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氢氟酸旋转反应炉的腐蚀与防护措施

文档作者：洪广昌文档来源：衢化氟化学有限公司		点击数：	更新时间： 2021年10月15日
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馕隋
萤氟酸旋转反应炉
洪广昌
(衢化氟化学有限公司浙江衢州324004)
腐蚀与防护措旋
【摘要】氢氟酸生产中的主要的反应设备旋转反应炉腐蚀主要来源于含水氢氟酸和硫酸的化学腐蚀，高温氧化及
常年的交变应力腐蚀。本文通过对无水氢氟酸旋转反应炉在生产的腐蚀各种因素进行分析，介绍了相应的防护措施。
【关键词】氢氟酸反应炉化学腐蚀高温氧化及交变应力腐蚀 腐蚀防护
氢氟酸生产工艺流程上的主
要设备反应器目前在国内的各种
流程上都采用旋转反应炉的形
式，而工艺流程上的不同以及各
种工艺控制指标的不同，对旋转
反应器的腐蚀情况也不同，在国
内有的氢氟酸生产技术采用在转
54 I石油和化 设置， o0。．02
炉内增加衬板和内置螺旋，一般
内部衬板和螺旋一年一换，腐蚀
损坏严重，而采取先进生产工艺
及合理的工艺控制操作却可以使
该旋转反应炉使用寿命提高十几
年，该炉体的使用寿命对整个装
置的生产产量负荷及产品质量都
有直接影响， 因此探讨无水氟化
氢生产中旋转反应炉的腐蚀及防
护很有必要。
1 反应过程的腐蚀原因分析
氢氟酸生成过程中，萤石粉和
硫酸作用发生：
CaF2+H2S04--*CaSO4+2HF—Q
反应的同时，因萤石粉中有杂
质sio CaCO 、CaO等的存在，还
会发生如下副反应：
sio2+4HF SiF4+2H20
CaCO3+H2s04 cac04+H2O+CO2
CaO+H2SO4 CaSO4+H20
从以上可以看出反应是一个
较复杂的气、液、固三相反应。高
温下，萤石粉与液态硫酸作用生成
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气态HF，高温下同时存在HF、
H，S04、SiF 、H，0等介质。此反
应过程在国内的生产工艺中主
要是在一个外带加热夹套或直
接明火加热的旋转反应炉中进
行的， 炉体国内主要采用的是
碳钢材料，该炉体的结构简图
如下：
1．1 腐蚀原因之一：反应炉
在生产过程中水份的不可避免的
存在，加剧了氟化氢、硫酸对反
应器的腐蚀， 无水氟化氢生产
中，水份的来源主要有：从以上
反应过程中的可以看出原料中杂
质的存在，副反应生成一定量的水
份： 98％ 硫酸和发烟硫酸为原料
酸自身带入系统的水份；由于HF
回转反应炉加工和安装精度不够
高，其密封性不够好，生产中在
负压作用下，空气从泄漏部位进
入回转反应炉，而空气中含有水
份也在负压作用下泄入旋转反应
器中。
1．2 腐蚀原因之二：HF生成
的反应机理较复杂， 萤石粉和
硫酸混和反应是一个吸热反应，
且高温下才能达到较高的反应
速率和转化率， 而反应进入一
定的区域时(转化率在70％ 一80％
左右时)， 要渡过一个粘稠状
态，这个状态的物料不仅腐蚀
性大，而且易引起物料在炉体内
结壁，或者由于反应没有控制
好在加料酸中存在较多的HF，
也会造成反应物料粘壁， 这些
腐蚀性较强的物料粘在转炉内
壁也会引起腐蚀，所以反映出
来的状况是反应炉前段腐蚀较
后段要严重；因此，仅仅控制系
统中水份含量还不能完全解决
回转反应炉的腐蚀。
1．3 腐蚀原因之三：安装运
行过程应力的产生的影响，转炉
应力的产生主要有两方面，一是
加工过程中，如冷加工过程的形
变应力、炉体之间焊接过程中焊
接应力，另一方面在运转过程中
承受压力和旋转部件也会产生应
力，这种应力主要是有前后托轮
支撑处产生的，同时炉体本身的
重量也都集中在转炉中间载荷，
根据应力分析，在旋转炉运行过
程中间存在着拉伸和压缩的交变
应力，引起金属内部晶格扭曲，同
