井礦鹽蒸發(fā)設(shè)備腐蝕及防腐蝕設(shè)計(jì)

夏德富

(天津長(zhǎng)蘆海晶集團(tuán)有限公司，天津 300450)

1 前言

進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)的井礦鹽業(yè)得到了飛速發(fā)展，產(chǎn)量不斷提高，在全國(guó)原鹽總產(chǎn)量中的比重逐年增加，現(xiàn)在已經(jīng)取代海鹽占據(jù)了我國(guó)原鹽市場(chǎng)主導(dǎo)地位，我國(guó)井礦鹽年產(chǎn)量達(dá)約5 100萬t。目前的井礦鹽生產(chǎn)工藝基本采用多效真空蒸發(fā)、MVR蒸發(fā)，以及多效真空蒸發(fā)與MVR(或TVR)并用的制鹽技術(shù)，并進(jìn)一步向裝置大型化、自動(dòng)化方向發(fā)展。

隨著井礦鹽生產(chǎn)向大型化、自動(dòng)化發(fā)展，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備性能、質(zhì)量的要求越來越高，國(guó)內(nèi)新建成的大型井礦鹽項(xiàng)目的主體設(shè)備如循環(huán)泵、蒸汽壓縮機(jī)、離心機(jī)等基本采用國(guó)際先進(jìn)水平的產(chǎn)品，但蒸發(fā)室、加熱室等容器設(shè)備均由國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)和制造。由于蒸發(fā)設(shè)備工作介質(zhì)為高溫鹽鹵，對(duì)一般金屬材料具有非常強(qiáng)的腐蝕性，普通的碳鋼和不銹鋼設(shè)備根本無法保證設(shè)備長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，所以，如何防止井礦鹽蒸發(fā)設(shè)備因腐蝕而發(fā)生損壞、保障設(shè)備長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)非常關(guān)注的重點(diǎn)問題。

2 井礦鹽蒸發(fā)設(shè)備腐蝕概述

一般來講，腐蝕特指金屬的腐蝕。按照腐蝕的性質(zhì)來看，可以分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。其中化學(xué)腐蝕主要是由非電解質(zhì)和金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的破壞，電化學(xué)腐蝕主要是指電解質(zhì)溶液和金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的破壞。在井礦鹽蒸發(fā)設(shè)備中，高溫、高壓、高濃度氯離子水溶液是形成金屬強(qiáng)電化學(xué)腐蝕的充分必要條件。

按照腐蝕的表面形態(tài)來看，腐蝕可以分為均勻腐蝕和局部腐蝕兩大類，其中局部腐蝕又可以分為孔蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、應(yīng)力腐蝕和磨損腐蝕等類型。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，腐蝕破壞中20%屬于均勻腐蝕，80%則屬于危險(xiǎn)的局部腐蝕。

2.1 均勻腐蝕

均勻腐蝕也稱全面腐蝕，是最常見的腐蝕形態(tài)，其特征是腐蝕均勻分布于金屬的整個(gè)表面，使金屬整體減薄。均勻腐蝕主要是金屬與腐蝕介質(zhì)持續(xù)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，生成金屬氧化物或?qū)⒔饘偃芙?，造成金屬的全面減薄以致被破壞，不能再繼續(xù)使用。普通碳鋼材料在大氣中的腐蝕都是典型的均勻腐蝕。

從腐蝕的量來看，全面腐蝕并不可怕，只要經(jīng)過簡(jiǎn)單的掛片試驗(yàn)，就可準(zhǔn)確地預(yù)計(jì)金屬結(jié)構(gòu)或設(shè)備的使用壽命，在設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)就可選用合適的材料，或采用油漆涂料、緩蝕劑、陰極保護(hù)或適當(dāng)增加設(shè)備材料的厚度等，這些方法可單獨(dú)使用，也可聯(lián)合使用?？刂迫娓g的技術(shù)措施較為簡(jiǎn)單。

2.2 局部腐蝕

局部腐蝕主要是由電化學(xué)腐蝕引起的，局部腐蝕是由于電化學(xué)因素的不均勻性形成局部腐蝕，原電池導(dǎo)致的金屬表面局部集中腐蝕破壞，其陽極區(qū)和陰極區(qū)一般是截然分開的，可以用肉眼或微觀檢查方法加以區(qū)分和辨別，通常陽極面積比陰極面積小。局部腐蝕原電池可由異類金屬接觸形成原電池，或由介質(zhì)濃度分布不均形成濃差電池，或由活化—鈍化電池構(gòu)成，也可以由金屬材料本身的組織結(jié)構(gòu)或成分的不均勻性以及應(yīng)力或溫度狀態(tài)差異所引起。根據(jù)形成局部腐蝕電池的原因和腐蝕特點(diǎn)，可將局部腐蝕主要分為點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、以及應(yīng)力和腐蝕因素共同作用下的應(yīng)力腐蝕、開裂等。

