延长稀酸泵运行周期的技术措施研究

王泽　晋迎升

摘要 针对硫酸车间稀酸泵存在的点腐蚀，从泵体材质是否满足介质要求、介质温度、介质浓度、介质冲刷、泵的运行状况、介质化学成分变化等六个方面的内容，研究各因素对泵体点腐蚀影响程度。研究发现介质中氟离子含量变化是导致点腐蚀的主要原因，通过采用碳纤维泵体材料，可以解决点腐蚀问题，延长泵的运行周期，节约大量资金。

关键词：稀酸泵；点腐蚀；氟离子；碳纤维。

1.前言

侯马北铜硫酸车间净化工序稀酸循环泵是空塔、填料塔生产运行的关键设备，为一用一备。它的运行状况直接影响净化工序降温、除尘、除热的工艺参数控制，是后序工序正常运行的前提和保证。

目前稀酸泵泵件材质为904型不锈钢，904型不锈钢具有良好的力学性能和抗腐蚀性能，在石油、化工行业得到广泛的应用，净化工序稀酸泵自建厂投产以来一直选用该型号的不锈钢材质，多年来该材质稀酸泵运行比较稳定，基本可以满足一个生产周期的使用。但自2012年以来该稀酸泵在使用过程中过流部件出现了严重的点腐蚀问题，腐蚀速度极快，使用寿命仅一个半月，一个生产周期其备件消耗达70万元以上，同时极大的增加了维修维护的劳动强度，成为制约制酸系统稳定运行的重大隐患。

2.原因分析

针对稀酸泵存在的点腐蚀，从人、机、料、法、环等方面入手，重点分析泵体材质是否满足介质要求、介质温度、介质浓度、介质冲刷、泵的运行状况、介质化学成分变化等六个方面的内容，研究各因素对泵体点腐蚀影响程度。

2.1 泵体材质是否满足介质要求

镍是奥氏体不锈钢中不可缺少的元素，通常镍含量不小于19wt.%，以保证获得单一的奥氏体元素。然而铬却属于铁素体形成元素，铬的含量不断增高，有利于铁素体的形成。两种元素在控制微观组织状态上存在激烈的竞争关系，一旦出现失衡，这会导致材料微观结构中包含铁素体，而奥氏体的电极电位与铁素体的电极电位是不一样的，在腐蚀介质中极易形成电池，导致材料的局部腐蚀。从这个角度出发，增加镍的含量，以保证材料微观结构只存在单一的奥氏体。表1为不同镍含量稀酸泵的使用寿命，统计结果表明单纯的增加镍含量，对改进904不锈钢的抗腐蚀没有明显作用。

2.2 介质温度

硫酸车间空塔循环槽稀酸历年来的温度统计数据如表2所示，可知酸温的变化很小，对增强稀酸溶液的腐蚀性能的影响不大，因此介质温度的变化不是造成点腐蚀的主要因素。

2.3 介质浓度

硫酸车间空塔循环槽稀酸浓度不能超过5%，历年来稀酸浓度的变化如表3所示，可知稀酸浓度没有超过规定值，并且酸浓度很低且变化不大，因此介质浓度的变化也不是造成点腐蚀的主要因素。

2.4 介质冲刷

泵在正常运转情况下，其内部介质会对泵的过流部件进行强力冲刷，历年来上酸压力记录显示上酸压力在0.28MPa左右浮动，且变化很小，根据自建厂以来稀酸泵的使用情况统计分析，2011年以前泵体的腐蚀情况比较缓慢，使用寿命在1年到2年之间，因此介质冲刷也不是造成点腐蚀的主要因素

2.5 泵的运行状况

长期以来车间稀酸泵的上酸压力为0.28MPa，泵运行的三相电流值测得为：97A、98A、98A，泵的震动值经现场测量很小，在泵正常运转使用要求范围以内，经长期观察泵的运行参数基本不变化，因此泵的运行状况也不是造成点腐蚀的主要因素。

