工业废水处理用MVR设备的腐蚀与防护
2024-07-11 13:49:48 作者: 腐蚀与防护 来源: 腐蚀与防护 分享至:

 

 

石油石化等化工生产活动中会产生大量工业废水,水量较大且含盐量高,使得废水处理难度及成本较高。通过加热蒸发、再压缩(MVR)技术可实现废水浓缩结晶,但浓缩废水盐度、氯化物等侵蚀性杂质含量高,伴随着处理工艺中的加热高温环境,会带来极高的腐蚀风险。

 

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影响MVR设备腐蚀因素


(1) 氯离子



高氯高盐是化工工业废水的主要特点之一,未浓缩之前氯离子含量普遍大于0.5 g/L,盐度约5~6 g/L,通过MVR蒸发器浓缩后最高浓盐水盐度可达100~300 g/L。氯离子通过吸附在不锈钢表面溶解钝化膜形成可溶解的氯化物,导致金属表面钝化膜被破坏进而发生腐蚀。

不锈钢或双相不锈钢对氯离子质量浓度非常敏感,当质量浓度大于0.5 g/L时,不锈钢就有发生点蚀和缝隙腐蚀的倾向;质量浓度达到1 g/L时,不锈钢产生局部点蚀且腐蚀速率增加20倍。

(2) 温度



温度腐蚀通常为化学反应,温度越高化学反应速度越快,有研究表明温度每提升10 ℃,腐蚀速度约增加1~3倍。MVR处理工艺中操作温度高达80~120 ℃,在高温环境下,加速氯离子对不锈钢钝化膜的破坏,苛刻的腐蚀环境对设备设施用金属材料耐蚀等级提出更高的要求。

在高氯盐水环境中,当腐蚀环境低于70 ℃时,工业纯钛通常不会发生腐蚀。当介质温度较高时,工业纯钛发生局部腐蚀的风险大大提高,尤其是钛与其他金属材料接触的位置,极易发生电偶腐蚀和缝隙腐蚀。

(3)

流速



介质流动速度对不锈钢耐蚀性能有较大影响,在较高流速下,流体对不锈钢表面造成局部冲刷冲击,当流体中含有较大颗粒的晶体时,不仅造成冲刷腐蚀而且带来严重的磨蚀。此外,在流体高速冲击下,与流体接触的金属表面形成类似于空穴状的腐蚀。

(4)

沉积物



金属离析和沉积物的堆积也是高盐废水处理中的常见问题。在处理过程中,高盐废水中的盐类物质容易析出并在设备表面沉积,形成结垢和污垢,带来垢下局部腐蚀风险,严重的情况下会堵塞管道和阀门,影响系统的正常运行。

 

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MVR设备典型腐蚀


蒸发结晶器喷射区管路外壁腐蚀

 



MVR蒸发结晶器喷射区管路外壁处于气、液、固多相复杂环境,不锈钢表面钝化膜长期经受流体、气体冲刷,造成钝化膜提前破损失效,表面产生严重的点蚀或者缝隙腐蚀,严重的情况下导致腐蚀穿孔。腐蚀形貌如图1所示。

图1 MVR蒸发结晶器喷射区管路外壁腐蚀

蒸发结晶器内壁点蚀



因蒸发结晶器内高氯离子含量、低pH环境,结晶器内壁遍布点蚀,腐蚀形貌如图2所示。

图2 MVR蒸发结晶器内壁点蚀

蒸发结晶器法兰接口焊缝腐蚀


MVR蒸发器内存在大量焊缝,虽在制造过程中选用耐蚀性能较高的焊丝进行焊接,但因焊丝材料与蒸发器金属材料不同,不同金属间存在电位差,构成电偶腐蚀倾向。伴随着腐蚀的发生,焊缝内外往往存在介质或溶解氧浓度差异,加速侵蚀性离子向焊缝内部迁移,形成自催化作用,进一步加速缝隙腐蚀的速率。焊缝腐蚀形貌如图3所示。

图3 MVR蒸发结晶器法兰接口焊接接头腐蚀

 

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MVR设备防腐蚀方法

耐腐蚀金属材料



耐蚀金属材料的选用是MVR设备防腐中至关重要的一步,通常MVR设备使用的金属材料有双相不锈钢、镍合金、钛合金、铜等。针对不同工况环境,可参考表1选择金属材料。
表1 不同温度及氯离子浓度下推荐金属材料

采用耐蚀等级更高的金属材料制备MVR蒸发器等设备设施及管道是防止腐蚀的有效方法,但是耐蚀等级的提升带来造价成本的增高。如不锈钢的价格大概在5~6万元/吨,镍合金约7~9万元/吨,工业纯钛约10~15万元/吨,若全部选用工业纯钛,则设备成本增加约50%,将会降低市场竞争力。

防腐蚀涂层



在蒸发器金属表面涂敷特定耐高温、耐冲刷的防腐涂层,使盐溶液与蒸发器的金属壁之间产生隔离屏障,避免腐蚀性介质与金属表面接触,从而避免腐蚀的产生。该种方法简单有效,且成本较低。

在该特殊工况环境下,建议使用先进耐磨防腐涂料来提高系统的耐腐蚀性能。钛合金表面常用的防腐涂层有硅烷涂层、ZrO2涂层、CrN涂层等。不锈钢表面常用的耐磨防腐涂层多为氧化铝复合陶瓷涂层、聚苯胺复合涂层等。

当前采用复合涂层技术取代单一涂层技术成为研究热点,国外研究院所开展了许多探究工作,国内尚处于起步阶段。未来,采用复合涂层技术制备新型耐磨防腐涂层是解决MVR设备设施腐蚀的直接、经济有效的方法。

 缓蚀剂

 



缓蚀剂是一种能显著降低金属在侵蚀性介质中的腐蚀速度的物质,在MVR蒸发器的盐水进料罐内加入一定比例的缓蚀剂,可以大大降低蒸发器内件的腐蚀速率,延长蒸发器使用年限。但缓蚀剂通常为有机胺或者咪唑啉类物质,添加后会改变高盐废水的组成,可能对MVR蒸发结晶效果带来影响。

 


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结 语

MVR设备设施在高盐废水中的腐蚀问题是一个关键的挑战,而防腐蚀管理是解决这一问题的重要手段。研究建议在MVR工艺设计初期进行合理的金属材料选择、开发新型防腐耐磨涂层等手段进行防腐保护。

 

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