與全面腐蝕相比，局部腐蝕造成的金屬材料的質(zhì)量損失雖然不大，但其危害性卻要嚴(yán)重得多，如點(diǎn)蝕能導(dǎo)致容器穿孔泄漏，應(yīng)力腐蝕則會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件的承載能力大大降低，晶間腐蝕可使金屬在表面上看不出有任何變化的情況下喪失強(qiáng)度而碎裂。另外，局部腐蝕造成的失效事故往往沒有先兆，一般為突發(fā)性的破裂泄漏，難以預(yù)測(cè)，局部腐蝕破壞的控制也較為困難，危險(xiǎn)性較大。因此，在工程實(shí)際中由于局部腐蝕導(dǎo)致的事故比全面腐蝕多得多。

2.3 井礦鹽設(shè)備腐蝕實(shí)例

山東肥城某鹽化公司采用兩套MVR蒸發(fā)設(shè)備，每套蒸發(fā)罐配兩個(gè)加熱室，兩套強(qiáng)制循環(huán)泵，單個(gè)加熱室加熱面積6 952 m2，蒸發(fā)罐總高度約44 m，蒸發(fā)室規(guī)格DN11 m×28 m。采用非凈化鹵水直接進(jìn)罐，石膏晶種防垢，單套蒸發(fā)裝置生產(chǎn)能力60萬t/a，主體設(shè)備如循環(huán)泵、蒸汽壓縮機(jī)、離心機(jī)等從國(guó)外引進(jìn)，設(shè)備過流部件選用3.1銅鎳合金制造，采用DCS自動(dòng)化控制技術(shù)，裝置技術(shù)水平達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平。但蒸發(fā)室、加熱室等容器設(shè)備均由國(guó)內(nèi)配套設(shè)計(jì)和制造，考慮工程造價(jià)因素，除加熱室選用TA10換熱管，其余全部選用316L不銹鋼復(fù)合板制造，裝置運(yùn)行不久，蒸發(fā)室以及加熱室上下管箱均發(fā)生大面積嚴(yán)重腐蝕，加熱室上管箱部位腐蝕最為嚴(yán)重。

經(jīng)研究，設(shè)備腐蝕發(fā)生在不銹鋼復(fù)合板復(fù)層，腐蝕部位集中在焊縫及熱影響區(qū)，以及不銹鋼表面污染區(qū)和缺陷區(qū)，均表現(xiàn)為典型的點(diǎn)蝕和晶間腐蝕。該實(shí)例說明，井礦鹽蒸發(fā)設(shè)備采用不銹鋼材質(zhì)有可能發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，在項(xiàng)目實(shí)施中應(yīng)特別注意。

3 井礦鹽蒸發(fā)設(shè)備防腐蝕設(shè)計(jì)

井礦鹽蒸發(fā)設(shè)備腐蝕問題主要是由于項(xiàng)目單位在實(shí)施過程中考慮不周全而導(dǎo)致的，甚至為了片面追求減少工程投資和工程進(jìn)度而降低了對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。為此，建議采取以下措施。

3.1 加強(qiáng)對(duì)設(shè)備材料的選擇

同樣的設(shè)備，同樣的使用環(huán)境，設(shè)備防腐蝕材料不同，耐腐蝕性能也就不同。我國(guó)井礦鹽業(yè)在蒸發(fā)制鹽設(shè)備的材質(zhì)選擇方面，先后研究使用碳鋼、不銹鋼、黃銅、鈦材和鈦合金，有的項(xiàng)目因選材欠妥, 設(shè)備的某些部件在較短時(shí)間內(nèi)就需修補(bǔ)更換, 甚至整個(gè)設(shè)備報(bào)廢，不能正常生產(chǎn)。

目前，我國(guó)大部分精制鹽項(xiàng)目設(shè)計(jì)普遍使用鈦合金及純鈦?zhàn)鲹Q熱管，用316L或2205雙相鋼板材或不銹鋼復(fù)合板制造蒸發(fā)室、循環(huán)管等；有的精制鹽項(xiàng)目已經(jīng)全部使用鈦和鈦合金材料，取得了很好的效果。

據(jù)資料介紹，國(guó)外精制鹽設(shè)備普遍采用3.1合金等高級(jí)耐腐蝕材料，從山東肥城某公司使用情況來看，采用3.1合金制造的循環(huán)泵運(yùn)行6 a多時(shí)間，未發(fā)生腐蝕。

