延長(zhǎng)稀酸泵運(yùn)行周期的技術(shù)措施研究

王澤　晉迎升

摘要 針對(duì)硫酸車間稀酸泵存在的點(diǎn)腐蝕，從泵體材質(zhì)是否滿足介質(zhì)要求、介質(zhì)溫度、介質(zhì)濃度、介質(zhì)沖刷、泵的運(yùn)行狀況、介質(zhì)化學(xué)成分變化等六個(gè)方面的內(nèi)容，研究各因素對(duì)泵體點(diǎn)腐蝕影響程度。研究發(fā)現(xiàn)介質(zhì)中氟離子含量變化是導(dǎo)致點(diǎn)腐蝕的主要原因，通過采用碳纖維泵體材料，可以解決點(diǎn)腐蝕問題，延長(zhǎng)泵的運(yùn)行周期，節(jié)約大量資金。

關(guān)鍵詞：稀酸泵；點(diǎn)腐蝕；氟離子；碳纖維。

1.前言

侯馬北銅硫酸車間凈化工序稀酸循環(huán)泵是空塔、填料塔生產(chǎn)運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備，為一用一備。它的運(yùn)行狀況直接影響凈化工序降溫、除塵、除熱的工藝參數(shù)控制，是后序工序正常運(yùn)行的前提和保證。

目前稀酸泵泵件材質(zhì)為904型不銹鋼，904型不銹鋼具有良好的力學(xué)性能和抗腐蝕性能，在石油、化工行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，凈化工序稀酸泵自建廠投產(chǎn)以來(lái)一直選用該型號(hào)的不銹鋼材質(zhì)，多年來(lái)該材質(zhì)稀酸泵運(yùn)行比較穩(wěn)定，基本可以滿足一個(gè)生產(chǎn)周期的使用。但自2012年以來(lái)該稀酸泵在使用過程中過流部件出現(xiàn)了嚴(yán)重的點(diǎn)腐蝕問題，腐蝕速度極快，使用壽命僅一個(gè)半月，一個(gè)生產(chǎn)周期其備件消耗達(dá)70萬(wàn)元以上，同時(shí)極大的增加了維修維護(hù)的勞動(dòng)強(qiáng)度，成為制約制酸系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重大隱患。

2.原因分析

針對(duì)稀酸泵存在的點(diǎn)腐蝕，從人、機(jī)、料、法、環(huán)等方面入手，重點(diǎn)分析泵體材質(zhì)是否滿足介質(zhì)要求、介質(zhì)溫度、介質(zhì)濃度、介質(zhì)沖刷、泵的運(yùn)行狀況、介質(zhì)化學(xué)成分變化等六個(gè)方面的內(nèi)容，研究各因素對(duì)泵體點(diǎn)腐蝕影響程度。

2.1 泵體材質(zhì)是否滿足介質(zhì)要求

鎳是奧氏體不銹鋼中不可缺少的元素，通常鎳含量不小于19wt.%，以保證獲得單一的奧氏體元素。然而鉻卻屬于鐵素體形成元素，鉻的含量不斷增高，有利于鐵素體的形成。兩種元素在控制微觀組織狀態(tài)上存在激烈的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，一旦出現(xiàn)失衡，這會(huì)導(dǎo)致材料微觀結(jié)構(gòu)中包含鐵素體，而奧氏體的電極電位與鐵素體的電極電位是不一樣的，在腐蝕介質(zhì)中極易形成電池，導(dǎo)致材料的局部腐蝕。從這個(gè)角度出發(fā)，增加鎳的含量，以保證材料微觀結(jié)構(gòu)只存在單一的奧氏體。表1為不同鎳含量稀酸泵的使用壽命，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明單純的增加鎳含量，對(duì)改進(jìn)904不銹鋼的抗腐蝕沒有明顯作用。

2.2 介質(zhì)溫度

硫酸車間空塔循環(huán)槽稀酸歷年來(lái)的溫度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表2所示，可知酸溫的變化很小，對(duì)增強(qiáng)稀酸溶液的腐蝕性能的影響不大，因此介質(zhì)溫度的變化不是造成點(diǎn)腐蝕的主要因素。

2.3 介質(zhì)濃度

硫酸車間空塔循環(huán)槽稀酸濃度不能超過5%，歷年來(lái)稀酸濃度的變化如表3所示，可知稀酸濃度沒有超過規(guī)定值，并且酸濃度很低且變化不大，因此介質(zhì)濃度的變化也不是造成點(diǎn)腐蝕的主要因素。

2.4 介質(zhì)沖刷

泵在正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，其內(nèi)部介質(zhì)會(huì)對(duì)泵的過流部件進(jìn)行強(qiáng)力沖刷，歷年來(lái)上酸壓力記錄顯示上酸壓力在0.28MPa左右浮動(dòng)，且變化很小，根據(jù)自建廠以來(lái)稀酸泵的使用情況統(tǒng)計(jì)分析，2011年以前泵體的腐蝕情況比較緩慢，使用壽命在1年到2年之間，因此介質(zhì)沖刷也不是造成點(diǎn)腐蝕的主要因素

2.5 泵的運(yùn)行狀況

長(zhǎng)期以來(lái)車間稀酸泵的上酸壓力為0.28MPa，泵運(yùn)行的三相電流值測(cè)得為：97A、98A、98A，泵的震動(dòng)值經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量很小，在泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)使用要求范圍以內(nèi)，經(jīng)長(zhǎng)期觀察泵的運(yùn)行參數(shù)基本不變化，因此泵的運(yùn)行狀況也不是造成點(diǎn)腐蝕的主要因素。

