除鹽水站管道腐蝕與選材

陳 輝，張 旭

(中石油華東設(shè)計(jì)院有限公司，山東 青島 266071)

隨著煉廠規(guī)模的大型化，除鹽水站的規(guī)模也越來(lái)越大，離子交換法水處理工藝在除鹽水站中也運(yùn)用得越來(lái)越廣泛。離子交換樹(shù)脂常用酸或堿作再生劑，酸、堿都是強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，這些腐蝕的存在嚴(yán)重影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，也對(duì)人體和環(huán)境造成污染。為了使除鹽水站更安全可靠地運(yùn)行，管道設(shè)計(jì)除了考慮合理布置設(shè)備及工藝管道外，管道選材也變得尤為重要。

1 離子交換法工藝原理

離子交換法是指當(dāng)離子交換劑遇水時(shí)，能將本身具有的離子與水中帶同類電荷的離子進(jìn)行交換反應(yīng)的方法。除鹽水站離子交換法主要的工藝設(shè)備有纖維過(guò)濾器、活性過(guò)濾器、陽(yáng)離子樹(shù)脂交換器、陰離子樹(shù)脂交換器、混合離子交換器，酸堿儲(chǔ)罐等。離子交換法的簡(jiǎn)易流程見(jiàn)圖1，來(lái)自系統(tǒng)管網(wǎng)的生產(chǎn)水首先進(jìn)入原水箱，經(jīng)原水泵送入高效纖維過(guò)濾器去除水中大部分懸浮物等雜質(zhì)；過(guò)濾后的水送至活性炭過(guò)濾器去除水中有機(jī)物和游離氯；預(yù)處理后的水進(jìn)入陽(yáng)浮動(dòng)床除去水中的大部分陽(yáng)離子，陽(yáng)床出水進(jìn)入除碳器去除CO2，除碳器出水再進(jìn)入陰浮動(dòng)床除去水中強(qiáng)酸陰離子和弱酸陰離子；陰床出水進(jìn)入混床進(jìn)一步去除水中殘留的陰、陽(yáng)離子；精制合格的除鹽水達(dá)到二級(jí)除鹽水的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入除鹽水箱，經(jīng)除鹽水泵與系統(tǒng)來(lái)的凝結(jié)水換熱，再進(jìn)入除鹽水管網(wǎng)。

圖1 離子交換法水處理簡(jiǎn)易流程

2 除鹽水站管道腐蝕機(jī)理及防腐選材

2.1 酸腐蝕

除鹽水站一般會(huì)用到大量的酸液，至陽(yáng)床再生用鹽酸濃度一般為3%～5%，鹽酸儲(chǔ)罐的酸液濃度一般為30%左右；發(fā)生酸腐蝕的管道主要集中在卸酸罐、酸儲(chǔ)罐、酸計(jì)量泵、酸霧吸收器及陽(yáng)浮動(dòng)床等處，主要的腐蝕介質(zhì)就是酸液和酸霧。在整個(gè)除鹽水系統(tǒng)工作過(guò)程中，運(yùn)酸車接卸過(guò)程、酸液儲(chǔ)罐或計(jì)量罐內(nèi)襯老化破損、中和池密封差等原因造成的酸液、酸霧，會(huì)加劇設(shè)備及管道的腐蝕，使設(shè)備系統(tǒng)的密封、法蘭、閥門(mén)、管線和罐體等部位發(fā)生失效、開(kāi)裂現(xiàn)象，造成酸液大量外漏，不僅帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)造成環(huán)境嚴(yán)重污染、損害工作人員的安全和健康[1]。酸液對(duì)碳鋼的腐蝕主要為均勻腐蝕，對(duì)普通奧氏體不銹鋼可能產(chǎn)生點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

鹽酸對(duì)碳鋼的腐蝕主要為均勻腐蝕，對(duì)普通奧氏體不銹鋼可能產(chǎn)生點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂；綜合安全及造價(jià)等原因，此部分管道不宜選用碳鋼或普通不銹鋼。塑料管具有重量輕、耐腐蝕、安裝簡(jiǎn)便、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)；但強(qiáng)度和韌性較差，需要較多的支撐；酸液儲(chǔ)罐一般不與離子交換器布置在一個(gè)棚內(nèi)，若塑料管長(zhǎng)時(shí)間暴露在陽(yáng)光照射下容易發(fā)生老化，材料強(qiáng)度降低，最終易發(fā)生疲勞開(kāi)裂以至酸液泄漏，一般可用于除鹽水站中的小口徑管道(DN<40)。因此酸液管線宜選用鋼襯塑復(fù)合管，鋼襯塑復(fù)合管和管件具有良好的防腐蝕性能，并且具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，成本相對(duì)較低。設(shè)計(jì)襯塑管道時(shí)，要考慮在靠近法蘭，閥門(mén)或管件處進(jìn)行支撐，防止變形產(chǎn)生泄漏。

