夏德富

(天津長蘆海晶集團有限公司，天津 300450)

1 前言

進(jìn)入21世紀(jì)后，我國的井礦鹽業(yè)得到了飛速發(fā)展，產(chǎn)量不斷提高，在全國原鹽總產(chǎn)量中的比重逐年增加，現(xiàn)在已經(jīng)取代海鹽占據(jù)了我國原鹽市場主導(dǎo)地位，我國井礦鹽年產(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、自動化方向發(fā)展。

隨著井礦鹽生產(chǎn)向大型化、自動化發(fā)展，對系統(tǒng)設(shè)備性能、質(zhì)量的要求越來越高，國內(nèi)新建成的大型井礦鹽項目的主體設(shè)備如循環(huán)泵、蒸汽壓縮機、離心機等基本采用國際先進(jìn)水平的產(chǎn)品，但蒸發(fā)室、加熱室等容器設(shè)備均由國內(nèi)設(shè)計和制造。由于蒸發(fā)設(shè)備工作介質(zhì)為高溫鹽鹵，對一般金屬材料具有非常強的腐蝕性，普通的碳鋼和不銹鋼設(shè)備根本無法保證設(shè)備長周期穩(wěn)定運行，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)備長周期穩(wěn)定運行，直接影響企業(yè)的經(jīng)濟效益，已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)非常關(guān)注的重點問題。

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)計資料，腐蝕破壞中20%屬于均勻腐蝕，80%則屬于危險的局部腐蝕。

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饘偃芙猓斐山饘俚娜鏈p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)過簡單的掛片試驗，就可準(zhǔn)確地預(yù)計金屬結(jié)構(gòu)或設(shè)備的使用壽命，在設(shè)備設(shè)計時就可選用合適的材料，或采用油漆涂料、緩蝕劑、陰極保護或適當(dāng)增加設(shè)備材料的厚度等，這些方法可單獨使用，也可聯(lián)合使用?？刂迫娓g的技術(shù)措施較為簡單。

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，可將局部腐蝕主要分為點蝕、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，如點蝕能導(dǎo)致容器穿孔泄漏，應(yīng)力腐蝕則會導(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，局部腐蝕破壞的控制也較為困難，危險性較大。因此，在工程實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)罐配兩個加熱室，兩套強制循環(huán)泵，單個加熱室加熱面積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、離心機等從國外引進(jìn)，設(shè)備過流部件選用3.1銅鎳合金制造，采用DCS自動化控制技術(shù)，裝置技術(shù)水平達(dá)國際先進(jìn)水平。但蒸發(fā)室、加熱室等容器設(shè)備均由國內(nèi)配套設(shè)計和制造，考慮工程造價因素，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)為典型的點蝕和晶間腐蝕。該實例說明，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，在項目實施中應(yīng)特別注意。

3 井礦鹽蒸發(fā)設(shè)備防腐蝕設(shè)計

井礦鹽蒸發(fā)設(shè)備腐蝕問題主要是由于項目單位在實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)度而降低了對設(shè)備的設(shè)計、制造及檢驗標(biāo)準(zhǔn)。為此，建議采取以下措施。

3.1 加強對設(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，有的項目因選材欠妥, 設(shè)備的某些部件在較短時間內(nèi)就需修補更換, 甚至整個設(shè)備報廢，不能正常生產(chǎn)。

目前，我國大部分精制鹽項目設(shè)計普遍使用鈦合金及純鈦作換熱管，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，國外精制鹽設(shè)備普遍采用3.1合金等高級耐腐蝕材料，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)泵運行6 a多時間，未發(fā)生腐蝕。

選用高級耐蝕材料如3.1合金、鈦及鈦合金的設(shè)備雖然造價較高，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)備長周期穩(wěn)定運行，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)有效運行，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，但對項目的建設(shè)投資增加很大，投資回收的周期延長，矛盾較為突出，因此設(shè)備的選材應(yīng)進(jìn)行綜合經(jīng)濟效益評估后決定。

3.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)與防腐設(shè)計

根據(jù)腐蝕發(fā)生的機理，當(dāng)蒸發(fā)設(shè)備的形狀設(shè)計比較復(fù)雜時，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)計時，設(shè)備構(gòu)件的形狀越簡單越好，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，防止機械設(shè)備焊接時出現(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，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，要在涂料的能力、防銹涂料的作用上提高要求，還要對涂料的構(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法兩種。外加電流法是將被保護的金屬與另一附加電極作為電池的兩個極，使被保護的金屬做為陰極，在外加直流電的作用下使陰極得到保護的方法。犧牲陽極保護法是用電極電勢比被保護的金屬更低的金屬或者合金作為陽極，使其固定在被保護的金屬上，形成腐蝕電池，被保護的金屬因做為陰極而得到了保護。陰極保護可以有效保護均勻的腐蝕之外，還能夠有效預(yù)防材料的點蝕、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，具有經(jīng)濟實用的優(yōu)勢。

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、施工、運行、防護各個方面綜合考慮設(shè)備的防腐問題，從而有效提高設(shè)備防腐能力，延長設(shè)備使用壽命，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。