選用高級(jí)耐蝕材料如3.1合金、鈦及鈦合金的設(shè)備雖然造價(jià)較高，但是設(shè)備的使用壽命是采用普通不銹鋼等材料制造的設(shè)備無法比擬的，能夠保證設(shè)備長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，減少維修及停產(chǎn)損失，節(jié)能降耗，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

當(dāng)然，使用鈦材、3.1合金、316L以及2205不銹鋼等性能較好的材料， 保證蒸發(fā)生產(chǎn)系統(tǒng)有效運(yùn)行，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，但對(duì)項(xiàng)目的建設(shè)投資增加很大，投資回收的周期延長(zhǎng)，矛盾較為突出，因此設(shè)備的選材應(yīng)進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估后決定。

3.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)與防腐設(shè)計(jì)

根據(jù)腐蝕發(fā)生的機(jī)理，當(dāng)蒸發(fā)設(shè)備的形狀設(shè)計(jì)比較復(fù)雜時(shí)，容易產(chǎn)生一些缺陷，如積垢、積液以及設(shè)備局部應(yīng)力過大等，在電解質(zhì)溶液中，形成各部位之間電位不均勻狀態(tài)，造成設(shè)備局部位置出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，為了避免這種情況的發(fā)生，在進(jìn)行設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)備構(gòu)件的形狀越簡(jiǎn)單越好，所有構(gòu)件應(yīng)盡可能采用相同的金屬材料，并減少構(gòu)件當(dāng)中的縫隙，避免物料的滯留，防止機(jī)械設(shè)備焊接時(shí)出現(xiàn)熱應(yīng)力集中的情況，制定合理焊接工藝，并確保焊接質(zhì)量，避免各種焊接缺陷的發(fā)生，如焊渣飛濺、焊瘤、咬邊等，一旦形成這樣的焊接質(zhì)量缺陷便有可能導(dǎo)致該位置成為新的腐蝕點(diǎn)，進(jìn)而引起嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。

3.3 選擇優(yōu)質(zhì)的防腐涂料

進(jìn)入21世紀(jì)后，防腐涂料技術(shù)得到快速發(fā)展，各種耐高溫、耐磨損、高硬度防腐涂料相繼問世，如各種納米特種防腐涂料，能夠保證腐蝕介質(zhì)與設(shè)備金屬構(gòu)件完全隔離，從而達(dá)到防腐蝕的目的。需要特別注意的是在選用涂料防腐時(shí)，要在涂料的能力、防銹涂料的作用上提高要求，還要對(duì)涂料的構(gòu)成、整體結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)以及周圍環(huán)境有足夠的研究。涂料防腐施工要嚴(yán)格按照施工規(guī)范進(jìn)行，保證金屬基體表面的處理質(zhì)量以及涂料的施工質(zhì)量。加大對(duì)表面處理質(zhì)量重視程度，保證涂漆達(dá)到理想中的防腐效果。

3.4 腐蝕的控制

在金屬設(shè)備上采取腐蝕控制措施，讓其成為腐蝕電池中的陰極，從而減輕或者防止金屬腐蝕的方法，它包括外加電流法和犧牲陽極保護(hù)法兩種。外加電流法是將被保護(hù)的金屬與另一附加電極作為電池的兩個(gè)極，使被保護(hù)的金屬做為陰極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護(hù)的方法。犧牲陽極保護(hù)法是用電極電勢(shì)比被保護(hù)的金屬更低的金屬或者合金作為陽極，使其固定在被保護(hù)的金屬上，形成腐蝕電池，被保護(hù)的金屬因做為陰極而得到了保護(hù)。陰極保護(hù)可以有效保護(hù)均勻的腐蝕之外，還能夠有效預(yù)防材料的點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕等。兩種腐蝕控制措施在井礦鹽業(yè)都有比較成功的經(jīng)驗(yàn)，具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)勢(shì)。

4 結(jié)束語

蒸發(fā)設(shè)備是井礦鹽企業(yè)進(jìn)行正常生產(chǎn)的核心設(shè)備，相比其它化工行業(yè)，井礦鹽蒸發(fā)設(shè)備腐蝕更加嚴(yán)重，因此，設(shè)備的防腐問題逐漸受到了業(yè)內(nèi)人士的普遍關(guān)注。文章在論述蒸發(fā)設(shè)備腐蝕類型基礎(chǔ)上，建議從選材、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、防護(hù)各個(gè)方面綜合考慮設(shè)備的防腐問題，從而有效提高設(shè)備防腐能力，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。