SMO254材料在硫酸镍生产工艺中的应用
[摘 要]针对硫酸镍生产中板式换热器板片腐蚀严重的问题，通过对板式换热器几种材质板片耐腐蚀性能的分析与试验，选用SM0254材料取代原C一276材料，延长了板式换热器的板片寿命，降低了生产成本。
[关键词]板式换热器；板片；硫酸镍；浓缩；温度；腐蚀；腐蚀率；使用寿命 板式换热器存在的问题：
大冶有色金属有限公司稀贵金属厂从铜冶炼系统的电积后液中回收硫酸镍，主要工艺为铜电积后液在蒸发反应釜中加热浓缩，提高溶液中镍的浓度，同时硫酸浓度从14％上升到35％左右，然后使用冷冻机降温，结晶生产出硫酸镍产品。为了提高浓缩工序的生产效率，采用了负压蒸发方式，即使用真空泵降低反应釜内的气压，气压越低，溶液沸腾所需要的温度就越低，进而加快了蒸发浓缩进程。由于蒸发产生的气体会降低反应釜内负压，所以使用板式大冶有色金属有限公司稀贵金属厂从铜冶炼系统的电积后液中回收硫酸镍，主要工艺为铜电积后液在蒸发反应釜中加热浓缩，提高溶液中镍的浓度，同时硫酸浓度从14％上升到35％左右，然后使用冷冻机降温，结晶生产出硫酸镍产品。为了提高浓缩工序的生产效率，采用了负压蒸发方式，即使用真空泵降低反应釜内的气压，气压越低，溶液沸腾所需要的温度就越低，进而加快了蒸发浓缩进程。由于蒸发产生的气体会降低反应釜内负压，所以使用板式属厂原有3台板式换热器，型号为BR0．8B一1．0—47一E，2007年4月硫酸镍系统扩能改造，增加了同型号的板式换热器4台。该型号的板式换热器换热总面积为47 m2，单片换热面积为0．8m2，设计压力为1．0 MPa，设计温度为150℃ ，板片材质为C一276，板片厚度为0．6 mm，板片进口直径为200 mm。
生产中浓缩工序的负压一般仅为一0．06 MPa，蒸发效率不高，不能满足生产要求。2007年1月对3台板式换热器进行解体检修，发现每台换热器板片的进气孔腐蚀严重，此乃造成系统负压泄漏的主要原因；同时导致冷却水与冷凝水混合，已经无法满足生产工艺的要求，遂于20o7年1月对所有板片进行了更换。生产运行至2007年4月，浓缩工艺过程又陆续出现负压不稳定、生产产量下降的情况。遂对原3台板式换热器进行了逐一的解体检查，发现存在与2007年1月同样的问题：板片的进气口全部被腐蚀，必须将板片进行整体更换，而从2007年1月至4月二次更换板片的周期仅为4个月。同样的问题出现在2007年9月起新系统扩建投入使用的4 、5 、6 、7 板式换热器上，这4台板式换热器投用后，陆续出现负压不稳定、冷却水量大幅增加的现象，判断为板式换热器板片出现问题。2007年9月20日在对4 板式换热器的解体检查中发现，所有C一276材质的板片进气孔已全部被腐蚀，不得不进行板片的更换，否则生产将无法进行。从2007年4月投入使用到9月所有板片全部被腐蚀，其间扣除因限电等原因造成的停产时间，新投入使用的4台板式换热器板片使用寿命亦仅为4个月，与前3台的使用寿命基本相同。板式换热器板片的设计使用寿命为2年，而实际使用寿命远远低于设计值，故现场对C一276这种材质的板片是否适合预浓缩生产工艺的工况条件产生了质疑。 2 板式换热器板片材质及其应用工况分析角色设置2008(2) BR0．8B一1．0—47一E板式换热器的板片为波纹板片，波纹板片由0．6～1 mm厚度的金属板一次压制而成，其波纹形式有平直波纹或人字波纹，设置波纹可以增加板片的有效传热面积，使流体通过时形成湍流，强化传热作用。每块板片作为一个传热面，板上设有4个分配液体的孔，孔及板片四周粘有密封垫片，使板片之间形成两组平行的通道，冷热两种介质在各自固定的通道内流动，达到最佳的换热效果。2．1 C一276材料及其应用工况分析BR0．8B一1．0—47一E板式换热器的板片原使用C一276材料，C一276材料为哈氏合金，其主要化学成分见表1。从表1可以看出，
