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PTA裝置不銹鋼設(shè)備的腐蝕

2020-12-22 06:03:55 大連天凡(集團(tuán))股份有限公司 閱讀 396

根據(jù)多年來對(duì)國內(nèi)PTA(精對(duì)苯二甲酸)裝置的腐蝕調(diào)研,尤其是近年來引進(jìn)裝置進(jìn)行了工藝優(yōu)化,擴(kuò)能改造后發(fā)現(xiàn)不銹鋼設(shè)備腐蝕日趨嚴(yán)重,特別是點(diǎn)蝕最為普遍,對(duì)安全穩(wěn)定生產(chǎn)造成較大的危害。為此有必要從實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),對(duì)不銹鋼點(diǎn)蝕產(chǎn)生原因與防護(hù)對(duì)策進(jìn)行探討。
 

1 PTA裝置生產(chǎn)工藝及不銹鋼選用【l】

PTA裝置分氧化與精制兩個(gè)單元。氧化單元以PX為原料、醋酸(90%~95%)為溶劑、醋酸錳與醋酸鈷為催化劑、四溴乙烷為促進(jìn)劑,在185~195℃,1 MPa條件下進(jìn)行氧化反應(yīng)生產(chǎn)CTA(粗對(duì)苯二甲酸)。精制單元以CTA為原料,通過在280℃,7 MPa和0。7 MPa氫分壓下經(jīng)Pd/C催化劑作用,發(fā)生加氫還原反應(yīng)除去CTA中的4-CBA等雜質(zhì),得到高純度PTA。
氧化單元反應(yīng)器等溫度高于135℃的設(shè)備采用鈦材,其余溫度小于135℃的設(shè)備基本上采用316L和3L7L;也采用2205,904L,329J2L和254SMo不銹鋼與Hastelloy C-276鎳合金。雖然根據(jù)不同環(huán)境,不同材料抗含Br-和Cl-醋酸的腐蝕,但不銹鋼仍會(huì)產(chǎn)生不同程度的點(diǎn)蝕。精制單元在加氫反應(yīng)器及大多數(shù)設(shè)備中采用了304 L,由于除去Br-,可不采用316L;還因?yàn)楹琈o鋼,溶出的Mon+對(duì)聚酯變色有影響。304L能抗高溫PTA的均勻腐蝕,但如含有Clˉ會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)蝕。
 

2  PTA裝置不銹鋼點(diǎn)蝕形狀分析

根據(jù)對(duì)中國石化上海石油化工股份有限公司(以下稱上海石化股份公司),中國石油化工股份有限公司天津分公司(以下稱天津分公司),中國石油化工股份有限公司洛陽分公司與中國石化儀征化纖股份有限公司等石化廠PTA裝置的調(diào)研,可以確認(rèn)304L和316L等不銹鋼危害最普遍較嚴(yán)重的局部腐蝕是點(diǎn)腐蝕。
點(diǎn)腐蝕又稱孔蝕,在PTA裝置發(fā)生的點(diǎn)蝕形貌見圖1,2.。

從不銹鋼點(diǎn)蝕形貌來說,如點(diǎn)蝕孔在單位表面上數(shù)量較少,由于腐蝕電流集中,深入發(fā)展的可能性較大,則危害性大;反之,如蝕孔數(shù)量較多,且較淺,則危害性較小,當(dāng)然蝕孔最大深度和平均腐蝕深度比值越大,說明,點(diǎn)蝕越嚴(yán)重。因此深窄形、下底形、垂直形危險(xiǎn)性大,又底切形,水平發(fā)散形危害性也大,而淺寬形、半球形、橢圓形相對(duì)來說危害性較小,因?yàn)樵谀撤N程度上,在點(diǎn)蝕發(fā)展過程中已逐漸趨向再鈍化而不再發(fā)展。潰瘍狀、蜂窩狀與坑狀從腐蝕形貌來看最為嚴(yán)重??傊?,點(diǎn)腐蝕形貌既取決蝕孔內(nèi)存在的條件(與腐蝕介質(zhì)組成有關(guān)),又取決于金屬的性質(zhì)、組成和結(jié)構(gòu)等。
 

