螯合树脂塔腐蚀原因及应对措施分析范文

摘要：针对位号为T1160AB换树脂塔运行多年后出现筒体、上封头局部腐蚀减薄的情况，进行原因分析，复核筒体及上封头壁厚、强度，并结合塔自身实际情况，制订了安全、可靠的维修方案。

关键词：树脂塔；腐蚀原因分析；壁厚；强度校核；维修方案

宁波镇洋化工发展有限公司是一家集氯碱、有机化工、新材料于一体的综合性化工企业，其氯碱系统先后建有一期、二期、搬迁项目、错峰项目等板块。其中一期盐水系统3台螯合树脂塔T1160ABC于2006年投用，本体材质为Q345R内衬低钙镁橡胶，采用岩棉保温。因上封头N3出口管漏料（盐水、碱、酸等），导致接管腐蚀减薄、衬胶层破损陆续修补过。在对3台塔整体检查时发现上封头N3出口管区域及N3出口管侧筒体大面积腐蚀，其中C塔S-1D、S-1E处衬胶破损，视镜处腐蚀严重，拟做更新处理。针对内部衬胶无损坏但钢制部分腐蚀较严重的T1160AB塔，经手工除锈打磨后测得剩余壁厚，复核其厚度及强度，再制定可靠的维修方案，以达到节约成本，确保设备安全稳定运行的目的。

1树脂塔概况

1.1树脂塔参数

设计压力0.7MPa，设计温度70℃，饱和精盐水（ρ=1.18×103kg/m3），筒体厚度16mm，上封头厚度20mm，塔内径2450mm，无损检测比例20%，液位总高约5000mm，筒体、封头材质均为16MnR（Q345R），树脂塔简图见图1。1.2树脂塔腐蚀情况T1160AB塔上封头腐蚀区域以N3接管为基点，向封头与筒体焊缝处辐射腐蚀，靠近N3接管处剩余最薄壁厚5.2~6.5mm，中段区域约为6.8~8.5mm，封头与筒体焊缝处区域为12~15mm。整个筒体西侧全部腐蚀，面积约L3400mm×B1800mm，上部区域剩余厚度6.5~10.4mm，中部区域8.7~1.2mm，下部区域9.4~13.8mm。

2腐蚀原因分析

为保证螯合树脂塔内饱和精盐水的温度（55±5）℃，温度过低盐水的溶解度降低使树脂的相对处理量降低，塔外部采用岩棉保温，镀锌铁皮加以覆盖，此种结构防水密封性能差。N3接管处垫片老化导致盐水（有时候是酸洗、碱洗的溶液）渗漏渗入保温层，以及雨水渗入的长期积存，是造成树脂塔上封头N3接管区域及筒体侧腐蚀的主要原因。根据T1160AB腐蚀情况及手工除锈后检查结果来看，上封头及塔体腐蚀应是一个缓慢持续的过程，塔在剩余壁厚下工作状态也有相当长一段时间，虽然腐蚀减薄较多，但筒体及上封头在使用中（包括除锈后投用）未发生变形或断裂，说明满足使用要求。因此需对筒体及封头的厚度、强度进行校对，确保设备安全稳定运行。

3筒体及上封头厚度、强度校核

3.1筒体厚度、强度核算

（1）筒体厚度根据GB150.3-2011第3.3圆筒设计要求中设计温度下内压圆筒的计算厚度公式：δ=PCDi2[σ]t准-PC式中：PC—计算压力，MPa；Di—圆筒内直径，mm；[σ]t—设计温度下材料许用应力，MPa；准—焊接接头系数。该塔设计压力0.7MPa，筒体受压考虑到液柱静压力（饱和精盐水，ρ=1.18×103kg/m3，液位约5m高）P=ρgh=1.18×103kg/m3×5m×9.8≈0.058（MPa），计算压力Pc=0.7+0.058=0.758（MPa）。筒体焊接采用双面焊，无损检测比例20%，焊接接头系数按GB150.1-2011第4节4.5.2选用准=0.85。设计温度下（70℃）的材料许用应力根据GB150.2-2011表2碳素钢和低合金钢板许用应力中Q345R（3~16mm，≤20~150℃，189MPa）选189MPa。因此计算厚度为：δ=0.758×24502×189×0.85-0.758。根据测得筒体最小厚度约为6.5mm，大于计算出的厚度5.79mm，符合使用要求。

（2）根据GB150.3-2011第3.3设计温度下圆筒最大允许工作压力的计算公式[PW]=2δe[σ]t准Di+δe式中：[PW]—最大允许工作压力，MPa。δe为实际测得的最小壁厚，代入算出最大允许工作压力[PW]=0.858MPa，大于计算压力，符合要求。