圖2 鋼塑復(fù)合管示意圖

鋼塑復(fù)合管道及管道附件安裝均為法蘭連接，是在鋼管的兩端焊接法蘭，在鋼管的內(nèi)壁和法蘭端面襯覆塑料，如圖2所示。法蘭連接襯塑鋼管與一般裝置的焊接管配管方式有所不同，必須精確計(jì)算管道的長(zhǎng)度，制造廠需根據(jù)管道單線圖統(tǒng)計(jì)定長(zhǎng)的法蘭管子和法蘭管件的數(shù)量。由于管件端部都是法蘭連接，因此現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)不能動(dòng)火；如出現(xiàn)管子管件長(zhǎng)度計(jì)算錯(cuò)誤，則會(huì)出現(xiàn)安裝尺寸偏差。

2.2 堿腐蝕

金屬在堿液中的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂稱為“堿脆”，碳鋼在堿液中的使用溫度與濃度極限見(jiàn)圖3，應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是指金屬在特定腐蝕介質(zhì)和固定拉應(yīng)力同時(shí)下發(fā)生的脆性開(kāi)裂，腐蝕和應(yīng)力的作用是相互促進(jìn)，而不是簡(jiǎn)單的疊加，應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是危害最大的局部腐蝕破壞形態(tài)之一。除鹽水站中發(fā)生堿脆的影響因素有堿液濃度、溫度和材料中存在的殘余應(yīng)力。有研究表明，只要NaOH濃度超過(guò)5%，碳鋼就可能發(fā)生堿脆，而以30%NaOH左右的濃度最為危險(xiǎn)，當(dāng)設(shè)計(jì)溫度超過(guò)80℃時(shí)，普通碳鋼就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕[2]。除鹽水站中堿液儲(chǔ)罐管線濃度最高為40%，堿洗管道濃度一般為3%，設(shè)計(jì)溫度一般為60℃；在此條件下為防止堿脆發(fā)生，堿洗管道宜選用碳鋼，并對(duì)焊縫進(jìn)行焊后應(yīng)力消除熱處理。

2.3 酸、堿廢液腐蝕

為減少酸堿廢液對(duì)環(huán)境的污染，陽(yáng)床、陰床以及混床再生的酸堿廢水排入中和池，進(jìn)行酸堿調(diào)節(jié)，當(dāng)pH值達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)(6～9)后排至附近廢水系統(tǒng)[3]。因酸堿廢水管道中廢液pH值不穩(wěn)定，因此酸堿廢液管道宜選用鋼襯塑復(fù)合管。中和池底通空氣攪拌中和廢水，由于再生廢水管線要插入中和池液面以下，且池中廢水pH值浮動(dòng)較大，因此要求靠近液面以上部分的廢水管道選用塑料管來(lái)提高防腐蝕性能；池底通空氣的管線由于長(zhǎng)期浸泡在廢水中，宜選用塑料管。

3 結(jié)束語(yǔ)

除鹽水站的管道選材既要考慮防腐安全性，也要考慮經(jīng)濟(jì)合理性。如何優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，合理選擇管道材料，減少酸堿腐蝕帶來(lái)的安全隱患及環(huán)境影響，對(duì)除鹽水站的正常運(yùn)行具有重大意義。

圖3 碳鋼在堿液中的使用溫度與濃度極限 參考文獻(xiàn)

[1] 吳繼霞．除鹽水站酸、堿系統(tǒng)的腐蝕與防護(hù)[J].煉油技術(shù)與工程，2006，36(8)：59-62．

[2] 陳合成.堿液腐蝕及防護(hù)技術(shù)[J].石油化工腐蝕與防護(hù),2004，21(1)，20-24.

[3] 王 淼．除鹽水站酸、堿系統(tǒng)的腐蝕與防護(hù)[J].工藝與設(shè)備，2017，11：188-189.