淺析制鹽行業(yè)設(shè)備腐蝕原理及防腐措施

賈曉華，陽啟紅，賴小平，李春林，張永松，陳朝佳，賈松坡，黃 偉

(達(dá)州市恒成能源集團(tuán)有限公司，四川達(dá)州 635000)

1 緒論

鹽作為食用必需品和化工基礎(chǔ)原料，廣泛應(yīng)用于人們的日常生活、工業(yè)制造及兩堿行業(yè)等方面。在制鹽及其附屬產(chǎn)品工作介質(zhì)和生產(chǎn)環(huán)境中含有大量鹵化物、鹽霧、粉塵等物質(zhì)，其對設(shè)備具有較強(qiáng)的腐蝕能力，這不僅影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)性和安全性，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)對周邊環(huán)境和居民產(chǎn)生影響，造成環(huán)境問題和社會(huì)影響，制約著制鹽及鹽化行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

2 腐蝕的分類及原理

2.1 腐蝕的分類

金屬腐蝕分類方法較多，從不同角度出發(fā)可分為不同的類型，較為常見的是根據(jù)機(jī)理的不同，分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩大類。還有的根據(jù)設(shè)備腐蝕現(xiàn)象、原因及表面狀況等，分為高溫氧化腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、工業(yè)大氣腐蝕等。

2.2 腐蝕的原理

金屬設(shè)備的腐蝕不論是何種形式，其本質(zhì)都是金屬原子被氧化后失去電子變成離子態(tài)，從而引發(fā)的腐蝕現(xiàn)象，其主要表現(xiàn)為設(shè)備表面銹蝕、點(diǎn)蝕、斑駁、裂隙、氧化皮脫落、幾何尺寸縮小等。

2.2.1 化學(xué)腐蝕原理

設(shè)備表面結(jié)構(gòu)材料與其接觸的物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成新的氧化物，該物質(zhì)會(huì)破壞設(shè)備表面結(jié)構(gòu)。在發(fā)生化學(xué)腐蝕的時(shí)候，往往伴隨著高溫、高壓等不利條件，進(jìn)一步加快了設(shè)備腐蝕的速度。

2.2.2 電化學(xué)腐蝕原理

在潮濕的環(huán)境中，金屬和電解質(zhì)形成兩個(gè)電極，組成腐蝕原電池，發(fā)生電極反應(yīng)而使陽極(金屬)溶解。在電化學(xué)腐蝕中，產(chǎn)生的電流一般不對外做功，其全部在電極內(nèi)發(fā)生自耗反應(yīng)，進(jìn)一步加快了設(shè)備腐蝕的速度。

3 設(shè)備腐蝕原因

金屬與周圍介質(zhì)之間發(fā)生反應(yīng)而引起的破壞現(xiàn)象被稱為腐蝕，其根本原因在于金屬的本身結(jié)構(gòu)，同時(shí)與周邊環(huán)境和介質(zhì)的溫度、壓力、濃度、流速等外部條件也有較大關(guān)系，它們相互作用，共同影響，其主要可以分為內(nèi)部因素、外部因素和企業(yè)管理因素三部分。

3.1 內(nèi)部因素

(1)自身的化學(xué)性質(zhì)。大多數(shù)金屬性質(zhì)較為活潑，容易發(fā)生氧化反應(yīng)失去電子變成離子，從而結(jié)構(gòu)被破壞。例如，在化工設(shè)備中應(yīng)用最多的黑色金屬極易被氧化生成四氧化三鐵，嚴(yán)重影響設(shè)備的外觀、效能和使用壽命。

(2)加工精度。不同加工精度的設(shè)備發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的程度也不盡相同，一般情況下，表面光潔度高、含雜少的金屬更耐腐蝕。

3.2 外部因素

(1)外部環(huán)境的影響。在制鹽生產(chǎn)中，環(huán)境中含大量水分和鹽分等化學(xué)物質(zhì)，這些物質(zhì)容易對設(shè)備外部產(chǎn)生銹蝕，威脅設(shè)備安全。

(2)工作介質(zhì)的影響。制鹽設(shè)備的工作介質(zhì)中鹵化物含量較高，可能還伴有酸霧等有害物質(zhì)，對設(shè)備造成腐蝕。

(3)工作環(huán)境的影響。制鹽蒸發(fā)過程溫度較高，高溫使分子間運(yùn)動(dòng)加劇、活性增強(qiáng)，加快設(shè)備腐蝕速度。研究表明機(jī)械自身溫度每升高10 ℃，腐蝕速度就會(huì)加快1倍～3倍。

3.3 企業(yè)管理因素

某些企業(yè)對設(shè)備的防腐管理不夠重視，沒有完善的設(shè)備管理方案，設(shè)備出現(xiàn)腐蝕后不能及時(shí)處理，導(dǎo)致腐蝕迅速擴(kuò)散。

4 防腐措施

4.1 優(yōu)化防腐設(shè)計(jì)

