環(huán)氧丙烷裝置廢水系統(tǒng)的腐蝕與選材

(岳陽長嶺設(shè)備研究所有限公司，湖南 岳陽 414000)

1 裝置腐蝕情況

某石化分公司環(huán)氧丙烷裝置采用雙氧水制環(huán)氧丙烷法，該裝置由一套150 kt/a 的雙氧水生產(chǎn)線和一套100 kt/a的環(huán)氧丙烷生產(chǎn)線組成。裝置排放廢水含醇、醚、堿、重芳烴、蒽醌、磷酸三辛酯及水合肼等較難處理的污染物。該裝置廢水系統(tǒng)的管線及閥門在投用后半年發(fā)生多次腐蝕泄漏問題。腐蝕情況見圖1至圖2。

圖1 閥門腐蝕形貌(鑄鐵)

圖2 管線坑蝕形貌(Q235A)

2 極化法腐蝕電流密度測試

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

考察Q235A，304，321，316L，0Cr13和雙相鋼6種金屬材料在中和后腐蝕介質(zhì)中的腐蝕電流密度。

2.2 試驗(yàn)方法

(1)選用1片小型試片(10 mm×10 mm)，經(jīng)焊接、封裝，制成工作電極。

(2)采用Tafel曲線外推法，測定6種材料在不同溫度腐蝕介質(zhì)中的腐蝕電流密度。

取1支工作電極，經(jīng)打磨、水洗，酒精清洗后，放于H型電解池中，以鉑絲或鉑片電極為參比電極，以鉑片或鉑絲為輔助電極，以腐蝕介質(zhì)為電解質(zhì)。采用Ivium電化學(xué)工作站監(jiān)測開路電位(自腐蝕電位Ec’)，待其基本穩(wěn)定后，選擇Tafel測試方法，設(shè)定相關(guān)參數(shù)(起始電位：Ec’-0.2V，終止電位：Ec’+0.2V，電位掃描速率：1 mV/s)，運(yùn)行測量程序，數(shù)據(jù)存盤。運(yùn)行數(shù)據(jù)擬合分析程序，計算得到自腐蝕電位Ec’和腐蝕電流密度Ic。

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

進(jìn)行了3次平行試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表1至表6。

表1 Q235A鋼的腐蝕電流密度 μA/cm2

表2 304鋼的腐蝕電流密度 μA/cm2

表3 321鋼的腐蝕電流密度 μA/cm2

表4 316L鋼的腐蝕電流密度 μA/cm2

表5 0Cr13鋼的腐蝕電流密度 μA/cm2

表6 雙相鋼的腐蝕電流密度 μA/cm2

2.4 腐蝕電流密度與溫度的關(guān)系

腐蝕電流密度隨溫度的變化曲線見圖3。從圖3可看出，6種材料的腐蝕電流密度隨溫度的升高而升高，在試驗(yàn)最高溫度90 ℃的條件下，其腐蝕電流密度由小到大的排序?yàn)椋?16L，304，321，雙相鋼，0Cr13，Q235A，因此推薦選用316L或304不銹鋼材質(zhì)。

圖3 電流密度隨溫度的變化曲線

3 質(zhì)量損失法腐蝕速率測試

3.1 試驗(yàn)方法

取環(huán)氧丙烷裝置廢水10 kg用氨中和，得到pH值為7.9的原料水，將原料水分別置于5個密閉容器中，將預(yù)處理好的碳鋼，0Cr13鐵素體不銹鋼,304,321,316L奧氏體不銹鋼5種材質(zhì)的試片各兩片分別浸于5個容器中，分別以A代表碳鋼，B代表0Cr13，C代表304，D代表321，E代表316L，在50 ℃時進(jìn)行掛片腐蝕試驗(yàn)，掛片時間為7 d。

3.2 腐蝕形貌

掛片A腐蝕后試片表面發(fā)黑，存在輕微浮銹及腐蝕痕跡，其他掛片經(jīng)處理后表面光亮，無明顯腐蝕痕跡。

3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

腐蝕掛片質(zhì)量損失數(shù)據(jù)見表7。

表7 腐蝕掛片質(zhì)量損失數(shù)據(jù)

腐蝕速率的計算公式為:

式中：vt——腐蝕速率以厚度表示，mm/a；

m0——金屬試件初始質(zhì)量，g；

mt——消除腐蝕產(chǎn)物后的金屬試件質(zhì)量，g；

A——金屬試件表面積，m2；

t——腐蝕進(jìn)行的時間，h；

ρ——金屬的密度，g/cm3,此處金屬密度統(tǒng)一取7.93 g/cm3。

5種材質(zhì)在50 ℃環(huán)氧丙烷裝置廢水(用氨中和)中的腐蝕速率見圖4。

圖4 各腐蝕掛片的腐蝕速率

從圖4可見，在此腐蝕環(huán)境下腐蝕速率從大到小的排序?yàn)椋禾间?0Cr13>304>321>316L。316L在此環(huán)境下腐蝕速率最低。該結(jié)果與極化法腐蝕電流密度測試結(jié)果基本一致。

4 結(jié) 語

環(huán)氧丙烷裝置廢水系統(tǒng)腐蝕嚴(yán)重，通過極化腐蝕電流密度測試和掛片腐蝕速率測試考察了Q235A,304,321,316L,0Cr13,雙相鋼共計6種材料在此環(huán)境下的腐蝕行為，316L耐蝕性能最優(yōu)，其次為304鋼。綜合考慮成本因素，建議采用304鋼。