赖氨酸换热器腐蚀的解决

更新日期:2012-11-16

    赖氨酸生产中的离交过程会产生大量的高浓度废水。采用常规方法处理该废水,不仅成本很高,而且很难达标排放。通过对该废水进行综合利用,制取硫酸铵和3 元复合肥,能收到良好的社会效益和经济效益。赖氨酸盐酸盐以玉米制糖液为原料,采用低糖发酵、高糖流加工艺,发酵液经过滤去除蛋白质、菌丝等大分子有机物于滤渣中。加硫酸生成赖氨酸硫酸盐,滤液经离交系统后的溶液加氨水生成赖氨酸及硫酸铵。蒸发浓缩后加盐酸生成赖氨酸盐酸盐,经结晶、分离、干燥后制成产品。生产排放的废水主要是高含量的硫酸铵废水,该废水采用浓缩结晶提取硫酸铵达到废物循环利用治污的目的。
    对赖氨酸盐酸盐生产过程中产生的高浓度废水的综合利用方法为:离交浓废水经浓缩、结晶、分离等提取硫酸铵后,余下母液可以做液态农用肥,也可进一步经过强制循环结晶、干燥等工序,再加入其他肥料成分,制成3 元复合肥.
    泄漏的71根列管(包括列管与管板的焊缝泄漏),泄漏列管的位置分布无规律。现场抽出2根泄漏的换热管,详细进行列管损坏情况观察。抽出后并截取漏洞处剖开观察:第1根的位置位于管束中间稍偏的位置,在列管底部向上25 mm处出现长约50 mm、宽约5 mm的不规则漏洞透至列管内部,漏洞边缘成层状参差不齐;第2根的位置位于管束靠筒壁的位置,在底部向上100、236、260、270、430、470 mm等6处管外壁出现长短不一的针孔状呈线型斑点蚀现象,经剖开观察,该线状点未通透到管壁内部,但内管壁也存在少量斑点腐蚀小孔和横向裂纹,不明显。
    根据以上现象,分别对管内物料和换热管进行Cl-含量和管材检验。
    1、物料中Cl-含量。对正常生产时列管内的物料取样,测定物料中Cl-的含量,3次检测的质量分数分别为4.5%、5.6%和3.8%。根据Cl-对316L不锈钢材质的腐蚀性情况分析,介质温度在60~80℃时,当Cl-的质量分数≥0.015%时,316L不锈钢金属材质不耐腐蚀,此时选择316L不锈钢需要慎重考虑。根据所测数据,可以判定换热管材质此时不耐目前物料腐蚀。
    2、管材检验。抽出的换热管进行腐蚀点切片,送2家检测机构对材质进行检测。所使用的316L不锈钢材质无质量问题。换热器管程内,物料含有Cl-和SO42-等离子(硫酸铵是饱和溶液),料液pH约为4.0,呈酸性介质,有较强的腐蚀性,且含有质量分数约30%的结晶颗粒。初步判断,换热管腐蚀的地方为斑点腐蚀类型(腐蚀微电池的作用,腐蚀集中在个别点上,严重者穿孔),主要原因是物料中含有Cl-和SO42-等离子引起316L不锈钢管材的腐蚀。
   
换热器管板上,有放射性的裂纹,列管和管板之间的焊缝泄漏,是Cl-离子对316L不锈钢晶体间产生的晶间腐蚀,使金属晶体的键断裂,导致产生腐蚀。
    刨开的列管在穿孔处有局部明显的磨损现象,经分析为列管被腐蚀漏蒸汽后,改变该处液体(或蒸汽)流动状态冲刷的结果。主要是上述2种腐蚀结果产生后的物理现象。
    
    根据以上分析结果,采取了以下措施:
    1、降低料液中Cl-和SO42-等离子的含量。通过赖氨酸生产工艺的优化,氯化物的质量分数由原来的4%~6%降低到至0.6%~0.8%。降低Cl-和SO42-等的含量,是解决316L不锈钢列管式换热器腐蚀问题的关键。
    2、通过赖氨酸生产工艺的优化,减少废水排放。通过减少废水的排放,降低换热器的负荷,是延长列管式换热器使用寿命的最好的方法。通过增加赖氨酸的产品系列,可以做到生产工艺的优化,降低废水的排放量。
    3、采用新材料。换热器列管采用钛材(金属Ti),管板选用316L不锈钢。钛是一种具有高度化学活性的金属,但是,它对许多腐蚀介质都呈现出特别优秀的耐腐蚀性。原因是钛和氧在钛表面形成坚固、致密的钝性氧化薄膜。
    2009年10月,由原来设备制造厂家设计、制造的钛材换热器(换热管为钛材,型号准38 mm×1.8mm,)投入运行。在2011年5月停产检查时,检测换热管平均厚度为1.72 mm,以0.6 MPa水试压试验30 min,列管未查出漏点;检查换热管内表面也无腐蚀和磨损的现象。
    解决赖氨酸废水处理系统三效蒸发器换热管器设备腐蚀问题,要结合生产工艺和选材考虑,首先优化赖氨酸生产工艺,减少废水排放和降低Cl-和SO42-等离子的含量,是最好的方案。在此基础上,进行钛材换热器的选型和设计,可大大降低钛材换热器的面积,减少投资,同时又能稳定生产并提高经济效益。通过利用赖氨酸生产过程中产生的高浓度废水制取工业硫酸铵和3 元复合肥,一方面可以解决高浓度废水处理成本高且难以达标的问题,保护环境,另一方面还可以为企业创造可观的经济效益。



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