（新版）酸冷器操作手册 - 图文

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目 录

第一章 阳极保护 ........................................................ 3

一、 阳极保护原理 .................................................... 3 二、阳极保护浓硫酸设备工作原理 ....................................... 4 三、阳极保护浓硫酸设备组成 ........................................... 4 四、重要参数介绍 ..................................................... 6 第二章 阳极保护浓硫酸冷却器操作手册 .................................... 7

一、操作特性 ......................................................... 7 二、安装 ............................................................. 7 三、运行调试 ......................................................... 8 四、日常操作及维护 .................................................. 10 五、停车操作 ........................................................ 11 六、冷却器维修 ...................................................... 13 七、故障分析及排除 .................................................. 14 八、阳极保护浓硫酸冷却器操作注意事项 .................................... 15 第三章 阳极保护浓硫酸分酸器操作手册 ................................... 16

一、操作特性 ........................................................ 16 二、安装 ............................................................ 16 三、运行调试 ........................................................ 17 四、日常操作和维护 .................................................. 18 五、停车操作 ........................................................ 18 六、常见故障分析 .................................................... 18 第四章 阳极保护浓硫酸管道操作手册 ..................................... 19

一、操作特性 ........................................................ 19 二、安装 ............................................................ 19 三、运行调试 ........................................................ 20 四、日常操作和维护 .................................................. 20 五、停车操作 ........................................................ 21

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六、常见故障分析 .................................................... 21 附录1 循环冷却水水质标准及循环冷却水处理 ............................. 22 附录2 化学清洗 ....................................................... 24 附录3 中和 ........................................................... 25 附录4 数据记录 ....................................................... 26 附录5 常见故障分析与处理 ............................................. 27 图1 阳极钝化曲线示意图 ................................................ 28 图2 不同硫酸浓度对应的最高使用温度 .................................... 29 图3 硫酸浓度与结晶温度的关系 .......................................... 29 图4 主阴极水侧和酸侧密封结构示意图 .................................... 30 图5 参比电极密封结构示意图 ............................................ 30 图6 阳极保护浓硫酸冷却器结构示意图 .................................... 31 图7 阳极保护浓硫酸冷却器电器原理图 .................................... 32 图8 阳极保护浓硫酸管道电器原理图 ...................................... 33 图10 管程化学清洗流程图 ............................................... 35 图11 壳程中和流程示意图 ............................................... 36

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第一章 阳极保护

一、 阳极保护原理

当某种金属浸入电解质溶液中时，由于金属中电子对电解质溶液中离子的吸附，在金属表面形成了一个双电子层，金属表面产生了一个电极电位，在腐蚀电化学中通常称这个电位为自腐蚀电位。不同的金属在一定的溶液中的电位是不一样的。

向浸在电解质溶液中的金属（电极）施加直流电流，金属的电极电位会发生变化，这种现象称作极化。所通电流为正电流（金属为阳极），电流从金属表面流出，金属的电位向正方向变化，这种过程叫做阳极极化。反之，通过的电流为负电流（金属为阴极），电流从电解质流入金属表面，金属的电位向负方向变化，则称作阴极极化。电位与对应电流密度之间的关系曲线叫做极化曲线。

具有钝化性倾向的金属在进行阳极极化时，如果电流达到足够的数值，在金属表面上能够生成一层具有很高耐蚀性能的钝化膜而使电流减少，金属呈钝化状态。持续给金属施加较小的电流，就可以维持这种钝态，从而减缓金属的腐蚀。这就是阳极保护的基本原理。图1为典型的钝性金属阳极极化曲线示意图（见第23页），图中表现出四个特性区域：

1. AB段---- 活化区

在A点，外加电流为零，金属处于自腐蚀状态，自腐蚀电位为EA，当通以阳极电流时，其电流密度随电位的升高而增加。当电位升高到B点时，电极过程受到阻碍，电流密度不再上升，达到一个极大值IM。在此区域内，金属表面处于活性溶解状态，故将此区域叫做活化区，其电极反应如下：

Me→Men++ne

2. BC段 ---- 过渡区

电位刚过B 点，外加电流密度迅速下降，到C点降到最小值，金属表面进入钝化状态。B点的电流密度IM 和电位EB 叫做致钝电流密度和致钝电位。BC区金属表面处于活化----钝化不稳定状态，故将此区域叫做过渡区。

3. CD段---- 钝化区

从C点开始到D点，电位变化时外加阳极电流密度变化很小，金属表面形成稳定的

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钝化膜，使金属腐蚀极大的减弱，故将此区域叫做钝化区，金属单位面积上所需的电流IP 叫做维钝电流密度。电极反应如下：

