、抗冲刷，设计厚度必须满足承受0.12MPa强度，内附件凸台可以适当增加厚度，并设加强筋，提高支撑强度。

玻璃钢材质有以下优点：

1）材质重量轻，减少设备承重负荷，能延长设备的使用寿命。

2）玻璃钢材质耐冲刷、耐腐蚀且容易制造成型。

3）玻璃钢材质施工方便，检修更换费用低。

因此，我们认为，碳化塔上部塔圈由铸铁改成玻璃钢是可行的。

3 改造方案

借鉴其他碱厂的改造及使用情况，将25台碳化塔圈最上部汽液交界面处的四圈铸铁塔圈去掉，更换为两圈玻璃钢塔圈，尺寸不变，其他管线改为尼龙材质。

新线碳化塔在2006年对碳化塔增加4圈，由原来的30圈增加到34圈，通过近几年的运行来看，由于压缩机能力有限，效果不是很理想，通过这次改造，建议去掉原增加的4圈塔圈（29圈～32圈）剩余上部3圈进行玻璃钢塔圈整体更换。

新线碳化塔上部两圈（原33圈、34圈）分别为空圈和进液圈（原32圈、顶盖），总重约8t，总高2.9 m，可以将上述部分制作成玻璃钢桶状塔圈，下部和笠帽、28圈法兰连接。玻璃钢塔圈下带法兰，与原碳化28圈实行法兰连接，原32圈铸铁笠帽改在玻璃钢塔圈内部固定，材质改为玻璃钢，31圈与32圈之间原铸铁笠帽改为玻璃钢笠帽，与原笠帽尺寸不变，安装位置改为玻璃钢塔圈法兰与28圈上法兰之间。上部原铸铁塔改为玻璃钢塔圈后，塔圈上部需设φ600人孔盖。其余所有管口及人孔尺寸都保持不变，且管口及人孔方位保持不变，便于与原管线安装方便。另外改为玻璃钢塔后，出气管线加软连接，以保护碳化塔管口不受破坏。

4 新线5＃碳化塔技术改造实施情况

5＃碳化塔于2014年1月8日进行改造安装，试压合格，18日投入试运行试验，效果良好。

［1］ 大连化工研究设计院.纯碱工学［M］.北京：化学工业出版社，2004

［2］ 潘鸿恩，孙锡吾.纯碱生产设备检修与防腐［M］.沈阳：辽宁科学技术出版社，1991