2.6 介质化学成分的变化

不锈钢的耐蚀性，与其服役环境，即与其接触电解液PH值，温度等紧密相关。已有研究结果表明，含氟、氯、溴、碘离子的稀硫酸溶液对不锈钢表面的钝化膜有很大的破坏性，从而导材料发生点蚀。腐蚀物浓度或温度的微小变化，就能显著加快腐蚀速度。

氟与不锈钢组成元素亲合性很大，使得氟离子趋附于金属表面，由此可产生两个效应：其一，金属表面各处由于吸附氟离子量不尽相同，使得金属表面负电荷堆积情况不同，各处的电位也不同。氟离子吸附量大的地方，负电荷堆积严重，电位低，而氟离子吸附量小的地方，电位相对较高，由此，便产生了局部电位差，腐蚀电池得以形成。其二，氟离子吸附于金属表面，在一定程度上削弱了金属表面的剩余引力，从而降低了金属表面对氢原子的吸附力，吸附氢原子的复合脱附易于发生。由于以上两个效应，从而使不锈钢的放氢腐蚀得以发生。根据已有研究结果，含氟离子的稀酸溶液对不锈钢的腐蚀作用非常明显，如表4所示。

通过研究，硫酸车间的服役环境为含氢氟酸的稀硫酸，浓度<5%，Ph值<1；温度为55～65℃。几年来空塔循环槽稀酸所含氟离子质量百分比如表5所示：

根据现有研究结果，以及实际服役环境的对比，认为介质中氢氟酸导致泵产生点腐蚀，介质中氟离子浓度增加导致点腐蚀不断加剧，使得稀酸泵不能正常服役。

3.改进措施

由于904不锈钢在使用中存在的点腐蚀问题，必须探索新型的材料来代替其服役。

通过大量调研发现碳纤维是一种含碳量95%以上的高强度、高模量纤维的新型材料，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并具有优良的耐腐蚀性能，可以称为新材料之王，是国防军工、体育器材及工业应用的重要材料。碳纤维作为增强材料加入树脂中，形成的复合材料具有轻而强、轻而刚、耐腐蚀、耐高温、耐疲劳、结构尺寸稳定性好、可大面积整体成型等特点，比如其重量仅为钢的1/4，但强度和硬度可达钢的5倍以上。

将碳纤维复合材料用于稀酸泵结构上具有如下优点： ①重量轻：减小劳动强度，降低运输成本；②材料的强度、刚度、抗疲劳强度等性能均优于不锈钢。 ③热稳定性能好。④耐腐蚀性能优异，耐稀硫酸、氢氟酸、盐酸、海水等介质的腐蚀。可代替316L、904、Ti3等高合金材料。⑤用碳纤维复合材料制作泵体、泵盖、叶轮等。由于材料本身具有吸收振动的能力和叶轮转动惯量小。因此可降低泵的振动和噪声。⑥泵体等部件采用中温固化模压成型工艺，产品的几何尺寸精度和表面光洁度高，保证了泵的水利特性，同时提高了泵的效率，高于国家标准3～5个百分点。⑦维修性好：碳纤维复合材料具有成熟的现场修理、修复技术，可根据产品的损伤类型采取有效、经济的工艺方法修复构件的表面损伤和结构损伤区域。

4.结果验证

（1）硫酸车间安装JXY200-400碳纤维泵体、泵盖运转半年连续测定结果来看，效率增加，电流减小，噪音减小，效果有了明显的改善。

（2）碳纤维泵体、泵盖，重量是原先不锈钢的1/4，易于搬抬、更换，维修班人员作业环境得到有效改善，作业强度明显下降。

（3）试用后一直运行稳定可靠，经预算估计年节约资金可达50余万元。

5.結论

（1）针对稀酸泵存在严重点腐蚀的问题，从泵体材质是否满足介质要求、介质温度、介质浓度、介质冲刷、泵的运行状况、介质化学成分变化等六个方面进行系统研究，找到了稀酸泵点腐蚀问题的主要原因。

（2）通过采用新型泵体材料碳纤维复合材料，解决了稀酸泵点腐蚀的问题，使用后运行可靠，节约大量资金。

参考文献：

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