井矿盐蒸发设备腐蚀及防腐蚀设计

夏德富

(天津长芦海晶集团有限公司，天津 300450)

1 前言

进入21世纪后，我国的井矿盐业得到了飞速发展，产量不断提高，在全国原盐总产量中的比重逐年增加，现在已经取代海盐占据了我国原盐市场主导地位，我国井矿盐年产量达约5 100万t。目前的井矿盐生产工艺基本采用多效真空蒸发、MVR蒸发，以及多效真空蒸发与MVR(或TVR)并用的制盐技术，并进一步向装置大型化、自动化方向发展。

随着井矿盐生产向大型化、自动化发展，对系统设备性能、质量的要求越来越高，国内新建成的大型井矿盐项目的主体设备如循环泵、蒸汽压缩机、离心机等基本采用国际先进水平的产品，但蒸发室、加热室等容器设备均由国内设计和制造。由于蒸发设备工作介质为高温盐卤，对一般金属材料具有非常强的腐蚀性，普通的碳钢和不锈钢设备根本无法保证设备长周期稳定运行，所以，如何防止井矿盐蒸发设备因腐蚀而发生损坏、保障设备长周期稳定运行，直接影响企业的经济效益，已经成为业内非常关注的重点问题。

2 井矿盐蒸发设备腐蚀概述

一般来讲，腐蚀特指金属的腐蚀。按照腐蚀的性质来看，可以分为化学腐蚀和电化学腐蚀。其中化学腐蚀主要是由非电解质和金属发生化学反应而导致的破坏，电化学腐蚀主要是指电解质溶液和金属发生化学反应而产生的破坏。在井矿盐蒸发设备中，高温、高压、高浓度氯离子水溶液是形成金属强电化学腐蚀的充分必要条件。

按照腐蚀的表面形态来看，腐蚀可以分为均匀腐蚀和局部腐蚀两大类，其中局部腐蚀又可以分为孔蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、应力腐蚀和磨损腐蚀等类型。据统计资料，腐蚀破坏中20%属于均匀腐蚀，80%则属于危险的局部腐蚀。

2.1 均匀腐蚀

均匀腐蚀也称全面腐蚀，是最常见的腐蚀形态，其特征是腐蚀均匀分布于金属的整个表面，使金属整体减薄。均匀腐蚀主要是金属与腐蚀介质持续发生化学反应或电化学反应，生成金属氧化物或将金属溶解，造成金属的全面减薄以致被破坏，不能再继续使用。普通碳钢材料在大气中的腐蚀都是典型的均匀腐蚀。

从腐蚀的量来看，全面腐蚀并不可怕，只要经过简单的挂片试验，就可准确地预计金属结构或设备的使用寿命，在设备设计时就可选用合适的材料，或采用油漆涂料、缓蚀剂、阴极保护或适当增加设备材料的厚度等，这些方法可单独使用，也可联合使用。控制全面腐蚀的技术措施较为简单。

2.2 局部腐蚀

局部腐蚀主要是由电化学腐蚀引起的，局部腐蚀是由于电化学因素的不均匀性形成局部腐蚀，原电池导致的金属表面局部集中腐蚀破坏，其阳极区和阴极区一般是截然分开的，可以用肉眼或微观检查方法加以区分和辨别，通常阳极面积比阴极面积小。局部腐蚀原电池可由异类金属接触形成原电池，或由介质浓度分布不均形成浓差电池，或由活化—钝化电池构成，也可以由金属材料本身的组织结构或成分的不均匀性以及应力或温度状态差异所引起。根据形成局部腐蚀电池的原因和腐蚀特点，可将局部腐蚀主要分为点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、以及应力和腐蚀因素共同作用下的应力腐蚀、开裂等。

与全面腐蚀相比，局部腐蚀造成的金属材料的质量损失虽然不大，但其危害性却要严重得多，如点蚀能导致容器穿孔泄漏，应力腐蚀则会导致构件的承载能力大大降低，晶间腐蚀可使金属在表面上看不出有任何变化的情况下丧失强度而碎裂。另外，局部腐蚀造成的失效事故往往没有先兆，一般为突发性的破裂泄漏，难以预测，局部腐蚀破坏的控制也较为困难，危险性较大。因此，在工程实际中由于局部腐蚀导致的事故比全面腐蚀多得多。

2.3 井矿盐设备腐蚀实例

山东肥城某盐化公司采用两套MVR蒸发设备，每套蒸发罐配两个加热室，两套强制循环泵，单个加热室加热面积6 952 m2，蒸发罐总高度约44 m，蒸发室规格DN11 m×28 m。采用非净化卤水直接进罐，石膏晶种防垢，单套蒸发装置生产能力60万t/a，主体设备如循环泵、蒸汽压缩机、离心机等从国外引进，设备过流部件选用3.1铜镍合金制造，采用DCS自动化控制技术，装置技术水平达国际先进水平。但蒸发室、加热室等容器设备均由国内配套设计和制造，考虑工程造价因素，除加热室选用TA10换热管，其余全部选用316L不锈钢复合板制造，装置运行不久，蒸发室以及加热室上下管箱均发生大面积严重腐蚀，加热室上管箱部位腐蚀最为严重。