3 PTA裝置不銹鋼點(diǎn)腐蝕原因

3。l PTA生產(chǎn)設(shè)備中Br-和Cl-的來源
PTA裝置氧化生產(chǎn)工藝采用催化促進(jìn)劑四溴乙烷也有采用氫溴酸,一般氧化反應(yīng)工藝控制為700~900 mg/L Br-,因而Br-是不可避免的,對(duì)鈦設(shè)備影響很少,但對(duì)不銹鋼影響很大,雖然后續(xù)設(shè)備物料中Br-的質(zhì)量濃度每升逐漸減到數(shù)百至數(shù)十毫克,但同樣會(huì)對(duì)不銹鋼設(shè)備造成點(diǎn)蝕;在催化劑制備及其回收系統(tǒng)的不銹鋼設(shè)備上,由于介質(zhì)中Br-大于1000 mg/L故對(duì)不銹鋼點(diǎn)蝕將更加嚴(yán)重。
PTA裝置中的Cl-一主要來源于堿洗、氧化和精制單元。為了消除系統(tǒng)中設(shè)備物料的沉積,尤其是加氫反應(yīng)器為了Pd/C催化劑的再生需不定期采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%~2%的NaOH溶液堿洗。NaOH產(chǎn)品中總含有一定量的NaCl,由于堿洗不當(dāng),沖洗不凈,殘余的Cl-可能沉積在設(shè)備死角、縫隙、焊縫缺陷及已有的蝕坑等處。此外Cl-還可能來自上游冷凝冷卻器泄漏導(dǎo)致循環(huán)水中的C1-進(jìn)入物料系統(tǒng)中,雖然殘Clˉ可能僅只有幾十個(gè)mg/L,但在垢下濃縮,就可產(chǎn)生點(diǎn)蝕。
3。2   Br-和Cl-對(duì)不銹鋼點(diǎn)蝕的作用[2]
Br-C1-PTA裝置不銹鋼發(fā)生點(diǎn)蝕的“元兇”,它們易于吸附于鋼表面造成缺氧區(qū),會(huì)局部破壞不銹鋼的鈍化膜,而誘發(fā)點(diǎn)蝕形核。
 

4 PTA裝置不銹鋼設(shè)備點(diǎn)蝕事例

下列事例選自上海石化股份公司及天津分公司,其PTA裝置均為日本三井引進(jìn),裝置位號(hào)一致。
4。1 吸附塔
TT-1131AB兩臺(tái)吸附塔是經(jīng)反應(yīng)冷凝后的濕廢氣,從上而下通過裝填90%硅膠和10%活性炭的塔體,以脫除水分與有機(jī)物,塔外壁有蒸汽盤管加熱,操作溫度為160~200℃。由于廢氣中主要為氮?dú)?,但還存在少量含Br一醋酸,廢氣從塔中至塔底經(jīng)過3層塔盤硅膠與活性炭吸附,在塔底溫度較低(小于露點(diǎn)溫度)時(shí)形成氫溴酸,對(duì)不銹鋼(316L)造成劇烈腐蝕。塔底封頭大面積點(diǎn)坑狀腐蝕,構(gòu)架濾網(wǎng)塌落。上海石化股份公司開車10余年來,年年檢修,均用316L焊補(bǔ)襯里,仍產(chǎn)生嚴(yán)重點(diǎn)蝕。后采用254SMo鋼焊襯也不理想。在擴(kuò)容改造時(shí)用鈦復(fù)合板制造才解決問題。而天津分公司近年腐蝕同樣嚴(yán)重,濾網(wǎng)幾乎蝕失殆盡,塔下部大面積坑蝕,幾年穿孔,只能對(duì)內(nèi)件更換及對(duì)塔體焊補(bǔ),建議應(yīng)鈦制更新。
4.2 干燥機(jī)         
4。2。1 事例1
TM304 和 CTA 干燥機(jī) (φ3100 mm ×21500 mm),材料316L、管式回轉(zhuǎn)型,殼程通入水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%~20%的CTA濾餅,經(jīng)過管程蒸汽加熱除去水分與醋酸,得到CTA粉料,操作溫度上海石化股份公司(SPC)為135℃(殼)/156℃(管);天津分公司TPC為132℃(殼)/142℃(管),同時(shí)通入逆流循環(huán)氮?dú)猓ㄑ醯馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%~5%),以吹去醋酸水蒸氣。
(1)上海石化股份公司:列管未拋光、進(jìn)料段呈麻點(diǎn)狀腐蝕、中段呈點(diǎn)坑腐蝕且有全面腐蝕(從3~1.5 mm),一根管子因壁厚減薄及局部點(diǎn)蝕引起強(qiáng)度下降(管內(nèi)壓力0.47MPa,管外0.01 MPa)而開裂,見圖3,4。出口段管子光潔但有沖刷跡象,該機(jī)僅投運(yùn)4年,列管就全部更新。
 
  
 
 
 
(2)天津分公司:列管經(jīng)鏡面拋光,現(xiàn)已失去光澤,但未見明顯點(diǎn)蝕。殼體內(nèi)壁從第二節(jié)開始普遍手感粗糙,局部大面積蝕坑,尤以第3節(jié)、第4節(jié)最為嚴(yán)重,呈點(diǎn)坑狀,支掌板呈潰瘍狀腐蝕,環(huán)焊縫腐蝕明顯,呈灰黑色,見圖5。

4。2。2事例2
PM404 和 PTA 干燥機(jī) (φ3100mm ×2800 mm),上海石化股份公司材料原用304后改316;天津分公司殼體329J2L復(fù)合板、列管316L,殼程通入濕PTA濾餅,經(jīng)過管程蒸汽加熱得到PTA粉料,并通入逆向氮?dú)馀懦魵狻2僮鳒囟龋篠PC 135℃(殼)/156℃(管);TPC 130℃(殼)/140℃(管)列管。SPC未拋光,TPC拋光。
(1)上海石化股份有限公司:運(yùn)轉(zhuǎn)2年后,由于結(jié)垢嚴(yán)重,在中部殼體及列管外表發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重點(diǎn)蝕,并引起SCC(應(yīng)力腐蝕)。為此用316L管更新,但仍發(fā)生不同程度的點(diǎn)蝕坑,但比TM304腐蝕輕,見圖6。    

