化肥生產企業(yè)循環(huán)水系統設備腐蝕現狀及防護措施

唐冬梅

摘 要：循環(huán)水系統設備的腐蝕嚴重制約著化肥企業(yè)生產的穩(wěn)定、安全運行，文章系統闡述了化肥生產裝置循環(huán)水系統設備腐蝕的現狀，針對主要的腐蝕因素提出了具體的防護措施，從而保障了生產的正常進行。

關鍵詞：化肥生產；循化水系統；設備腐蝕；防護措施

中圖分類號：TB857 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）05-0103-02

1 循環(huán)水系統設備腐蝕現狀

設備的腐蝕是生產裝置現場跑、冒、滴、漏的罪魁禍首，同時也為安全生產埋下隱患，因此加強設備腐蝕的控制和在線監(jiān)測，減緩腐蝕，勢在必行。由于化肥生產過程中腐蝕介質多，操作條件復雜，產生腐蝕的因素主要有：電化學腐蝕、微生物腐蝕、氯離子腐蝕和設備泄露腐蝕。

1.1 電化學腐蝕

電化學腐蝕是設備腐蝕的常見形式之一，在循環(huán)水系統設備使用過程中，電化學腐蝕不可避免。隨著對電化學腐蝕機理研究的不斷深入，可以將電化學腐蝕的形式歸結為全面腐蝕和局部腐蝕[1]。顧名思義，全面腐蝕貫穿于整個設備之中，較為均勻的發(fā)生在金屬表面，腐蝕反應速度緩慢穩(wěn)定，不會引發(fā)緊急事故，而局部腐蝕緊緊集中于設備的局部區(qū)域，具有不確定性，設備突發(fā)事故的概率較大，點腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕是局部腐蝕常見形式，經過統計發(fā)現，在循環(huán)水設備中90%以上的設備事故是由局部電化學腐蝕導致的，而全面電化學腐蝕只占不到10%。在循環(huán)水設備中水與碳鋼等金屬直接接觸時，在金屬的表面會構成眾多的腐蝕微電池。這是由于金屬表面存在不均一性，水的導電性，而水中溶解了一定量的氧氣，導致活潑部位和不活潑部位分別形成微電池的陽極區(qū)和陰極區(qū)[2]。陽極上，碳鋼失去兩個電子被氧化生成亞鐵離子，溶于水中的氧得到2個電子，生成OH-，亞鐵離子與OH-進步反應生成Fe（OH）2，氧氣過量時，反應繼續(xù)進行，生成物主要為FeO·OH和Fe2O3·H2O。電化學腐蝕導致陽極區(qū)的金屬不斷溶解，導致輸水管線和設備的腐蝕損壞，設備泄露的幾率增大，產生的銹瘤會堵塞設備管線。利用掃描電子顯微鏡和XRD對設備腐蝕的典型部位進行定性分析，結果顯示，成分為Fe、Ca、Si、C、O等元素，主要為鐵的氧化物和水垢的成分。

1.2 微生物引起的腐蝕

由于循環(huán)水系統結構密閉，微生物在其適宜的溫度環(huán)境中得到繁殖生長，大量的微生物嚴重腐蝕金屬設備，出現穿孔，管道堵塞現象，降低設備的熱傳遞效率。在循環(huán)水系統中較為常見的微生物是硫酸鹽還原菌。微生物腐蝕最早發(fā)現在地下管道中，研究發(fā)現，微生物腐蝕普遍存在于礦井、化工設備和循化水設備中，其對多種金屬如碳鋼、鋁、銅等均具有腐蝕。微生物腐蝕給化肥生產企業(yè)帶來了嚴重的經濟損失，據統計，在化肥企業(yè)設備腐蝕中微生物腐蝕占30%，每年造成的損失多達上百億，因此，微生物腐蝕引起相關研究人員的重視與關注。

循環(huán)水系統是一種特殊的生態(tài)環(huán)境，為微生物的生存提供了較為適宜的營養(yǎng)物質、溫度、酸堿條件和氧氣。微生物在適宜的條件中大量繁殖，其排泄的黏液會改變設備表面金屬的理化特性，在金屬表面形成粘滑的一層生物膜，微生物被包裹在膜內，由于微生物的新陳代謝，在膜內外形成氧濃度差電池，加速設備的腐蝕[3]。貧氧區(qū)作為氧濃差電池的陽極，氧含量極低，而富氧區(qū)極易得到電子形成陰極。對設備造成腐蝕的微生物種類較多，主要包括：硫酸鹽還原菌、鐵細菌、硫桿菌等。

