环氧丙烷装置废水系统的腐蚀与选材
2019-10-28
(岳阳长岭设备研究所有限公司，湖南 岳阳 414000)
1 装置腐蚀情况
某石化分公司环氧丙烷装置采用双氧水制环氧丙烷法，该装置由一套150 kt/a 的双氧水生产线和一套100 kt/a的环氧丙烷生产线组成。装置排放废水含醇、醚、碱、重芳烃、蒽醌、磷酸三辛酯及水合肼等较难处理的污染物。该装置废水系统的管线及阀门在投用后半年发生多次腐蚀泄漏问题。腐蚀情况见图1至图2。
图1 阀门腐蚀形貌(铸铁)
图2 管线坑蚀形貌(Q235A)
2 极化法腐蚀电流密度测试
2.1 试验目的
考察Q235A，304，321，316L，0Cr13和双相钢6种金属材料在中和后腐蚀介质中的腐蚀电流密度。
2.2 试验方法
(1)选用1片小型试片(10 mm×10 mm)，经焊接、封装，制成工作电极。
(2)采用Tafel曲线外推法，测定6种材料在不同温度腐蚀介质中的腐蚀电流密度。
取1支工作电极，经打磨、水洗，酒精清洗后，放于H型电解池中，以铂丝或铂片电极为参比电极，以铂片或铂丝为辅助电极，以腐蚀介质为电解质。采用Ivium电化学工作站监测开路电位(自腐蚀电位Ec’)，待其基本稳定后，选择Tafel测试方法，设定相关参数(起始电位：Ec’-0.2V，终止电位：Ec’+0.2V，电位扫描速率：1 mV/s)，运行测量程序，数据存盘。运行数据拟合分析程序，计算得到自腐蚀电位Ec’和腐蚀电流密度Ic。
2.3 试验数据
进行了3次平行试验,试验结果见表1至表6。
表1 Q235A钢的腐蚀电流密度 μA/cm2
表2 304钢的腐蚀电流密度 μA/cm2
表3 321钢的腐蚀电流密度 μA/cm2
表4 316L钢的腐蚀电流密度 μA/cm2
表5 0Cr13钢的腐蚀电流密度 μA/cm2
表6 双相钢的腐蚀电流密度 μA/cm2
2.4 腐蚀电流密度与温度的关系
腐蚀电流密度随温度的变化曲线见图3。从图3可看出，6种材料的腐蚀电流密度随温度的升高而升高，在试验最高温度90 ℃的条件下，其腐蚀电流密度由小到大的排序为：316L，304，321，双相钢，0Cr13，Q235A，因此推荐选用316L或304不锈钢材质。
图3 电流密度随温度的变化曲线
3 质量损失法腐蚀速率测试
3.1 试验方法
取环氧丙烷装置废水10 kg用氨中和，得到pH值为7.9的原料水，将原料水分别置于5个密闭容器中，将预处理好的碳钢，0Cr13铁素体不锈钢,304,321,316L奥氏体不锈钢5种材质的试片各两片分别浸于5个容器中，分别以A代表碳钢，B代表0Cr13，C代表304，D代表321，E代表316L，在50 ℃时进行挂片腐蚀试验，挂片时间为7 d。
3.2 腐蚀形貌
挂片A腐蚀后试片表面发黑，存在轻微浮锈及腐蚀痕迹，其他挂片经处理后表面光亮，无明显腐蚀痕迹。
3.3 试验数据
腐蚀挂片质量损失数据见表7。
表7 腐蚀挂片质量损失数据
腐蚀速率的计算公式为:
式中：vt——腐蚀速率以厚度表示，mm/a；
m0——金属试件初始质量，g；
mt——消除腐蚀产物后的金属试件质量，g；
A——金属试件表面积，m2；
t——腐蚀进行的时间，h；
ρ——金属的密度，g/cm3,此处金属密度统一取7.93 g/cm3。
5种材质在50 ℃环氧丙烷装置废水(用氨中和)中的腐蚀速率见图4。
图4 各腐蚀挂片的腐蚀速率
从图4可见，在此腐蚀环境下腐蚀速率从大到小的排序为：碳钢>0Cr13>304>321>316L。316L在此环境下腐蚀速率最低。该结果与极化法腐蚀电流密度测试结果基本一致。
4 结 语
环氧丙烷装置废水系统腐蚀严重，通过极化腐蚀电流密度测试和挂片腐蚀速率测试考察了Q235A,304,321,316L,0Cr13,双相钢共计6种材料在此环境下的腐蚀行为，316L耐蚀性能最优，其次为304钢。综合考虑成本因素，建议采用304钢。
