化肥生產(chǎn)企業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備腐蝕現(xiàn)狀及防護措施

唐冬梅

摘 要：循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕嚴重制約著化肥企業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定、安全運行，文章系統(tǒng)闡述了化肥生產(chǎn)裝置循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備腐蝕的現(xiàn)狀，針對主要的腐蝕因素提出了具體的防護措施，從而保障了生產(chǎn)的正常進行。

關(guān)鍵詞：化肥生產(chǎn)；循化水系統(tǒng)；設(shè)備腐蝕；防護措施

中圖分類號：TB857 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）05-0103-02

1 循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備腐蝕現(xiàn)狀

設(shè)備的腐蝕是生產(chǎn)裝置現(xiàn)場跑、冒、滴、漏的罪魁禍首，同時也為安全生產(chǎn)埋下隱患，因此加強設(shè)備腐蝕的控制和在線監(jiān)測，減緩腐蝕，勢在必行。由于化肥生產(chǎn)過程中腐蝕介質(zhì)多，操作條件復(fù)雜，產(chǎn)生腐蝕的因素主要有：電化學(xué)腐蝕、微生物腐蝕、氯離子腐蝕和設(shè)備泄露腐蝕。

1.1 電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕是設(shè)備腐蝕的常見形式之一，在循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備使用過程中，電化學(xué)腐蝕不可避免。隨著對電化學(xué)腐蝕機理研究的不斷深入，可以將電化學(xué)腐蝕的形式歸結(jié)為全面腐蝕和局部腐蝕[1]。顧名思義，全面腐蝕貫穿于整個設(shè)備之中，較為均勻的發(fā)生在金屬表面，腐蝕反應(yīng)速度緩慢穩(wěn)定，不會引發(fā)緊急事故，而局部腐蝕緊緊集中于設(shè)備的局部區(qū)域，具有不確定性，設(shè)備突發(fā)事故的概率較大，點腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕是局部腐蝕常見形式，經(jīng)過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，在循環(huán)水設(shè)備中90%以上的設(shè)備事故是由局部電化學(xué)腐蝕導(dǎo)致的，而全面電化學(xué)腐蝕只占不到10%。在循環(huán)水設(shè)備中水與碳鋼等金屬直接接觸時，在金屬的表面會構(gòu)成眾多的腐蝕微電池。這是由于金屬表面存在不均一性，水的導(dǎo)電性，而水中溶解了一定量的氧氣，導(dǎo)致活潑部位和不活潑部位分別形成微電池的陽極區(qū)和陰極區(qū)[2]。陽極上，碳鋼失去兩個電子被氧化生成亞鐵離子，溶于水中的氧得到2個電子，生成OH-，亞鐵離子與OH-進步反應(yīng)生成Fe（OH）2，氧氣過量時，反應(yīng)繼續(xù)進行，生成物主要為FeO·OH和Fe2O3·H2O。電化學(xué)腐蝕導(dǎo)致陽極區(qū)的金屬不斷溶解，導(dǎo)致輸水管線和設(shè)備的腐蝕損壞，設(shè)備泄露的幾率增大，產(chǎn)生的銹瘤會堵塞設(shè)備管線。利用掃描電子顯微鏡和XRD對設(shè)備腐蝕的典型部位進行定性分析，結(jié)果顯示，成分為Fe、Ca、Si、C、O等元素，主要為鐵的氧化物和水垢的成分。

1.2 微生物引起的腐蝕

由于循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)密閉，微生物在其適宜的溫度環(huán)境中得到繁殖生長，大量的微生物嚴重腐蝕金屬設(shè)備，出現(xiàn)穿孔，管道堵塞現(xiàn)象，降低設(shè)備的熱傳遞效率。在循環(huán)水系統(tǒng)中較為常見的微生物是硫酸鹽還原菌。微生物腐蝕最早發(fā)現(xiàn)在地下管道中，研究發(fā)現(xiàn)，微生物腐蝕普遍存在于礦井、化工設(shè)備和循化水設(shè)備中，其對多種金屬如碳鋼、鋁、銅等均具有腐蝕。微生物腐蝕給化肥生產(chǎn)企業(yè)帶來了嚴重的經(jīng)濟損失，據(jù)統(tǒng)計，在化肥企業(yè)設(shè)備腐蝕中微生物腐蝕占30%，每年造成的損失多達上百億，因此，微生物腐蝕引起相關(guān)研究人員的重視與關(guān)注。

循環(huán)水系統(tǒng)是一種特殊的生態(tài)環(huán)境，為微生物的生存提供了較為適宜的營養(yǎng)物質(zhì)、溫度、酸堿條件和氧氣。微生物在適宜的條件中大量繁殖，其排泄的黏液會改變設(shè)備表面金屬的理化特性，在金屬表面形成粘滑的一層生物膜，微生物被包裹在膜內(nèi)，由于微生物的新陳代謝，在膜內(nèi)外形成氧濃度差電池，加速設(shè)備的腐蝕[3]。貧氧區(qū)作為氧濃差電池的陽極，氧含量極低，而富氧區(qū)極易得到電子形成陰極。對設(shè)備造成腐蝕的微生物種類較多，主要包括：硫酸鹽還原菌、鐵細菌、硫桿菌等。