硫酸鹽還原菌是一種厭氧微生物，破壞能力極強，是微生物腐蝕的主要微生物之一。目前對其的腐蝕機理主要有陰極去極化理論和腐蝕產物相關理論兩種。陰極去極化理論認為硫酸鹽還原菌通過除去金屬表面的氫原子，硫酸根還原為二價硫離子，由于此過程中有硫化鐵的生成，導致了金屬的腐蝕。而腐蝕產物相關理論的研究主要集中于腐蝕產物上，一般認為腐蝕產物的堆積在金屬表面局部形成電池，導致腐蝕的發(fā)生。鐵細菌存在于金屬腐蝕污垢中，通過氧化使鐵離子由二價變?yōu)槿齼r，生成Fe（OH）3，硫化物氧化為硫酸鹽，加速金屬的腐蝕。硫桿菌則主要是在設備中生成酸性水，使金屬發(fā)生劇烈的腐蝕。

1.3 氯離子的腐蝕

隨著工業(yè)技術的發(fā)展，工業(yè)用水供求矛盾日益增大，目前企業(yè)普遍采取濃縮循環(huán)水來深挖潛能，減少新鮮水用量。但是，隨著濃縮工藝的進一步優(yōu)化，循環(huán)水中各離子濃度隨之上升，尤其是氯離子含量達到近800 mg/L，研究發(fā)現，氯離子對設備也產生一定的腐蝕。氯離子對設備的腐蝕主要體現在碳鋼的全面腐蝕和不銹鋼的孔蝕兩個方面。氯離子的活化性能極強，在與金屬接觸后，可迅速破壞金屬表面的氧化膜，并可阻止金屬再次成膜。氯離子的破壞氧化膜是由于換熱器的不銹鋼金屬內部本身存在內應力，使得金屬組織的穩(wěn)定性減弱，內部的晶粒在應力影響下發(fā)生了錯位。在金屬的表面通常有一層致密的氧化膜，阻止金屬與溶液的直接接觸。氯離子半徑小，可穿透氧化膜直接和金屬接觸，與金屬反應生成可溶性的物質，破壞氧化膜，使金屬產生腐蝕。氯離子需要到達一定濃度方可破壞氧化膜，條件的差異對氯離子的臨界濃度有很大的影響，在循環(huán)水中加入穩(wěn)定劑后。氯離子的臨界濃度由1 000 mg/L可提升到2 000 mg/L。氯離子對設備的腐蝕也收很多因素的影響，諸如循環(huán)水的溫度、酸堿性等。對腐蝕坑內外的腐蝕產物的分析結果顯示：在腐蝕坑外的產物基本不含氯元素，而在坑內的腐蝕產物中含有氯元素，這是因為在孔蝕形成后，為了保持蝕孔內的電中性，氯離子率先遷移到孔內，增強了蝕孔內的酸性，進一步加速了孔蝕的速率。

1.4 設備泄露引起的腐蝕

循環(huán)水系統設備的腐蝕由內部和外部因素共同作用產生的，外部因素主要為設備陳舊，設備的泄露時有發(fā)生?；噬a一般是通過原料間的化學合成實現的，原料的種類繁多，化學性質差異較大，一旦泄露對設備的腐蝕較為嚴重。氨是化肥生產的重要原料，在冷卻設備泄露后，氨進入循環(huán)水系統和氧氣在硝化細菌的催化作用下，通過硝化反應生成硝酸和亞硝酸，增加整個循環(huán)水系統的酸性，導致金屬的腐蝕加快。同時，亞硝酸還會與殺菌劑氯反應，殺菌效果明顯降低。設備泄漏后，諸如潤滑油等也將進入循環(huán)水系統中，換熱器的表面覆蓋一層致密的油膜，設備的換熱效率下降，生產成本增加。油類物質會消耗循環(huán)水中的氧氣，促進厭氧類細菌的生長，導致氧化類殺菌劑的殺菌效果下降和加速點蝕的發(fā)生。油類物質的分解也為微生物提供了必需的營養(yǎng)物質。

