(兗礦魯南化工有限公司，山東 滕州 277527)

0 前言

兗礦魯南化工有限公司共有兩套醋酸裝置，目前兩套裝置總產能100萬t/a，生產工藝采用甲醇低壓羰基合成工藝，該工藝是以甲醇和一氧化碳作為原料，采用銠-碘催化體系，經過均相混合反應生成純度高達99.8%的醋酸。生產系統(tǒng)主要包含：反應系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)、吸收系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)。醋酸成品塔是精餾系統(tǒng)關鍵設備之一，主要作用是粗醋酸提純，上部脫除少量水及碘甲烷，下部脫除丙酸、金屬碘化物、有機高沸物和金屬醋酸鹽類等[1]。近年來，由于成品塔塔盤因沖刷腐蝕減薄，下部塔盤經常出現(xiàn)大面積腐蝕坍塌現(xiàn)象，本次改造通過水力學進行核算，升級塔盤結構形式，提升抗腐蝕沖刷能力，同時提升了產品質量，降低了能源消耗。

1 成品塔基本情況

兗礦魯南化工有限公司醋酸Ⅱ裝置成品塔原始設計79層塔盤，采用ADV浮閥，塔體由中國天辰化學工程公司設計，上海森松壓力容器有限公司制造。ADV浮閥雙溢流塔盤由北京澤華化學工程有限公司設計制造，1#～4#、76#～78#塔盤設計厚度3.5 mm，浮閥設計厚度1.5 mm，材質6XN；其余塔盤安裝設計厚度2 mm，浮閥設計厚度1.5 mm，材質316 L，設備于2008年10月投入使用。

該設備投入使用后，由于沖刷腐蝕嚴重，部分塔盤出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，車間每年針對塔盤的使用情況進行詳細的通塔檢測及維護，2015年6月份檢修，通過檢測發(fā)現(xiàn)50#以下塔盤平均厚度僅為1.26～1.50 mm、通道板平均厚度僅為0.91～1.23 mm，較設計厚度平均減薄達到35%及以上，不銹鋼浮閥較設計厚度平均減薄達到60%及以上，部分浮閥減薄達到90%，多處塔盤出口溢流堰嚴重破損、塔盤變形、通道板坍塌；2015年大修對坍塌的塔盤進行修復并加固后回裝維持設備運行，修復后的塔盤因浮閥大量脫落、塔盤嚴重減薄原因，精餾效率及安全運行系數(shù)大大降低[2]。

2 原因分析

2.1 濃度的影響

隨著醋酸濃度的升高，溶液中氫離子濃度不斷增加。這樣氫的去極化和氧的去極化過程將變得更容易，從而使腐蝕速度加快。稀醋酸對醋酸濃度影響較小，當醋酸濃度>80%對不銹鋼腐蝕影響較大，當濃度95%～100%時則有更大的腐蝕性，成品塔中醋酸濃度高達99%，對塔盤的腐蝕性影響較大，尤其是成品塔底部水含量較少，醋酸易脫水生產醋酐，加劇設備腐蝕[3]。

2.2 溫度的影響

醋酸對不銹鋼的腐蝕屬于電化學腐蝕，隨著溫度的升高，其腐蝕速度增大。因為溫度的升高，增大了不銹鋼鈍化膜的溶解速度。成品塔從塔頂至塔釜溫度逐漸升高，經過檢測發(fā)現(xiàn)，塔釜的塔盤減薄率比明顯高于塔頂[4]。

2.3 氣體流速的影響

一般情況下，隨物料流速增加，塔盤的沖刷腐蝕加劇，尤其是醋酸裝置擴產后，成品塔液相負荷及氣相負荷均增加，汽液相變、液流沖刷、加熱和冷凝液膜均對塔盤腐蝕帶來影響。

2.4 碘離子的影響

甲醇低壓羰基合成醋酸工藝的助催化劑為碘甲烷，通過合成反應轉化為氫碘酸，在物料循環(huán)過程中少量的碘會帶入成品塔中，大大加速對塔盤的腐蝕速度。

3 改造內容

3.1 塔盤及浮閥形式升級改造

原成品塔塔盤設計材質為316L，因高溫狀態(tài)下醋酸的強腐蝕性，尤其是成品塔底部，醋酸溫度高達145 ℃，加劇設備的腐蝕，每年通過檢測發(fā)現(xiàn)腐蝕最為嚴重的為成品塔下部幾層塔盤，同樣也是下部幾層塔盤經常出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，本次改造將成品塔底部73#～76#、78#～79#累計6層塔盤升級為HC276材質，提升抗腐蝕性能，避免塔盤塌陷現(xiàn)象，其余塔盤仍為316L材質，但塔盤厚度由2 mm升級為3 mm，提升塔盤整體使用壽命。