经研究，设备腐蚀发生在不锈钢复合板复层，腐蚀部位集中在焊缝及热影响区，以及不锈钢表面污染区和缺陷区，均表现为典型的点蚀和晶间腐蚀。该实例说明，井矿盐蒸发设备采用不锈钢材质有可能发生严重腐蚀，在项目实施中应特别注意。

3 井矿盐蒸发设备防腐蚀设计

井矿盐蒸发设备腐蚀问题主要是由于项目单位在实施过程中考虑不周全而导致的，甚至为了片面追求减少工程投资和工程进度而降低了对设备的设计、制造及检验标准。为此，建议采取以下措施。

3.1 加强对设备材料的选择

同样的设备，同样的使用环境，设备防腐蚀材料不同，耐腐蚀性能也就不同。我国井矿盐业在蒸发制盐设备的材质选择方面，先后研究使用碳钢、不锈钢、黄铜、钛材和钛合金，有的项目因选材欠妥, 设备的某些部件在较短时间内就需修补更换, 甚至整个设备报废，不能正常生产。

目前，我国大部分精制盐项目设计普遍使用钛合金及纯钛作换热管，用316L或2205双相钢板材或不锈钢复合板制造蒸发室、循环管等；有的精制盐项目已经全部使用钛和钛合金材料，取得了很好的效果。

据资料介绍，国外精制盐设备普遍采用3.1合金等高级耐腐蚀材料，从山东肥城某公司使用情况来看，采用3.1合金制造的循环泵运行6 a多时间，未发生腐蚀。

选用高级耐蚀材料如3.1合金、钛及钛合金的设备虽然造价较高，但是设备的使用寿命是采用普通不锈钢等材料制造的设备无法比拟的，能够保证设备长周期稳定运行，减少维修及停产损失，节能降耗，提高企业的经济效益。

当然，使用钛材、3.1合金、316L以及2205不锈钢等性能较好的材料， 保证蒸发生产系统有效运行，提高了产品质量，但对项目的建设投资增加很大，投资回收的周期延长，矛盾较为突出，因此设备的选材应进行综合经济效益评估后决定。

3.2 设备结构与防腐设计

根据腐蚀发生的机理，当蒸发设备的形状设计比较复杂时，容易产生一些缺陷，如积垢、积液以及设备局部应力过大等，在电解质溶液中，形成各部位之间电位不均匀状态，造成设备局部位置出现电化学腐蚀现象，为了避免这种情况的发生，在进行设备结构设计时，设备构件的形状越简单越好，所有构件应尽可能采用相同的金属材料，并减少构件当中的缝隙，避免物料的滞留，防止机械设备焊接时出现热应力集中的情况，制定合理焊接工艺，并确保焊接质量，避免各种焊接缺陷的发生，如焊渣飞溅、焊瘤、咬边等，一旦形成这样的焊接质量缺陷便有可能导致该位置成为新的腐蚀点，进而引起严重的腐蚀现象。

3.3 选择优质的防腐涂料

进入21世纪后，防腐涂料技术得到快速发展，各种耐高温、耐磨损、高硬度防腐涂料相继问世，如各种纳米特种防腐涂料，能够保证腐蚀介质与设备金属构件完全隔离，从而达到防腐蚀的目的。需要特别注意的是在选用涂料防腐时，要在涂料的能力、防锈涂料的作用上提高要求，还要对涂料的构成、整体结构、表面状态以及周围环境有足够的研究。涂料防腐施工要严格按照施工规范进行，保证金属基体表面的处理质量以及涂料的施工质量。加大对表面处理质量重视程度，保证涂漆达到理想中的防腐效果。

3.4 腐蚀的控制

在金属设备上采取腐蚀控制措施，让其成为腐蚀电池中的阴极，从而减轻或者防止金属腐蚀的方法，它包括外加电流法和牺牲阳极保护法两种。外加电流法是将被保护的金属与另一附加电极作为电池的两个极，使被保护的金属做为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护的方法。牺牲阳极保护法是用电极电势比被保护的金属更低的金属或者合金作为阳极，使其固定在被保护的金属上，形成腐蚀电池，被保护的金属因做为阴极而得到了保护。阴极保护可以有效保护均匀的腐蚀之外，还能够有效预防材料的点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀等。两种腐蚀控制措施在井矿盐业都有比较成功的经验，具有经济实用的优势。

4 结束语

蒸发设备是井矿盐企业进行正常生产的核心设备，相比其它化工行业，井矿盐蒸发设备腐蚀更加严重，因此，设备的防腐问题逐渐受到了业内人士的普遍关注。文章在论述蒸发设备腐蚀类型基础上，建议从选材、设计、施工、运行、防护各个方面综合考虑设备的防腐问题，从而有效提高设备防腐能力，延长设备使用寿命，提高企业经济效益。