2 防護措施

2.1 電化學腐蝕的防護措施

循環(huán)水設備的電化學腐蝕的成因與其所處的復雜環(huán)境有著密切的關系，這就要求不能采取單一的防護措施來解決電化學腐蝕問題。

緩蝕劑保護、覆蓋層保護和電化學保護是目前在電化學防護中普遍采用的措施。

緩蝕劑保護主要是向循環(huán)水系統中投放適量的能夠保護設備，可減緩和阻止電化學腐蝕發(fā)生的化學試劑。緩蝕劑保護效率高，成本低，操作簡單，但是其的應用受溫度、廢液處理等很多條件的制約，通常與其他防護措施配合使用。

覆蓋層保護是在某些易被腐蝕的設備材料的表面覆蓋抗腐蝕性較強的材料，阻止腐蝕的發(fā)生。耐腐蝕性材料包括金屬和非金屬材料，可以大幅提高設備的抗腐蝕能力。在進行覆蓋層保護時，為了使設備表面金屬和耐腐蝕材料更好的結合，需要對設備表面進行必要的除油、除銹清理。除油主要是將洗滌劑加入到系統中，在高溫的條件下除去表面的油污；而除銹則是通過機械或酸洗法除去設備表面生的銹。磷酸鹽涂層是科研人員研發(fā)出一種新型的防腐措施，是在酸性磷酸鹽溶液中浸泡，在表面形成一層由磷酸鹽晶粒構成的多孔的耐腐蝕的油膜，阻止腐蝕的發(fā)生。

2.2 微生物腐蝕的防護措施

循環(huán)水系統設備的微生物腐蝕的防護措施主要有涂層、物理和化學方法。涂層是在金屬表面覆蓋較為光滑的水性防腐材料使微生物不易被吸附，防腐材料中加入殺菌劑，涂層后殺菌劑從涂層中滲出，起到殺菌的作用。水性防腐材料的使用壽命最長也就幾年，這限制其在防腐領域的廣泛應用。物理方法是在源頭上加以治理，通過紫外燈照射和超聲波對水源進行殺菌處理，此外，物理方法還通過除垢等措施，嚴格控制水源中細菌的數目?；瘜W方法是利用氯氣、次氯酸鈉等氧化型和季銨鹽類、有機硫化物和醛類等非氧化型殺菌劑的殺菌功效，減少系統中的細菌。細菌在氧化型殺菌劑的活性酶作用下，被分解成二氧化碳和水?；瘜W法是目前高效、方便、快速的殺菌方法。

2.3 氯離子的防護措施

大量實驗研究發(fā)現，在系統中單獨加入氧化膜類緩蝕劑或沉積膜類緩蝕劑，對于氯離子對設備的腐蝕的影響有限，使用氧化膜類緩蝕劑、沉積膜類緩蝕劑和鋅鹽類緩蝕劑配合使用，可以大幅降低腐蝕速率，但是分散劑會降低緩蝕劑的防腐效果。此外，有機磷酸鹽緩蝕劑無法抑制不銹鋼的孔蝕，但對于碳鋼具有明顯的防腐效果。

2.4 設備泄露的防護措施

對于設備泄露的防護主要是加強操作，嚴格控制操作條件，降低生產波動對設備的損害，此外還應加強循環(huán)水水質的監(jiān)測，重點關注pH值、NO3-、氨氮等關鍵數據，針對監(jiān)測數據判斷設備狀況，及時采取相應的措施，減少對設備的腐蝕。一旦發(fā)現氨泄漏到循環(huán)水系統，應盡快排查設備，切除漏點；置換系統中的循環(huán)水，增加緩釋阻垢劑的投放量；盡量維持系統的pH值。油類物質進入系統時，要及時從源頭切斷，增加緩蝕劑的投放量，加入表面活性劑清洗油污。

3 結 語

綜上所述，化肥生產裝置循環(huán)水系統設備腐蝕涉及諸多因素，在實際生產中，只有堅強操作和在線監(jiān)測，減緩各腐蝕因素對設備造成的腐蝕，才能實現安全、穩(wěn)定運行。

參考文獻：

[1] 趙惠萍，趙文娟，張曉芳.金屬電化學腐蝕與防腐淺析[J].化學工程與裝 備，2013，（10）.

[2] 呂紅，魏存發(fā)，梁寶峰，等.大化肥循環(huán)水系統腐蝕率高的原因剖析[J].石 化技術與應用，2000，（6）.

[3] 趙莉.冷卻水中微生物腐蝕及其控制研究 [D].上海：上海電力大學，2011.