3H2O+2Me→Me2O3+6H++6e

对应于该区域的电位范围ED-EC称作维钝电位区间，也即阳极保护所要控制的电位区间，使阳极保护设备的电位停留在该区间内，就实现了对设备的阳极保护。

4. DE段---- 过钝化区

继续增大电流，金属的电位会随之升高至DE区，金属表面产生了新的电极反应，钝化膜转化成高价化合物而受到破坏。对不锈钢而言，电极反应如下：

Me2O3+4H2O→Me2O72-+8H++6e

在此区域内，金属腐蚀重新加剧，故将此区域叫做过钝化区，D点电位ED叫做过钝化电位。

二、阳极保护浓硫酸设备工作原理

阳极保护浓硫酸设备工作原理就是把与浓硫酸接触的设备全部表面作为阳极（接整流电源正极），另外设置一根或数根阴极（接整流电源负极），通过浓硫酸形成电流回路。向阳极保护浓硫酸设备施加一定的阳极电流，使其产生阳极极化，迅速通过致钝电位，进入稳定钝化区并维持其电位在这个区域，依靠在钝化区形成的钝化膜减缓浓硫酸对浓硫酸设备的腐蚀。

三、阳极保护浓硫酸设备组成

阳极保护浓硫酸设备由设备本体（阳极）、阴极、参比电极、直流电源、电线电缆组成，各自功能分述如下：

1. 阳极

阳极是阳极保护浓硫酸设备中被保护的部分，即所有和浓硫酸接触的不锈钢表面。 ①对于冷却器而言，即换热管外表面、壳体内表面、管板内侧表面以及折流板； ②对于分酸器而言，即分酸主管和分酸支管内表面，以及分酸槽、降液管内表面； ③对于管道而言，即管道内表面。

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2. 参比电极

金属在电解质中的绝对电位是无法进行直接测量的，而必须以一个电位稳定的电极作为参照进行测量，该电极叫参比电极。使电压表的正表笔接在金属上，负表笔接在参比电极上，所得的直流电压值就是该金属相对于参比电极的电位。阳极保护设备中参比电极本身的电位在工艺条件下基本保持恒定，设备阳极的电位均是相对于参比电极测得的（即以参比电极为基准点）。阳极保护浓硫酸设备设置若干支参比电极，其中一支作为控制参比电极，其余参比电极作为监测参比电极。控制参比电极附近的阳极相对于控制参比电极的电位被称为“控参电位”；监测参比电极附近的阳极相对于监测参比电极的电位被称为“监参电位”。

3. 阴极

阴极是一种特别选材的合金棒，与设备阳极、设备中的浓硫酸构成电流流通的回路；并使直流电源输出的电流能够尽可能均匀地分布到与浓硫酸接触的所有阳极表面。

①冷却器阴极为棒状阴极，它是穿过水箱、管板、折流板且与换热管束平行布置的合金棒，其表面包覆具有一定数量小孔的聚四氟乙烯，聚四氟乙烯防止阴极与阳极短路；

②分酸器主酸管采用径向点状阴极，分酸槽采用轴向棒状阴极，其表面均包覆具有一定数量小孔的聚四氟乙烯；

③管道采用径向点状阴极。 4. 直流电源---阳极保护恒电位仪

阳极保护恒电位仪的作用是给阳极保护设备提供直流电，使设备的控参电位进入到钝化区（阳极极化曲线的CD段）。恒电位仪采用微电脑控制，他的工作逻辑是采集控参电位并与设定值进行比较，如果控参电位低于设定值，则恒电位仪逐步增大电流输出，使控参电位逐渐升高并达到设定值；如果控参电位达到或超过设定值，恒电位仪会逐步减小直至关闭电流输出，使阳极电位与设定值保持基本一致。从阳极极化曲线可以看出，阳极保护设备刚开车时需要较大的电流越过活化区和过渡区，进入钝化区后恒电位仪会减小电流输出，只输出一个较小的电流就可以维持设备的控参电位停留在该区域内，使设备阳极呈钝化状态。正常情况下（钝化状态），控参电位一定与设定值基本一致。

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五、停车操作

1.停车时，先关闭恒电位仪，再关闭酸泵；

2.长期停车时，如果管口有阀门，应关闭阀门，否则管道中残余浓硫酸会吸收空气中水分变成稀酸强烈腐蚀管道内壁；如果没有阀门，应采取一定措施，临时封堵管口。

六、常见故障分析

阳极保护浓硫酸管道主要由三部分组成：管道本体、恒电位仪、两者之间的信号线和电缆。仪器发出声光报警工作不正常时，要逐一分析是哪部分出现问题。其中，恒电位仪可用假负载的办法来判断仪器是否良好（假负载的程序步骤见恒电位仪说明书）；如怀疑是管道本体或线缆的问题，需用万用表进行测量来判断，现场比较常见的现象及处理方法见附录5。.