时使得中间部位难以形成保护膜，
造成中间部位的炉体减薄，一旦
其减薄到难以支撑炉体自重，该
炉体可能造成中部断裂。
洪广昌【1 972一)工程师，现在浙江衢化氟化学有限公司工作。
2 防护措施
根据以上对炉体腐蚀原因的
分析，建议通过采取以下措施来
减缓腐蚀，甚至使腐蚀降低到很
低的程度。
2．1 降低炉体引起腐蚀水
分。根据水分来源分析，一是尽
量控制原料萤石其他产生水分杂
质存在，特别是CaCO 、SiO，存在，
该杂质存在不仅产生水分还要消
耗生产出的HF；二是通过合理的
计算出9 8％ 硫酸和发烟硫酸配
比，使加入到反应器中的原料酸
水分尽量降低，其次，萤石粉具有
较强的吸湿性，应避免干燥萤石粉
长时间放置而吸潮；三是应提高
回转反应炉的密封性能，炉头、
炉尾宜采用特殊的密封装置，同
时提高加工和安装精度，防止或
减少泄漏，避免空气进入系统，
这样可以很大程度减少系统中的
水份。
2．2 高温反应过程中产生的
腐蚀可以通过三种方式来降低。
一是采用耐蚀材料对炉体进料端
进行内衬，增强炉体抗蚀能力，
如采用钢制炉体，并对前段堆焊
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耐腐蚀材料，以保证炉体的厚度
和强度，这样不仅可节约耐蚀材
料费用，且易施工，炉体整体性、
导热性都较好。；二是以美国联
合化学工业公司为代表的返渣流
程，将一定量的尾部热的炉渣返
回，和反应物料充分混合，增强
物料的流动性， 同时提供反应需
要的热量 提高转化率，又能增
加干性物料起到稀释作用，较好
度过反应粘稠区域，从而可以有
效地解决回转反应炉的粘壁和腐
蚀。三是解决回转反应炉的腐
蚀， 当今最有效的方法是两段反
应器。两段反应器由预反应器、
旋转反应器组成，它可以使原料
混合反应的粘流状态在预反应器
中完成，将腐蚀过程主要集中于
尺寸很小的、由耐蚀材料制成的
预反应器中，使最终反应器以及
后面的设备腐蚀大大减小。由于
预反应器的特殊机械结构，可以
避免粘壁，使萤石粉和硫酸混合
非常均匀，使萤石粉和硫酸配比
56 l石浊哪化工设置．2。0。．。2
近似于理论值，从而避免了过量
游离硫酸对设备的腐蚀；它还可
以使旋转反应炉内的反应温度从
300—350℃降到200~C左右，使腐蚀
速率和腐蚀介质含量都大大降低，
从而大大减轻了系统的腐蚀，但
此法中预反应器结构特殊而复杂，
技术含量高、加工精度高、材质
昂贵，一次性投资大。
2,3 降低应力，减轻腐蚀。一
是在加工安装过程中尽量降低加
工、焊接过程中的应力， 同时针
对中部产生的应力腐蚀原因，可
以采取中部炉体内复合或堆焊耐
蚀合金(耐应力腐蚀材料)，使得
内部耐腐蚀性加强，降低减薄
量，外部通过加强筋条提高其中
部刚性，降低中部在运转过程中
产生的交变应力，使其易于形成
保护膜，笔者认为转炉中部的应
力腐蚀大于化学腐蚀，由于应力
的不断变化，是转炉中部的氧化
保护层始终无法保持，解决好中
部应力变化对转炉的寿命起到至
关重要的作用。
综上所述，氢氟酸生产中旋
转反应炉腐蚀情况根据工艺不
同，各种工艺指标控制不一样有
很大的不同，通过以上分析，解
决无水氟化氢生产中的腐蚀，一
方面应选择先进工艺和流程，减
少系统中水份，从而减小系统介
质对炉体的腐蚀性；另一方面还
需选择适宜的耐蚀材料和合理的
炉体结构，以提高设备的抗蚀能
力，从而达到提高设备使用寿命
的目的。圈
【1】有机氟行业动态，3(1 995)
【2】Et特昭，4929437
【3】hemEng．Prog，59，5(1 963)
【4]Swiss492642
【5]Swiss5401 95
【6】日特公昭 495571
【7】化学工业部化工机械研究院，腐蚀与防护手册
【8】左景伊：左禹，腐蚀数据与选材手册

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