硫酸鹽還原菌是一種厭氧微生物，破壞能力極強，是微生物腐蝕的主要微生物之一。目前對其的腐蝕機理主要有陰極去極化理論和腐蝕產(chǎn)物相關(guān)理論兩種。陰極去極化理論認為硫酸鹽還原菌通過除去金屬表面的氫原子，硫酸根還原為二價硫離子，由于此過程中有硫化鐵的生成，導(dǎo)致了金屬的腐蝕。而腐蝕產(chǎn)物相關(guān)理論的研究主要集中于腐蝕產(chǎn)物上，一般認為腐蝕產(chǎn)物的堆積在金屬表面局部形成電池，導(dǎo)致腐蝕的發(fā)生。鐵細菌存在于金屬腐蝕污垢中，通過氧化使鐵離子由二價變?yōu)槿齼r，生成Fe（OH）3，硫化物氧化為硫酸鹽，加速金屬的腐蝕。硫桿菌則主要是在設(shè)備中生成酸性水，使金屬發(fā)生劇烈的腐蝕。

1.3 氯離子的腐蝕

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)用水供求矛盾日益增大，目前企業(yè)普遍采取濃縮循環(huán)水來深挖潛能，減少新鮮水用量。但是，隨著濃縮工藝的進一步優(yōu)化，循環(huán)水中各離子濃度隨之上升，尤其是氯離子含量達到近800 mg/L，研究發(fā)現(xiàn)，氯離子對設(shè)備也產(chǎn)生一定的腐蝕。氯離子對設(shè)備的腐蝕主要體現(xiàn)在碳鋼的全面腐蝕和不銹鋼的孔蝕兩個方面。氯離子的活化性能極強，在與金屬接觸后，可迅速破壞金屬表面的氧化膜，并可阻止金屬再次成膜。氯離子的破壞氧化膜是由于換熱器的不銹鋼金屬內(nèi)部本身存在內(nèi)應(yīng)力，使得金屬組織的穩(wěn)定性減弱，內(nèi)部的晶粒在應(yīng)力影響下發(fā)生了錯位。在金屬的表面通常有一層致密的氧化膜，阻止金屬與溶液的直接接觸。氯離子半徑小，可穿透氧化膜直接和金屬接觸，與金屬反應(yīng)生成可溶性的物質(zhì)，破壞氧化膜，使金屬產(chǎn)生腐蝕。氯離子需要到達一定濃度方可破壞氧化膜，條件的差異對氯離子的臨界濃度有很大的影響，在循環(huán)水中加入穩(wěn)定劑后。氯離子的臨界濃度由1 000 mg/L可提升到2 000 mg/L。氯離子對設(shè)備的腐蝕也收很多因素的影響，諸如循環(huán)水的溫度、酸堿性等。對腐蝕坑內(nèi)外的腐蝕產(chǎn)物的分析結(jié)果顯示：在腐蝕坑外的產(chǎn)物基本不含氯元素，而在坑內(nèi)的腐蝕產(chǎn)物中含有氯元素，這是因為在孔蝕形成后，為了保持蝕孔內(nèi)的電中性，氯離子率先遷移到孔內(nèi)，增強了蝕孔內(nèi)的酸性，進一步加速了孔蝕的速率。

1.4 設(shè)備泄露引起的腐蝕

循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備的腐蝕由內(nèi)部和外部因素共同作用產(chǎn)生的，外部因素主要為設(shè)備陳舊，設(shè)備的泄露時有發(fā)生。化肥生產(chǎn)一般是通過原料間的化學(xué)合成實現(xiàn)的，原料的種類繁多，化學(xué)性質(zhì)差異較大，一旦泄露對設(shè)備的腐蝕較為嚴重。氨是化肥生產(chǎn)的重要原料，在冷卻設(shè)備泄露后，氨進入循環(huán)水系統(tǒng)和氧氣在硝化細菌的催化作用下，通過硝化反應(yīng)生成硝酸和亞硝酸，增加整個循環(huán)水系統(tǒng)的酸性，導(dǎo)致金屬的腐蝕加快。同時，亞硝酸還會與殺菌劑氯反應(yīng)，殺菌效果明顯降低。設(shè)備泄漏后，諸如潤滑油等也將進入循環(huán)水系統(tǒng)中，換熱器的表面覆蓋一層致密的油膜，設(shè)備的換熱效率下降，生產(chǎn)成本增加。油類物質(zhì)會消耗循環(huán)水中的氧氣，促進厭氧類細菌的生長，導(dǎo)致氧化類殺菌劑的殺菌效果下降和加速點蝕的發(fā)生。油類物質(zhì)的分解也為微生物提供了必需的營養(yǎng)物質(zhì)。

