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  2. 工業廢水處理用MVR設備的腐蝕與防護
    2024-07-12 14:21:48 作者:腐蝕與防護 來源:腐蝕與防護 分享至:

     

     

    石油石化等化工生產活動中會產生大量工業廢水,水量較大且含鹽量高,使得廢水處理難度及成本較高。通過加熱蒸發、再壓縮(MVR)技術可實現廢水濃縮結晶,但濃縮廢水鹽度、氯化物等侵蝕性雜質含量高,伴隨著處理工藝中的加熱高溫環境,會帶來極高的腐蝕風險。

     

    1

    影響MVR設備腐蝕因素


    (1) 氯離子



    高氯高鹽是化工工業廢水的主要特點之一,未濃縮之前氯離子含量普遍大于0.5 g/L,鹽度約5~6 g/L,通過MVR蒸發器濃縮后最高濃鹽水鹽度可達100~300 g/L。氯離子通過吸附在不銹鋼表面溶解鈍化膜形成可溶解的氯化物,導致金屬表面鈍化膜被破壞進而發生腐蝕。

    不銹鋼或雙相不銹鋼對氯離子質量濃度非常敏感,當質量濃度大于0.5 g/L時,不銹鋼就有發生點蝕和縫隙腐蝕的傾向;質量濃度達到1 g/L時,不銹鋼產生局部點蝕且腐蝕速率增加20倍。

    (2) 溫度



    溫度腐蝕通常為化學反應,溫度越高化學反應速度越快,有研究表明溫度每提升10 ℃,腐蝕速度約增加1~3倍。MVR處理工藝中操作溫度高達80~120 ℃,在高溫環境下,加速氯離子對不銹鋼鈍化膜的破壞,苛刻的腐蝕環境對設備設施用金屬材料耐蝕等級提出更高的要求。

    在高氯鹽水環境中,當腐蝕環境低于70 ℃時,工業純鈦通常不會發生腐蝕。當介質溫度較高時,工業純鈦發生局部腐蝕的風險大大提高,尤其是鈦與其他金屬材料接觸的位置,極易發生電偶腐蝕和縫隙腐蝕。

    (3)

    流速



    介質流動速度對不銹鋼耐蝕性能有較大影響,在較高流速下,流體對不銹鋼表面造成局部沖刷沖擊,當流體中含有較大顆粒的晶體時,不僅造成沖刷腐蝕而且帶來嚴重的磨蝕。此外,在流體高速沖擊下,與流體接觸的金屬表面形成類似于空穴狀的腐蝕。

    (4)

    沉積物



    金屬離析和沉積物的堆積也是高鹽廢水處理中的常見問題。在處理過程中,高鹽廢水中的鹽類物質容易析出并在設備表面沉積,形成結垢和污垢,帶來垢下局部腐蝕風險,嚴重的情況下會堵塞管道和閥門,影響系統的正常運行。

     

    2

    MVR設備典型腐蝕


    蒸發結晶器噴射區管路外壁腐蝕

     



    MVR蒸發結晶器噴射區管路外壁處于氣、液、固多相復雜環境,不銹鋼表面鈍化膜長期經受流體、氣體沖刷,造成鈍化膜提前破損失效,表面產生嚴重的點蝕或者縫隙腐蝕,嚴重的情況下導致腐蝕穿孔。腐蝕形貌如圖1所示。

    圖1 MVR蒸發結晶器噴射區管路外壁腐蝕

    蒸發結晶器內壁點蝕



    因蒸發結晶器內高氯離子含量、低pH環境,結晶器內壁遍布點蝕,腐蝕形貌如圖2所示。

    圖2 MVR蒸發結晶器內壁點蝕

    蒸發結晶器法蘭接口焊縫腐蝕


    MVR蒸發器內存在大量焊縫,雖在制造過程中選用耐蝕性能較高的焊絲進行焊接,但因焊絲材料與蒸發器金屬材料不同,不同金屬間存在電位差,構成電偶腐蝕傾向。伴隨著腐蝕的發生,焊縫內外往往存在介質或溶解氧濃度差異,加速侵蝕性離子向焊縫內部遷移,形成自催化作用,進一步加速縫隙腐蝕的速率。焊縫腐蝕形貌如圖3所示。

    圖3 MVR蒸發結晶器法蘭接口焊接接頭腐蝕

     

    3

    MVR設備防腐蝕方法

    耐腐蝕金屬材料



    耐蝕金屬材料的選用是MVR設備防腐中至關重要的一步,通常MVR設備使用的金屬材料有雙相不銹鋼、鎳合金、鈦合金、銅等。針對不同工況環境,可參考表1選擇金屬材料。
    表1 不同溫度及氯離子濃度下推薦金屬材料

    采用耐蝕等級更高的金屬材料制備MVR蒸發器等設備設施及管道是防止腐蝕的有效方法,但是耐蝕等級的提升帶來造價成本的增高。如不銹鋼的價格大概在5~6萬元/噸,鎳合金約7~9萬元/噸,工業純鈦約10~15萬元/噸,若全部選用工業純鈦,則設備成本增加約50%,將會降低市場競爭力。

    防腐蝕涂層



    在蒸發器金屬表面涂敷特定耐高溫、耐沖刷的防腐涂層,使鹽溶液與蒸發器的金屬壁之間產生隔離屏障,避免腐蝕性介質與金屬表面接觸,從而避免腐蝕的產生。該種方法簡單有效,且成本較低。

    在該特殊工況環境下,建議使用先進耐磨防腐涂料來提高系統的耐腐蝕性能。鈦合金表面常用的防腐涂層有硅烷涂層、ZrO2涂層、CrN涂層等。不銹鋼表面常用的耐磨防腐涂層多為氧化鋁復合陶瓷涂層、聚苯胺復合涂層等。

    當前采用復合涂層技術取代單一涂層技術成為研究熱點,國外研究院所開展了許多探究工作,國內尚處于起步階段。未來,采用復合涂層技術制備新型耐磨防腐涂層是解決MVR設備設施腐蝕的直接、經濟有效的方法。

     緩蝕劑

     



    緩蝕劑是一種能顯著降低金屬在侵蝕性介質中的腐蝕速度的物質,在MVR蒸發器的鹽水進料罐內加入一定比例的緩蝕劑,可以大大降低蒸發器內件的腐蝕速率,延長蒸發器使用年限。但緩蝕劑通常為有機胺或者咪唑啉類物質,添加后會改變高鹽廢水的組成,可能對MVR蒸發結晶效果帶來影響。

     


    4

    結 語

    MVR設備設施在高鹽廢水中的腐蝕問題是一個關鍵的挑戰,而防腐蝕管理是解決這一問題的重要手段。研究建議在MVR工藝設計初期進行合理的金屬材料選擇、開發新型防腐耐磨涂層等手段進行防腐保護。

     

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