C一276材料是一种镍基合金，具有极强的耐腐蚀性，主要耐湿氯、各种氧化性氯化物、氯化盐溶液、硫酸和氧化性盐，在低温和中温盐酸中均有很好的耐腐蚀性能，适用于化工、石油、烟道气体除硫、纸浆和造纸等特殊领域中极苛刻的腐蚀环境。C一276材料在纯硫酸中的腐蚀率曲线见图从图3 C一276的腐蚀率曲线可以看出，C一276的腐蚀率在介质温度为80℃以下时比较稳定，年腐蚀量为0．13～0．5 mm；当介质温度超过80℃ 时，温度每升高10℃ ，腐蚀率增加一倍。因此，欲使c一276这种材质的板片在预浓缩工况下的使用寿命延长，必须控制板片进气口的进气温度在80℃以下。但在实际生产中，为了提高浓缩后液硫酸镍的结晶率，必须提升浓缩液的终点浓度和温度，亦即提高板式换热器的气体进口温度；同时，由于浓缩工艺生产过程处于负压工作状态，当系统负压由于泄漏等原因下降、达不到工艺要求的一0．08 MPa时，浓缩过程中电积后液的沸点温度势必将随之提高，使浓缩液的终点温度亦随之提高，从而导致板式换热器的气体进口温度提高，也就是说，浓缩生产工艺过程中的电积后液在浓缩过程中很难长期保证其终点温度控制在80℃以下。温度的升高，导致板片的腐蚀率增加，从而影响了板片的使用寿命。因此，有必要寻找一种可以替代C一276材质、适合预浓缩生产工矿条件的新材料。 2．2 四种不同材质的挂片试验
2007年7月6 Et，选择了四种不同材质的旧板片，即C一276板、SMO254板、普通不锈钢板和钛板，在硫酸镍生产浓缩工艺过程中进行了挂片试验，挂片试验时间为45天。图4所示为四种材质的板片试验45天后的情况。
从图可以清楚地看出，SMO254的腐蚀情况最轻，肉眼基本看不出其腐蚀的迹象。 料具有非常高的抗点蚀和抗缝隙腐蚀能力，因此，一直广泛地应用于海上及脱盐工业、海水处理、含氯的在进行上述四种挂片试验的同时，对浓缩工艺 漂白设备及二氧化氯阶段设备和烟气脱硫装置中。过程中产生的气体经板式换热器冷却后变成的冷却 SMO254材料在纯硫酸中的等腐蚀率曲线见图5从表2可以看出，在生产工艺控制正常的情况 下，对板式换热器板片的腐蚀主要包括氯离子的腐蚀、气流的冲刷腐蚀以及相关的电化学腐蚀。在正
常情况下，由于硫酸的浓度相当低，所以对板式换热器板片的腐蚀程度较小。 SMO254材料及其应用工况分析
SMO254材料是一种奥氏体不锈钢，其主要化学成分见表3。 表3 SMO254材料主要化学成分单位：％
Table 3 Major chemi cal composition of SMO254 由于SMO254材料中加入了少量的氮，而氮的加入使得金属中间相的沉淀变得更加缓慢，这种材34
图5 SMO254材料在纯硫酸中的等腐蚀翠曲线
Fig．5 Curve of corrosion rate of SM O254 in pure sulphuric acid从等腐蚀率曲线可以看出，SMO254材料在稀酸工矿条件下所能承受的温度较C一276材料高，可以替代C一276材料在硫酸镍生产浓缩工艺中的作用。 3 换热器板片材质的更换及其使用
根据上述分析结果，于2007年9月27日将1板式换热器的板片全部更换为SMO254材质制作的板片。在2007年11月21日对1 板式换热器进行解体检查时发现，使用已近2个月的SMO254材质板片的光洁度及亮度良好，与使用前情况无异，板片的四孔孔径大小一样，同时，测量板片的厚度仍为2．3 SMO254材料及其应用工况分析SMO254材料是一种奥氏体不锈钢，其主要化学成分见表3。
表3 SMO254材料主要化学成分单位：％
Table 3 Major chemi cal composition of SMO254 3 换热器板片材质的更换及其使用 根据上述分析结果，于2007年9月27日将1板式换热器的板片全部更换为SMO254材质制作的板片。在2007年11月21日对1 板式换热器进行解体检查时发现，使用已近2个月的SMO254材质板片的光洁度及亮度良好，与使用前情况无异，板片的四孔孔径大小一样，同时，测量板片的厚度仍为0．6 mm，说明板片不存在任何腐蚀。若将板片换向使用，可以延长一倍的使用寿命。截至2008年3月，板片已连续使用6个月，高于C一276材质的板片。SM0254材质的板片每片价格约为2200元，C一276材质的板片每片价格约为4800元，前者仅为后者的一半，故将其他板式换热器的板片陆续更换为SM0254材质。SM0254材质的板片在硫酸镍生产浓缩工艺过程中的应用获得成功，虽板片使用寿命还需要较长时间生产检验，但可以肯定的是，在硫酸镍生产浓缩工艺过程中使用SM0254材质较使用C一276材质可以节约至少一倍的生产成本。