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附录1 循环冷却水水质标准及循环冷却水处理

序号 1 2 3 项 目 浊度 含盐量 总硬度 单 位 mg/l mg/l mg-N/l 水 质 标 准 根据生产用水要求确定，一般不应大于20；当换热器的型式为板式、翅片管式和螺旋板式等时，不宜大于10 投加缓蚀剂时，一般不宜大于2500 投加阻垢、分散剂时，应根据所投加药剂的品种、配方及工况条件确定。一般不宜超过15 1.不投加阻垢、分散剂，在一般水质条件下不宜大于3 2.投加阻垢、分散剂时, 应根据所投加的药剂的品种. 配方及工况条件确定。一般可控制在6-9范围内 投加阻垢、分散剂时, 应根据所投加的药剂的品种、配方及工况4 碳酸盐硬度 mg-N/l 5 钙Ca2+ mg-N/l 条件确定。一般情况低限不宜小于2 （从缓蚀角度要求），高限不宜大于10（从阻垢角度要求） 不宜大于5，并按[Mg2+]×[SiO2]<15000验证（Mg2+以CaCO3计，SiO2 以SiO2 计） 循环冷却水控制铁含量一般不宜大于0.3 不宜大于0.5(以Al3+计) 一般不宜大于0.1 投加铜缓蚀剂时应按试验数据确定 1.对不锈钢设备的循环冷却水中不大于300(指含铬镍钛(钼)等合金的不锈钢)，若酸温超过60℃循环冷却水中不大于100 2.对碳钢设备的循环冷却水中不宜大于500 1.投加缓蚀剂时对碳钢材质不应大于1500 6 7 8 9 镁Mg 总铁 铝Al3+ 2+mg/l mg/l mg/l mg/l 铜Cu3+ 10 氯根Cl- mg/l 11 12 13 14 15 16

硫酸根SO42-硅酸（以SiO2）计 游离性余氯Cl2 油 PH值 氟F － mg/l mg/l mg/l mg/l 2.对系统中的混凝土材质的影响控制要求按《工业与民用建筑工程地质勘察规范》（TJ21-77）附录五的规定 1．不大于1.75 2. [Mg2+]以（CaCO3计)×[SiO2]（以SiO2计)≤15000 宜控制在0.5-1范围内 不应大于5 投加阻垢、缓蚀剂时，一般应大于6.5,小于9 对不锈钢设备的循环冷却水中不大于10(指含铬镍钛(钼)等合金的不锈钢) mg/l 地址：中国.兰州市西固区合水北路3号 Http://www.cthkj.com E-mail:dianhuaxue@126.com ~ 22 ~

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1.敝开式循环冷却水系统的水质标准应根据换热设备的结构形式、材质、工况条件、用水方式、对污垢热阻值和腐蚀率的要求及水质污染等情况综合考虑确定，可按表中的限值确定；

阳极保护浓硫酸冷却器的结构为固定管板管壳式，酸走壳程，水走管程。循环冷却水的补充水可采用河水、江水、井水、自来水，要求[Cl-]<100ppm。

2.循环冷却水处理设计方案的选择，应根据工艺对阻垢 、缓蚀和菌藻等控制效果的要求，结合下列因素通过技术经济比较后确定； ⑴ 冷却水的水质标准； ⑵ 水源可供的水量及其水质； ⑶ 设计的浓缩倍数（对敝开式系统）；

⑷ 选用的冷却水处理方法及所要求的控制条件； ⑸ 旁流水和补充水的处理方法； ⑹ 药剂对环境的影响。

3.阳极保护管壳式冷却器的换热管采用的材质为316L不锈钢，碳钢水箱内涂防水涂料，在循环水的Cl-浓度小于300ppm的情况下，水侧腐蚀轻微，可不考虑水侧的缓蚀问题。而工业循环水主要问题是硬度高、菌藻和泥砂等杂质含量大，需要投加阻垢分散剂和杀菌灭藻剂，以防止结垢和菌藻滋生形成粘泥，从而提高传热效率；

由于各厂水质差异较大，我们只能给出一种较为方便常用的药剂配方，供参考。商品药剂由用户购买，我院可供货。

a．循环水必须定期或连续排污及连续补加新鲜水。以保证Cl-浓度、硬度和浊度在要求范围内。一般浓缩倍数应小于3；

b．阻垢剂为聚内烯酸钠1ppm+HEDP（羟基乙叉二膦酸盐）3ppm（连续投加）； c．杀菌灭藻剂为新洁尔灭50ppm（间隙投加），绝不能用含氯的杀生剂杀菌灭藻（如漂白粉或Cl2）。