2.6 介質(zhì)化學(xué)成分的變化

不銹鋼的耐蝕性，與其服役環(huán)境，即與其接觸電解液PH值，溫度等緊密相關(guān)。已有研究結(jié)果表明，含氟、氯、溴、碘離子的稀硫酸溶液對(duì)不銹鋼表面的鈍化膜有很大的破壞性，從而導(dǎo)材料發(fā)生點(diǎn)蝕。腐蝕物濃度或溫度的微小變化，就能顯著加快腐蝕速度。

氟與不銹鋼組成元素親合性很大，使得氟離子趨附于金屬表面，由此可產(chǎn)生兩個(gè)效應(yīng)：其一，金屬表面各處由于吸附氟離子量不盡相同，使得金屬表面負(fù)電荷堆積情況不同，各處的電位也不同。氟離子吸附量大的地方，負(fù)電荷堆積嚴(yán)重，電位低，而氟離子吸附量小的地方，電位相對(duì)較高，由此，便產(chǎn)生了局部電位差，腐蝕電池得以形成。其二，氟離子吸附于金屬表面，在一定程度上削弱了金屬表面的剩余引力，從而降低了金屬表面對(duì)氫原子的吸附力，吸附氫原子的復(fù)合脫附易于發(fā)生。由于以上兩個(gè)效應(yīng)，從而使不銹鋼的放氫腐蝕得以發(fā)生。根據(jù)已有研究結(jié)果，含氟離子的稀酸溶液對(duì)不銹鋼的腐蝕作用非常明顯，如表4所示。

通過研究，硫酸車間的服役環(huán)境為含氫氟酸的稀硫酸，濃度<5%，Ph值<1；溫度為55～65℃。幾年來(lái)空塔循環(huán)槽稀酸所含氟離子質(zhì)量百分比如表5所示：

根據(jù)現(xiàn)有研究結(jié)果，以及實(shí)際服役環(huán)境的對(duì)比，認(rèn)為介質(zhì)中氫氟酸導(dǎo)致泵產(chǎn)生點(diǎn)腐蝕，介質(zhì)中氟離子濃度增加導(dǎo)致點(diǎn)腐蝕不斷加劇，使得稀酸泵不能正常服役。

3.改進(jìn)措施

由于904不銹鋼在使用中存在的點(diǎn)腐蝕問題，必須探索新型的材料來(lái)代替其服役。

通過大量調(diào)研發(fā)現(xiàn)碳纖維是一種含碳量95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型材料，質(zhì)量比金屬鋁輕，但強(qiáng)度卻高于鋼鐵，并具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，可以稱為新材料之王，是國(guó)防軍工、體育器材及工業(yè)應(yīng)用的重要材料。碳纖維作為增強(qiáng)材料加入樹脂中，形成的復(fù)合材料具有輕而強(qiáng)、輕而剛、耐腐蝕、耐高溫、耐疲勞、結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定性好、可大面積整體成型等特點(diǎn)，比如其重量?jī)H為鋼的1/4，但強(qiáng)度和硬度可達(dá)鋼的5倍以上。

將碳纖維復(fù)合材料用于稀酸泵結(jié)構(gòu)上具有如下優(yōu)點(diǎn)： ①重量輕：減小勞動(dòng)強(qiáng)度，降低運(yùn)輸成本；②材料的強(qiáng)度、剛度、抗疲勞強(qiáng)度等性能均優(yōu)于不銹鋼。 ③熱穩(wěn)定性能好。④耐腐蝕性能優(yōu)異，耐稀硫酸、氫氟酸、鹽酸、海水等介質(zhì)的腐蝕。可代替316L、904、Ti3等高合金材料。⑤用碳纖維復(fù)合材料制作泵體、泵蓋、葉輪等。由于材料本身具有吸收振動(dòng)的能力和葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。因此可降低泵的振動(dòng)和噪聲。⑥泵體等部件采用中溫固化模壓成型工藝，產(chǎn)品的幾何尺寸精度和表面光潔度高，保證了泵的水利特性，同時(shí)提高了泵的效率，高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)3～5個(gè)百分點(diǎn)。⑦維修性好：碳纖維復(fù)合材料具有成熟的現(xiàn)場(chǎng)修理、修復(fù)技術(shù)，可根據(jù)產(chǎn)品的損傷類型采取有效、經(jīng)濟(jì)的工藝方法修復(fù)構(gòu)件的表面損傷和結(jié)構(gòu)損傷區(qū)域。

4.結(jié)果驗(yàn)證

（1）硫酸車間安裝JXY200-400碳纖維泵體、泵蓋運(yùn)轉(zhuǎn)半年連續(xù)測(cè)定結(jié)果來(lái)看，效率增加，電流減小，噪音減小，效果有了明顯的改善。

（2）碳纖維泵體、泵蓋，重量是原先不銹鋼的1/4，易于搬抬、更換，維修班人員作業(yè)環(huán)境得到有效改善，作業(yè)強(qiáng)度明顯下降。

（3）試用后一直運(yùn)行穩(wěn)定可靠，經(jīng)預(yù)算估計(jì)年節(jié)約資金可達(dá)50余萬(wàn)元。

5.結(jié)論

（1）針對(duì)稀酸泵存在嚴(yán)重點(diǎn)腐蝕的問題，從泵體材質(zhì)是否滿足介質(zhì)要求、介質(zhì)溫度、介質(zhì)濃度、介質(zhì)沖刷、泵的運(yùn)行狀況、介質(zhì)化學(xué)成分變化等六個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)研究，找到了稀酸泵點(diǎn)腐蝕問題的主要原因。

（2）通過采用新型泵體材料碳纖維復(fù)合材料，解決了稀酸泵點(diǎn)腐蝕的問題，使用后運(yùn)行可靠，節(jié)約大量資金。

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