2 防護措施

2.1 電化學(xué)腐蝕的防護措施

循環(huán)水設(shè)備的電化學(xué)腐蝕的成因與其所處的復(fù)雜環(huán)境有著密切的關(guān)系，這就要求不能采取單一的防護措施來解決電化學(xué)腐蝕問題。

緩蝕劑保護、覆蓋層保護和電化學(xué)保護是目前在電化學(xué)防護中普遍采用的措施。

緩蝕劑保護主要是向循環(huán)水系統(tǒng)中投放適量的能夠保護設(shè)備，可減緩和阻止電化學(xué)腐蝕發(fā)生的化學(xué)試劑。緩蝕劑保護效率高，成本低，操作簡單，但是其的應(yīng)用受溫度、廢液處理等很多條件的制約，通常與其他防護措施配合使用。

覆蓋層保護是在某些易被腐蝕的設(shè)備材料的表面覆蓋抗腐蝕性較強的材料，阻止腐蝕的發(fā)生。耐腐蝕性材料包括金屬和非金屬材料，可以大幅提高設(shè)備的抗腐蝕能力。在進行覆蓋層保護時，為了使設(shè)備表面金屬和耐腐蝕材料更好的結(jié)合，需要對設(shè)備表面進行必要的除油、除銹清理。除油主要是將洗滌劑加入到系統(tǒng)中，在高溫的條件下除去表面的油污；而除銹則是通過機械或酸洗法除去設(shè)備表面生的銹。磷酸鹽涂層是科研人員研發(fā)出一種新型的防腐措施，是在酸性磷酸鹽溶液中浸泡，在表面形成一層由磷酸鹽晶粒構(gòu)成的多孔的耐腐蝕的油膜，阻止腐蝕的發(fā)生。

2.2 微生物腐蝕的防護措施

循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備的微生物腐蝕的防護措施主要有涂層、物理和化學(xué)方法。涂層是在金屬表面覆蓋較為光滑的水性防腐材料使微生物不易被吸附，防腐材料中加入殺菌劑，涂層后殺菌劑從涂層中滲出，起到殺菌的作用。水性防腐材料的使用壽命最長也就幾年，這限制其在防腐領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。物理方法是在源頭上加以治理，通過紫外燈照射和超聲波對水源進行殺菌處理，此外，物理方法還通過除垢等措施，嚴格控制水源中細菌的數(shù)目?；瘜W(xué)方法是利用氯氣、次氯酸鈉等氧化型和季銨鹽類、有機硫化物和醛類等非氧化型殺菌劑的殺菌功效，減少系統(tǒng)中的細菌。細菌在氧化型殺菌劑的活性酶作用下，被分解成二氧化碳和水?；瘜W(xué)法是目前高效、方便、快速的殺菌方法。

2.3 氯離子的防護措施

大量實驗研究發(fā)現(xiàn)，在系統(tǒng)中單獨加入氧化膜類緩蝕劑或沉積膜類緩蝕劑，對于氯離子對設(shè)備的腐蝕的影響有限，使用氧化膜類緩蝕劑、沉積膜類緩蝕劑和鋅鹽類緩蝕劑配合使用，可以大幅降低腐蝕速率，但是分散劑會降低緩蝕劑的防腐效果。此外，有機磷酸鹽緩蝕劑無法抑制不銹鋼的孔蝕，但對于碳鋼具有明顯的防腐效果。

2.4 設(shè)備泄露的防護措施

對于設(shè)備泄露的防護主要是加強操作，嚴格控制操作條件，降低生產(chǎn)波動對設(shè)備的損害，此外還應(yīng)加強循環(huán)水水質(zhì)的監(jiān)測，重點關(guān)注pH值、NO3-、氨氮等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，針對監(jiān)測數(shù)據(jù)判斷設(shè)備狀況，及時采取相應(yīng)的措施，減少對設(shè)備的腐蝕。一旦發(fā)現(xiàn)氨泄漏到循環(huán)水系統(tǒng)，應(yīng)盡快排查設(shè)備，切除漏點；置換系統(tǒng)中的循環(huán)水，增加緩釋阻垢劑的投放量；盡量維持系統(tǒng)的pH值。油類物質(zhì)進入系統(tǒng)時，要及時從源頭切斷，增加緩蝕劑的投放量，加入表面活性劑清洗油污。

3 結(jié) 語

綜上所述，化肥生產(chǎn)裝置循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備腐蝕涉及諸多因素，在實際生產(chǎn)中，只有堅強操作和在線監(jiān)測，減緩各腐蝕因素對設(shè)備造成的腐蝕，才能實現(xiàn)安全、穩(wěn)定運行。

參考文獻：

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