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附录2 化学清洗

硫酸冷却器运行一段时间后，若酸出口温度长时间偏高（与进口温度接近），达不到工艺要求，在排除其他原因的情况下，可考虑在每年的大检修期间，对管内垢层进行清洗，以恢复冷却器的传热效率。

1.清洗液配方

① Lan826多用高效酸洗缓蚀剂，使用浓度0.25%； ② 硝酸，使用浓度8～10%，严禁用盐酸； ③ [Cl-]<100ppm的清洁水； ④ 常温。

2.清洗液配制方法

加入计量的水→加入推荐量的Lan826缓蚀剂搅拌均匀→加入计量的酸液搅拌均匀。

3.循环清洗所用设备

① 清洗液箱（或称酸槽、酸箱）应有足够的容积，箱底应设有排污底阀，以便能顺利地排出沉渣；

② 清洗泵： 清洗泵应耐蚀，泵扬程应高于被清洗设备高度，泵流量应保证清洗液有一定的流速；若垢层薄，清洗时间短可用普通离心泵代替耐腐蚀泵；

③ 阀 门： 清洗系统内的阀门应灵活、严密、耐腐蚀； ④ 管 道： 一般采用耐酸软胶管。 4.清洗程序

① 将已配制好的清洗液搅拌均匀待用；

② 按图10所示依次连接酸槽→酸泵→冷却器水入口→冷却器水出口→酸槽； ③ 关闭循环系统以外的所有阀门，打开循环系统的所有阀门，启动酸泵，进行循环酸洗；

④ 酸洗过程中，每隔30分钟测定酸浓度一次。若酸浓度降到4%以下，下降速度还很快，则考虑先补充缓蚀剂，后补充酸液，继续清洗。若酸浓度趋于稳定时，表明垢层清洗完毕；

⑤ 清洗完毕后由排污口排掉全部清洗液，用清水冲净管程，直至PH值显示中性为止，排尽积水；

⑥ 若清洗后不立即投入使用，应使用压缩空气将冷却器吹干。 5、酸洗终点的判断

酸洗终点判断得是否准确，是决定设备酸洗效果的关键。酸洗终点，可由下列指标的变化来判断:

① 酸的浓度趋于稳定不变；

② 基本上已无二氧化碳气泡产生。

备注：多用酸洗缓蚀剂Lan826，是我院独有技术之一，荣获国家科委三等发明奖，在国内外均处于领先地位。另外，我院还拥有多种专用的液体或固体清洗缓蚀剂及水质稳定剂。欢迎垂询或索取资料。

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附录3 中和

在冷却器的检查或维修过程中，如果需要除去残留在壳程的硫酸溶液，不能直接用水冲洗。因为，用水冲洗可能会造成严重的稀酸腐蚀。故必须先采用中和的方法，以降低腐蚀速度。

1、中和介质有两种：

a．20%Na2CO3溶液，其中[Cl-]<100ppm； b．2%NaOH溶液，其中[Cl-]<100ppm； 2、中和程序

a. 将计算所需纯碱或烧碱称好放入中和槽中,加水溶解,配成所需浓度； b. 按图11所示依次连接中和槽→泵→冷却器酸进口→冷却器酸出口→中和槽； c. 开泵将冷却器壳程充满碱液，循环2～4小时，放尽碱液；

d. 用大量清水冲洗，直至PH值显示中性为止。冲洗时应注意，须打开排酸口接管、阴极酸侧密封压盖，防止这些死角残存碱液； e. 排尽积水。

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附录4 数据记录

阳极保护不锈钢浓硫酸冷却器运行记录

年 月 日 时间 日 时 干燥酸冷却器 酸浓 酸温（℃） 水温（℃） 电流 （%） 吸收酸冷却器 保护 监参 酸浓 （mV） （mV） （mV） （%） 给定 水温（℃） 电流 （℃） （A） 进 出 进 出 酸温输出电压 (V) 输出电压 (V) 进 出 进 出 （A） 给定 保护 监参 （mV） （mV） （mV） 注：请使用厂家按照本单位的实际情况对上表进行增减。 地址：中国.兰州市西固区合水北路3号 Http://www.cthkj.com E-mail:dianhuaxue@126.com ~ 26 ~