3.2蝶形封头厚度、强度核算

根据图纸标注，封头形式为DHB2450蝶形封头（JB/T4746-2002），上封头计算压力仅考虑设计压力即0.7MPa。无损检测比例20%，焊接接头系数按GB150.1-2011第4节4.5.2选用φ=0.85。设计温度下（70℃）的材料许用应力根据GB150.2-2011表2碳素钢和低合金钢板许用应力中Q345R（16~36mm，≤20~100℃，185MPa）选185MPa。其计算厚度根据GB150.3-2011第5.4.2设计温度下内压蝶形封头的计算厚度公式：δh=MPCRi2[σ]t准-0.5PC式中：δh—封头计算厚度，mm；PC—计算压力，MPa；Ri—蝶形封头球面部分的内半径，mm；r—蝶形封头过渡区转角处的内半径，mm；[σ]t—设计温度下材料许用应力，MPa；准—焊接接头系数；M—蝶形封头形状系数，M=14[3+Rir姨]；Di—圆筒内直径，mm。根据查标准JB/T4746-2002《钢制压力容器用封头》DHB2450封头DN=2400mm，按表1蝶形封头形式参数关系：DHBDN=DiRi=1.0Dir=0.10Di其中Di=DN，由此计算出封头Ri=1.0Di=2400mm，r=0.10Di=240mm，将其代入式M=14[3+2400240姨]=1.54，封头的计算厚度为δh=1.54×0.7×2400i2×185×0.85-0.5×0.7≈8.24（mm）＞实测最小厚度5.2mm，不符合要求。根据GB150.3-2011第5.4.2受内压蝶形封头最大允许工作压力计算公式[PW]=2[σ]t准δehMRi+0.5δeh式中：[PW]—最大允许工作压力，MPa；δeh—此处为实测最小壁厚，mm；[σ]t—此处以测得的最小壁厚查得，MPa。δeh为测得最小壁厚5.2mm，[σ]t以实测最小壁厚查钢板许用应力GB150.2-2011表2碳素钢和低合金钢板许用应力中Q345R（3~16mm，≤20~100℃，189MPa）为189MPa（设计温度70℃），因此代入式中得出[PW]≈0.45MPa，小于计算压力0.7MPa，不符合要求。

树脂塔筒体厚度及其最大使用压力均符合要求，经除锈打磨后涂刷防锈漆可正常使用。而蝶形封头的计算厚度及最大使用压力虽然均不符合计算要求，但实际上该塔上封头在正常运行中未发生任何的变形及断裂，说明实际使用中目前最薄厚度符合要求。16MnR（Q345R）的屈服强度为345MPa，上封头剩余壁厚5.2mm查出的许用应力约为189MPa（70℃），其安全系数应为n=σS[σ]t=345MPa189MPa≈1.83（一般在静载荷下，塑性材料安全系数取1.2~2.5），因此如果抛开安全系数，上封头最小壁厚应为δmin=8.241.83≈4.5mm，即在设计压力下产生塑性变形的最小壁厚。这就是为什么实测剩余壁厚小于计算出的最小壁厚，设备还能正常运行而不产生变形或断裂的原因。但从设备安全稳定运行的角度考虑，仍需对上封头剩余壁厚小于8.24mm的区域做贴补加强。

4维修方案

（1）塔内注满纯水，将需贴补焊接的上封头区域打磨清除干净，贴补采用6mm厚Q345R钢板，按上封头（剩余壁厚小于8.24mm的区域）加工成型，然后分割成若干块，两两相焊的邻边打磨倒V型坡口，采用对接焊，焊接电流不宜过大，防止烧坏内部衬胶；

（2）排纯水至分布器以下，打开上封头人孔入内检查被贴补的衬里层（4mm厚低钙镁橡胶）是否有损坏，采用电火花检测仪检测，因衬胶层使用多年，建议扫描电压控制在6000V左右，以产生电火花或报警判定是否合格。如合格，封闭人孔，打磨贴补处焊渣焊瘤及钢板表面除锈，除锈等级不低于St2，然后涂刷防腐涂料备用；

（3）如贴补处内部衬胶烧坏，割除破损胶皮，打磨切口不大于30°，露出的钢材基体打磨除锈，要求达到St3级。贴补的自硫化低钙镁胶（4mm）及金属基体涂刷粘结剂，待晾干不粘手后贴补，用压辊反复压实，然后再覆盖一层自硫化低钙镁胶（4mm），要求全部包覆修补处，以保证修补的可靠性；

（4）最后进行电火花检测，检测电压3000V/mm，以不产生电火花报警为合格。

5结语

由于以往在使用中树脂塔外壳全部采用岩棉保温，保温层防水密封性查，如有物料泄漏及雨水渗入堆积，容易造成塔体局部腐蚀，现全部拆除。鉴于一期树脂塔出现的状况，需着手检查二期离子交换树脂塔外观使用情况。另外由于塔体减薄较多，虽然核算后符合要求，但需加强监管力度，定期检查筒体外观、壁厚等，确保设备安全稳定运行。

作者:颜鹏 任科恩 单位:宁波镇洋化工发展有限公司