桨式干燥器腐蚀原因分析及解决措施

桨式干燥器腐蚀原因分析及解决措施

兰州油天然气源油气厂的干燥器于1994年开始使用。它的作用是为了保持分子筛浆料达到合格的焙烧质量以及减轻焙烧炉的热负荷。由于分子筛生产过程中需加入多种强酸、强碱,尤其是大量氯离子的存在,使得基材(18-8系列奥氏体不锈钢)发生了严重腐蚀,设备连续运行不到一年,就构成了潜在的安全隐患,极大地威胁着桨式干燥器的正常运行。1腐蚀现状与腐败原因1.1交换液nh4cl-涤纶法桨式干燥器工作介质为分子筛浆料,pH值为5.0～6.0,Cl-含量为35%(质量分数),由交换液NH4Cl带入,工艺温度为70～90℃,常压。桨式干燥器(包括桨叶轴、排空管)材质为1Cr18Ni9Ti,图1为结构简图。1.2桨式干燥器腐蚀成因2000年,一台桨式干燥器排空管突然断裂,造成系统停工。检查其他各台,发现排空管焊缝表面光亮,但敲击后焊缝周围管材即裂成碎块。清洗表面腐蚀产物后,用S-550扫描电镜观察,表明裂纹呈明显晶间腐蚀特征。其腐蚀机理为排空管焊接时,当焊缝和近缝母材在500～850℃受热时,过饱和的碳从奥氏体析出,形成Cr23C6,造成晶间贫铬区(敏化)。晶粒与晶界构成活化-钝化电池,而工作介质是高氯浆液,导致晶间腐蚀。由于应力与腐蚀协同进行,导致了沿晶应力腐蚀破裂,从而使排空管强度下降,最终导致失效断裂。另外,在桨式干燥器进料端头盖处与驱动装置相背一侧出现一些细长裂纹,有些地方已腐蚀穿孔。裂缝长度为300～700mm,最大宽度为10～25mm,裂纹分叉少,且有沿上下方向扩展的趋势。割取腐蚀样进行能谱分析,元素相对质量百分含量如表1所示。图2为桨式干燥器头盖裂纹形貌,图3为裂纹显微照片,可见裂纹呈平行扩展的特征。从分析结果可见,主要腐蚀性元素有O和Cl。进一步结构分析表明,垢物主要有FeCl2,CrCl3和Ni2O3。由此可见,该处腐蚀为Cl-所致的应力腐蚀开裂。经过滤、浓缩后进入桨式干燥器中的分子筛浆料中,其Cl-含量为35%左右。遵循“滑移-溶解-断裂”理论,当其受到来自驱动装置传递的强烈的拉伸应力后,引起奥氏体不锈钢表面钝化膜破裂。在偏酸性环境和有强侵蚀性氯离子大量存在的情况下,裸露的金属会遭溶解,进而在蚀坑周围重新生成新的钝化膜。上述过程周而复始,结果在高温和大量Cl-存在的腐蚀环境中,桨式干燥器该侧位置发生穿晶型应力腐蚀开裂,并继续发展,造成裂缝。1.3叶片滑穿,干预干燥观察干燥器叶片,表面有明显的冲刷蚀槽,叶片减薄严重,有些地方已经磨穿。有的叶片运行不到半年,就已经穿透泄漏,导致物料过热结块,使预干燥效果降低。垢样分析结果见表2所示,表明垢样中除O和Fe元素外,易产生腐蚀的Cl元素含量也比较高。1.4均匀腐蚀的产物1998年,装置大检修期间,发现设备顶盖表层覆盖有层状腐蚀物,极易剥落。内层为深褐色氧化铁腐蚀产物,说明桨式干燥器顶盖在高温和高湿度下,奥氏体不锈钢在氯化物中发生了均匀腐蚀。造成腐蚀的原因为被蒸发的物料水分在顶盖遇冷后凝结形成水膜,水膜中溶解了物料分解挥发出的HCl气体变成盐酸,使水膜pH值偏酸性。氯离子本身有很强的侵蚀性,使顶盖金属受到严重的酸性潮气腐蚀。2防止腐败和其他措施2.1减少氯化铵加入量降低交换液中氯离子的加入量,可控制腐蚀、延长设备的使用寿命。2001年,在不影响产品质量的前提下,一方面优化工艺条件、改用装置回收液来减少氯化铵加入量;另一方面,通过工业实验验证选择硫酸铵替代氯化铵做交换液的可行性,从根本上消除氯离子对设备的腐蚀,目前实验已取得突破性进展。2.2不锈钢的应用2520属高合金型双相不锈钢,合金成分中提高了Cr及Ni含量,同时含有钼元素,从而降低了氯脆敏感性,使钝化膜变得更加稳定,提高了耐孔蚀、应力腐蚀破裂能力。双相不锈钢的成分和组织的特点使孔蚀不易形成,延长了孔蚀的孕育期,改善了钢的耐晶间腐蚀和SCC性能。2000年经现场挂片实验结果表明,18-8奥氏体不锈钢减薄量是2520型不锈钢的3倍。这表明2520型不锈钢可满足耐现场Cl-腐蚀的要求。2001年,选用2520型不锈钢更新一台浆式干燥器,使用两年来未发现明显的腐蚀现象。2.3增强耐磨性能和耐cl-腐蚀能2000年,经过大量现场实验,对发生磨损腐蚀严重的桨式干燥器的叶片,采用表面热喷涂硬质高镍自熔合金(NiCrMoBSi)和陶瓷涂层,既增加了表面耐磨性能,又提高了耐Cl-腐蚀性能;同时,在楔形叶片顶端焊接抄板拨片(材质为1Cr18Ni9Ti,厚度约8mm),尽量减轻物料对叶片的摩擦。设备运行至今,除更换过抄料拨片,磨蚀问题已得到有效控制。2.4高聚陶瓷eg和htx防护涂料索泰(Thortex)高聚陶瓷涂层具有强附着力和阻止水和氧的渗透性,其耐腐蚀性能可满足现场工艺要求。索泰陶瓷防护涂料是英国伊伍德(E.WOODLIMITED)公司研制开发的新产品,其现场施工方便、易操作,而且涂装期短。该防护涂料采用高聚陶瓷EG和HTX配套使用。高聚陶瓷EG和HTX都具有极强的黏结力,极佳的物理、机械性能和优异的耐温、抗化学腐蚀性能。高聚陶瓷EG具有一定的金属性,而HTX显示优异的耐温变性和耐蚀性。自2000年工业应用至今,顶盖涂层完好,无剥落现象。2.5东南角设立保鲜剂,避免腐蚀由于碳钢管内衬搪瓷后,表面光滑,含Cl-的酸性冷凝水难于附着,从而避免了碳钢管发生腐蚀。2000年,采用内衬搪瓷碳钢管作为桨式干燥器排空管,衬里层厚度为5mm。2003年5月,装置停工检修期间观察管内壁表面,衬里完好,减薄量小于1mm。3桨式干燥器的腐蚀技术(1)浆液中高浓度氯离子是造成桨式干