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附录5 常见故障分析与处理

下表列举了一些阳极保护浓硫酸设备在运行过程中常见的异常现象及处理方法；同时也欢迎您发现问题后及时与我们取得联系，希望您能够提供准确的工艺参数（酸温、酸浓等）和阳极保护参数（包括控参电位、监参电位、电流及电压），以便我们准确、及时地为您解决问题。

现象 控参、监参电位“自动\\手动”开关选择不正确很低或为负值，无电流、电压输出 甚至恒电位仪控制主板性能不良或损坏 下限报警 换主板 输出电压很高（20V左右） 无电流 故障灯报警 设备正处于钝化过程中 如果电流逐渐减小则无需处理，属正常现象；如果电流不减小，则降低设定值，待电流减小并维持一段时间后，逐渐提高设定值 控参电位等于设定值 工艺参数不稳（酸温升高或酸浓降低都会使电流增大） 换热管结垢以致酸温高 大电流 可能酸冷器结垢，酸冷器需清洗 门限电流报警 酸浓低或酸温高导致设备活化 高输出电压且控参电控制参比电极性能不良、与阳极位低于设定值 短路或密封处漏酸，导致控参电位是虚假信号 无输出电压 控参电位等于设定值，常现象；若差值较小，例如已低至-50mV或高至且监参电位处于＋550mV，则关闭恒电位仪，在仪器后端调换控-100mV（下限）～参和监参信号线，重新开启恒电位仪，有助改善600mV（上限）之间 监参电位 偏高或偏低 正常使用一段时间后控参电极和监参电极两端电流出现此现象 不均 可能是阴极套管布点不均匀 开车初期出现此现象 孔，使电位低的一端增加电流输出 在阴极套管上对应电位低的一端上增加布点开现象；没有改善则需更换阴极套管 阴极套管胀裂，绝缘性变差导致该现象 采用调换控参和监参信号线的方法，有助改善该阴、阳极之间短路 检查阴、阳极电缆和设备阴、阳极，排除短路 监测电位与电位上下限差值较大无需处理，属正检查、更换控制参比电极 降低设定值，待控参电位与设定值一致且电流减小并维持一段时间后，逐渐升高设定值 查看酸冷器进、出口水温，如果比较接近，则有调整工艺参数（酸温、酸浓、流量、循环水量） 阴、阳极之间开路 检查阴、阳极接线点或电缆是否开路 设备中没有酸，无法形成电流回路 检查设备中是否有酸，给设备通酸 做假负载试验，如控参电位与设定值不一致，更或接触不良 断电后用万用表测量此开关的通断 选择自动档位，来回拨动自动\\手动开关数下或伴随现象 原因 极化电源开关没有按下 处理方法 按下仪器面板上的极化电源开关

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电位 过钝化区 ED EC EB EA I IM 钝化区 活化—钝化过渡区 活化区 电流密度 P

图1 阳极钝化曲线示意图

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120 加 速 腐 蚀 区 加速腐蚀区℃）硫酸温度（10080 60安全操作区安全操作区 409092949698硫酸浓度（%）

图2 不同硫酸浓度对应的最高使用温度

10℃）结晶温度（0-10-20-30-408486889092949698100102硫酸浓度（%）

图3 硫酸浓度与结晶温度的关系

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图4 主阴极水侧和酸侧密封结构示意图

注：需要检查或更换阴极时，不必拆卸水侧密封结构，只需拆卸酸侧密封法兰

（注意：在松动密封螺栓前，必须放净壳体内的硫酸）。如需打开水箱平盖， 无须拆卸酸侧密封结构，只需拆卸水侧密封法兰（注意：拆卸水侧密封橡胶 圈及水箱平盖时应均匀用力外移，以防损坏酸侧密封法兰及阴极引出管）。 图5 参比电极密封结构示意图 注：1.电极本体金属很脆易断裂,拆装时尽量避免径向施力;

2.拆卸参比电极前须放空壳体内的硫酸;

3.安装参比电极时应避免电极芯偏向而与壳体短接

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图8 阳极保护浓硫酸管道电器原理图

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图9 阳极保护浓硫酸分酸器电器原理图

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电话：（0931）7311232 传真：（0931）7314177 技术服务电话：（0931）7313566 天华化工机械及自动化研究设计院 单管程清洗流程 双管程清洗流程 图10 管程化学清洗流程图 地址：中国.兰州市西固区合水北路3号 Http://www.cthkj.com E-mail:dianhuaxue@126.com ~ 35 ~ 电话：（0931）7311232 传真：（0931）7314177 技术服务电话：（0931）7313566 天华化工机械及自动化研究设计院

图11 壳程中和流程示意图 地址：中国.兰州市西固区合水北路3号 Http://www.cthkj.com E-mail:dianhuaxue@126.com ~ 36 ~

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