除盐水站管道腐蚀与选材

2019-04-15陈辉，张旭

山东化工 2019年6期

陈辉，张旭

(中石油华东设计院有限公司，山东青岛 266071)

随着炼厂规模的大型化，除盐水站的规模也越来越大，离子交换法水处理工艺在除盐水站中也运用得越来越广泛。离子交换树脂常用酸或碱作再生剂，酸、碱都是强腐蚀性介质，这些腐蚀的存在严重影响系统正常运行，也对人体和环境造成污染。为了使除盐水站更安全可靠地运行，管道设计除了考虑合理布置设备及工艺管道外，管道选材也变得尤为重要。

1 离子交换法工艺原理

离子交换法是指当离子交换剂遇水时，能将本身具有的离子与水中带同类电荷的离子进行交换反应的方法。除盐水站离子交换法主要的工艺设备有纤维过滤器、活性过滤器、阳离子树脂交换器、阴离子树脂交换器、混合离子交换器，酸碱储罐等。离子交换法的简易流程见图1，来自系统管网的生产水首先进入原水箱，经原水泵送入高效纤维过滤器去除水中大部分悬浮物等杂质；过滤后的水送至活性炭过滤器去除水中有机物和游离氯；预处理后的水进入阳浮动床除去水中的大部分阳离子，阳床出水进入除碳器去除CO2，除碳器出水再进入阴浮动床除去水中强酸阴离子和弱酸阴离子；阴床出水进入混床进一步去除水中残留的阴、阳离子；精制合格的除盐水达到二级除盐水的标准，进入除盐水箱，经除盐水泵与系统来的凝结水换热，再进入除盐水管网。

图1 离子交换法水处理简易流程

2 除盐水站管道腐蚀机理及防腐选材

2.1 酸腐蚀

除盐水站一般会用到大量的酸液，至阳床再生用盐酸浓度一般为3%～5%，盐酸储罐的酸液浓度一般为30%左右；发生酸腐蚀的管道主要集中在卸酸罐、酸储罐、酸计量泵、酸雾吸收器及阳浮动床等处，主要的腐蚀介质就是酸液和酸雾。在整个除盐水系统工作过程中，运酸车接卸过程、酸液储罐或计量罐内衬老化破损、中和池密封差等原因造成的酸液、酸雾，会加剧设备及管道的腐蚀，使设备系统的密封、法兰、阀门、管线和罐体等部位发生失效、开裂现象，造成酸液大量外漏，不仅带来经济损失，还会造成环境严重污染、损害工作人员的安全和健康[1]。酸液对碳钢的腐蚀主要为均匀腐蚀，对普通奥氏体不锈钢可能产生点蚀和应力腐蚀开裂。

盐酸对碳钢的腐蚀主要为均匀腐蚀，对普通奥氏体不锈钢可能产生点蚀和应力腐蚀开裂；综合安全及造价等原因，此部分管道不宜选用碳钢或普通不锈钢。塑料管具有重量轻、耐腐蚀、安装简便、造价较低等优点；但强度和韧性较差，需要较多的支撑；酸液储罐一般不与离子交换器布置在一个棚内，若塑料管长时间暴露在阳光照射下容易发生老化，材料强度降低，最终易发生疲劳开裂以至酸液泄漏，一般可用于除盐水站中的小口径管道(DN<40)。因此酸液管线宜选用钢衬塑复合管，钢衬塑复合管和管件具有良好的防腐蚀性能，并且具有较高的机械强度，成本相对较低。设计衬塑管道时，要考虑在靠近法兰，阀门或管件处进行支撑，防止变形产生泄漏。

图2 钢塑复合管示意图

钢塑复合管道及管道附件安装均为法兰连接，是在钢管的两端焊接法兰，在钢管的内壁和法兰端面衬覆塑料，如图2所示。法兰连接衬塑钢管与一般装置的焊接管配管方式有所不同，必须精确计算管道的长度，制造厂需根据管道单线图统计定长的法兰管子和法兰管件的数量。由于管件端部都是法兰连接，因此现场安装时不能动火；如出现管子管件长度计算错误，则会出现安装尺寸偏差。

2.2 碱腐蚀

金属在碱液中的应力腐蚀开裂称为“碱脆”，碳钢在碱液中的使用温度与浓度极限见图3，应力腐蚀开裂是指金属在特定腐蚀介质和固定拉应力同时下发生的脆性开裂，腐蚀和应力的作用是相互促进，而不是简单的叠加，应力腐蚀开裂是危害最大的局部腐蚀破坏形态之一。除盐水站中发生碱脆的影响因素有碱液浓度、温度和材料中存在的残余应力。有研究表明，只要NaOH浓度超过5%，碳钢就可能发生碱脆，而以30%NaOH左右的浓度最为危险，当设计温度超过80℃时，普通碳钢就会发生严重的腐蚀[2]。除盐水站中碱液储罐管线浓度最高为40%，碱洗管道浓度一般为3%，设计温度一般为60℃；在此条件下为防止碱脆发生，碱洗管道宜选用碳钢，并对焊缝进行焊后应力消除热处理。

2.3 酸、碱废液腐蚀

为减少酸碱废液对环境的污染，阳床、阴床以及混床再生的酸碱废水排入中和池，进行酸碱调节，当pH值达到排放标准(6～9)后排至附近废水系统[3]。因酸碱废水管道中废液pH值不稳定，因此酸碱废液管道宜选用钢衬塑复合管。中和池底通空气搅拌中和废水，由于再生废水管线要插入中和池液面以下，且池中废水pH值浮动较大，因此要求靠近液面以上部分的废水管道选用塑料管来提高防腐蚀性能；池底通空气的管线由于长期浸泡在废水中，宜选用塑料管。