(1)優(yōu)化工藝。從工藝出發(fā)，盡量減少設(shè)備的數(shù)量、降低工作介質(zhì)中的有害物質(zhì)等。

(2)優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)和布置。盡量簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)形式，避免出現(xiàn)死角、凹面等容易積液的結(jié)構(gòu)，若無法避免則設(shè)置排水管，嚴(yán)禁在設(shè)備或管道內(nèi)出現(xiàn)溶液堆積。

(3)選擇適當(dāng)?shù)姆栏胧?，留出腐蝕余量。

4.2 合理選擇材料

碳素鋼由于有較好的工藝性能、必要的韌性、良好的塑性以及價(jià)廉和易于大量供應(yīng)等特點(diǎn)，其在制鹽設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛，然而該材料的抗腐蝕性能不強(qiáng)，容易受到酸堿等條件的影響，其在常態(tài)下與酸反應(yīng)速度即可達(dá)到0.5 mm/a～1.0 mm/a，需采取防腐措施方能應(yīng)用。必要時(shí)可以采用防腐耐磨材料，例如蒸發(fā)設(shè)備采用鈦材；離心機(jī)采用316L、篩網(wǎng)則使用2205；硫化堿生產(chǎn)設(shè)備則采用310S；溴素生產(chǎn)設(shè)備則使用玻璃鋼、玻璃、搪瓷及內(nèi)襯材料等。

4.3 表面涂漆

在設(shè)備、管道以及附屬鋼結(jié)構(gòu)外部涂漆，是行業(yè)內(nèi)防腐蝕的重要措施，現(xiàn)階段主要為油料涂漆，如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等。在涂漆施工中，應(yīng)注意表面除銹應(yīng)達(dá)到GB/T 8923.1—2011中規(guī)定的Sa2.5級，表面粗糙度35 μm～75 μm，噴砂后將砂塵除盡，盡量在4 h內(nèi)完成第一道油漆的涂裝，焊接部件則需要注意在焊接后的72 h之內(nèi)不能進(jìn)行涂裝。

4.4 襯里

襯里是一種綜合利用不同材料的特性、具有較長使用壽命的防腐方法。根據(jù)不同介質(zhì)條件，多是在鋼鐵或混凝土設(shè)備上選襯各種非金屬材料，如玻璃鋼、橡膠、磚板及氟塑材料等；對于溫度、壓力要求較高的場合，也可襯耐腐金屬，如不銹鋼、鈦、銅等。

四川某公司鹵水中富含鉀、鈉、溴、氯等元素。采用碳鋼襯氟橡膠作為鹵水儲(chǔ)桶試驗(yàn)。如表1所示：經(jīng)300 d的實(shí)驗(yàn)，設(shè)置不同溫度、酸堿度的工況下，溶損率在0.04%～0.18%之間，屬于極耐腐蝕，并且氟橡膠襯里相較于襯耐蝕金屬(316L、TA2)每平米約節(jié)約投資2 000元，大大減少了設(shè)備投入。

表1 襯氟橡膠防腐實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.1 Experimental data of fluororubber lining anticorrosion

4.5 優(yōu)化設(shè)備環(huán)境

優(yōu)化設(shè)備環(huán)境是為了減少工業(yè)大氣腐蝕，在制鹽生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)，空氣中一般含有大量鹽分，在潮濕的環(huán)境中極易對設(shè)備或輔助設(shè)施外部產(chǎn)生腐蝕，該情況下電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕相互作用，使腐蝕更復(fù)雜、快速。在生產(chǎn)過程中，需注意防粉塵、防漂移工作，在防腐的同時(shí)還可以優(yōu)化環(huán)境、保障人員健康。

4.6 嚴(yán)格操作規(guī)程和維護(hù)保養(yǎng)措施

制鹽行業(yè)內(nèi)，直接完全使用耐蝕材料的投入過高，絕大多數(shù)仍采用經(jīng)濟(jì)的防腐措施，經(jīng)防腐處理后的初始階段，設(shè)備都能具有較好的防腐效果，但經(jīng)過長周期的運(yùn)行(特別是過程中存在違規(guī)操作)，必然出現(xiàn)不同程度的腐蝕，如果不及時(shí)進(jìn)行處理，很容易造成腐蝕的擴(kuò)散。在日常工作中，應(yīng)制定完善的操作規(guī)程和維護(hù)保養(yǎng)措施，嚴(yán)禁違章作業(yè)、違規(guī)操作，并對設(shè)備進(jìn)行定期或不定期的檢查，出現(xiàn)腐蝕及時(shí)處理，必要時(shí)對設(shè)備進(jìn)行更換。

5 結(jié)論

制鹽生產(chǎn)中腐蝕性介質(zhì)較多，設(shè)備會(huì)比一般行業(yè)腐蝕嚴(yán)重，據(jù)統(tǒng)計(jì)制鹽及鹽化工行業(yè)每年因?yàn)樵O(shè)備腐蝕所造成的損失高達(dá)幾十億元，這已經(jīng)嚴(yán)重制約著行業(yè)發(fā)展。在制鹽生產(chǎn)中，需要從材料防腐、操作規(guī)程、日常管理、維護(hù)保養(yǎng)等各方面入手，科學(xué)決策，采取一系列行之有效的措施，最大程度減少或減緩設(shè)備的腐蝕，消除安全隱患，增進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益。