通過與國內某公司合作，利用ASPEN流程模擬軟件進行工藝模擬，并依據(jù)工藝模擬結果對塔盤精餾效率整體進行水力學核算，依據(jù)水力學計算結果，進行塔內件的整體設計工作。

升級改造塔盤結構形式，改用復合孔微型閥替代ADV浮閥，對塔盤上流體重新分布，消除氣相死區(qū)，增加塔板的有效區(qū)域，從而增加傳質、傳熱效果。同時復合孔微型閥固定在塔盤之上，不會出現(xiàn)被氣流吹翻脫落現(xiàn)象，有利于穩(wěn)定成品塔精餾效率，同時為塔盤檢修帶來了方便，雙溢流高效塔盤示意圖如圖1所示。普通塔盤與高效塔盤流體流向如圖2所示。

圖1 雙溢流高效塔盤示意圖

圖2 汽相/液相流經塔板分布示意圖

固定閥與浮閥相比具有加工方便、壓降低、安全系數(shù)高、使用壽命長等優(yōu)點，但存在操作彈性小的缺點，而本次改造采用的復合孔微型閥整體趨于三角形式，閥孔周圍為波浪線形狀，精餾塔在運行過程中，氣相物流高速流過閥孔時，能夠被分割成多股氣流，減小氣泡直徑，同時改變從閥側孔吹出氣體的方向，提升氣液兩相的接觸面積，能夠有效提升塔盤的處理能力和操作彈性。

3.2 降液板升級改造

塔板上的液體的流動狀況直接影響著塔盤的精餾效率，而液體的停留時間則反應了流體的流動狀況。針對塔板上流體不均勻分布，可以通過升級降液板外形參數(shù)來補償。魯南化工原成品塔降液板為斜向平板，此降液板主要缺點:①占用空間較大，導致塔板實際利用率低；②流體導向差，影響精餾效率。多折邊傾斜式降液板有多塊板拼裝而成，通過改變降液口的結構形式，頂部與普通降液管一樣為弓形，自上而下向塔壁處傾斜，底部為一多折邊細長條，寬度不一，并利用固定微型閥的導向流通作用，達到出口液流均勻分布的目的，改善塔板流體的停留時間分布，提高塔盤的精餾效率及生產能力。

3.3 塔盤防沖擊改造

①再沸器口加裝氣體分布器，避免高負荷時氣相流速過高對塔盤局部沖擊力較大，造成底部塔盤損壞，分布器見圖3。②79#塔盤降液板下部增加液封板，阻止大量蒸汽上竄至上一層塔盤，減小對底層塔盤的沖擊，提高使用壽命。

圖3 再沸器口液體分布器

4 改造效果

通過對塔盤升級改造，增強了塔盤的抗腐蝕沖刷性能，消除了塔盤坍塌現(xiàn)象發(fā)生，同時大大提升了成品塔精餾效率，產品質量和蒸汽單耗均大幅改善。①塔盤升級改造后，丙酸含量由原來的1 100×10-6降至480×10-6，微量碘含量穩(wěn)定控制在10×10-9以下,滿足下游醋酸乙烯、PTA等高端用戶需求。②塔盤更換后精餾效率增加，成品塔每小時蒸汽消耗量較之前降低3.34 t/h，按照每小時采出65 t醋酸計算，新塔盤投用后蒸汽單耗降低0.051 4 t/t，塔盤升級改造為企業(yè)節(jié)支降耗貢獻出了綿薄之力。

5 結語

本文從實際生產出發(fā)，針對醋酸成品塔在使用過程中存在的腐蝕減薄、塌陷等問題，對腐蝕原因進行了分析，并對塔盤進行升級改造：底部塔盤材質由316L升級為HC276，提升抗腐蝕性能；其余塔盤壁厚提升1 mm，增加了塔盤的強度；同時塔盤的結構形式升級為高效復合孔微型閥塔盤，提升了精餾效率，降低了能源消耗，該項目的實施產生了良好的節(jié)能效益和產品質量效益，同時對其他廠家精餾塔性能提升具有良好的借鑒意義。