 
(2)天津分公司:由于拋光不易結(jié)垢,腐蝕僅在中、后部,距進(jìn)料部第5第6節(jié),除列管外,支掌板及筒體內(nèi)壁發(fā)生點(diǎn)坑狀、甚至潰瘍狀腐蝕,以及環(huán)焊縫呈蝕溝,見圖7,8。
腐蝕原因分析:基本上同TM304,中部溫度較進(jìn)料部低些(小于露點(diǎn)),在干濕交替環(huán)境造成鹽酸析出而產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕,拋光捷面也不能幸免。雖然介質(zhì)中僅含幾個(gè)mg/L Br-,但經(jīng)能譜分析有來自堿洗帶來的殘余Cl-。
  
4。3 母液罐
SPC PD403 立式母液罐(φ2900 mm×4450 mm),材質(zhì)304L,夾套蒸汽加熱,有攪拌漿,操作溫度151/164℃,操作壓力0.57/0.86 MPa,介質(zhì)為母液(PTA加水),由于堿洗帶來的殘Cl-,在氣液交界部位曾發(fā)生嚴(yán)重點(diǎn)蝕,并產(chǎn)生SCC,2001年更新,經(jīng)3年使用,在液位線附近又發(fā)生嚴(yán)重點(diǎn)蝕,并在環(huán)焊縫處有2處開裂。2005年更換2205雙相鋼,雖情況有好轉(zhuǎn),但至2008年又發(fā)現(xiàn)點(diǎn)蝕坑,深約2 mm,環(huán)焊縫區(qū)橫向裂紋、深度達(dá)壁厚的一半,見圖9

TPC PD103母液罐由304L制成,無夾套蒸汽加熱,由于操作溫度較低(35℃),情況尚好,未發(fā)現(xiàn)SCC。
4。4 再打漿罐
TPC TD-300A由16MnR加317L復(fù)合板制成,罐體14加3、封頭22加3(φ6400 mm×5200 mm),盤管伴熱,有攪拌器,介質(zhì)為CTA加含Br-醋酸,操作溫度104℃。2006年發(fā)現(xiàn)罐底6處較大蝕坑,部分蝕坑已露出鋼基層。為此在317L板上再襯貼3mm厚的316L板作為臨時(shí)修復(fù)措施,經(jīng)2年使用后于2008年打開檢視發(fā)現(xiàn)罐體下部316L襯板仍有不少點(diǎn)蝕坑,并發(fā)現(xiàn)至少3處泄漏。
腐蝕原因分析:(1)國內(nèi)自制,由于焊接質(zhì)量不過關(guān),從焊接缺陷處滲人含Br-(約100~200 mg/L)介質(zhì)腐蝕;(2)該罐作為備用,進(jìn)料后長期停留,Br-濃縮造成點(diǎn)蝕。
4.5閃蒸醋酸冷凝器及其進(jìn)料管道
TE-203閃蒸醋酸冷凝器(φ1700 mm×3000 mm),材質(zhì)316L,操作溫度33/45℃(管),112/55.5℃(殼),管程為循環(huán)水,殼程為醋酸廢氣,來自TD-201氧化反應(yīng)器下部質(zhì)量分?jǐn)?shù)約27%CTA漿料在TD-203漿料罐減壓,部分醋酸蒸發(fā),蒸發(fā)的醋酸經(jīng)過TM203再到TE-203冷卻后回收到TD-204儲(chǔ)槽。TE-203的進(jìn)料管遭也采用316L,它正處于鈦材到316L材質(zhì)變換位置。經(jīng)幾年使用發(fā)現(xiàn),SPC TE-203管板蝕坑達(dá)幾個(gè)mm深,TPC TE一203管束常常泄漏,尤其是TPC的TE-203進(jìn)料管線(φ300 mm)出現(xiàn)晶間腐蝕,肉眼隱約可見微細(xì)的晶界,整條管線焊縫出現(xiàn)大面積腐蝕,尤其第一節(jié)法蘭翻邊最為嚴(yán)重。腐蝕原因是由于醋酸氣體從高壓降到低壓(TD-203從0。l MPa降到TE-203 0。05 MPa),流量大、流速高,而且閃蒸醋酸含Br-較高(500~600 mg/L),造成劇烈的腐蝕,尤其對(duì)管板管口造成湍流沖蝕。
 
高溫含鹵醋酸與對(duì)苯二甲酸的點(diǎn)腐蝕
5。1 氧和氧化劑對(duì)點(diǎn)蝕的控制
不銹鋼在高溫醋酸中發(fā)生點(diǎn)蝕是由于Cl-或Br-和氧的競爭吸附結(jié)果而造成的,當(dāng)金屬表面上氧的吸附點(diǎn)被Cl一或Br-所代替時(shí)形成可溶性金屬-羥一氯(溴)絡(luò)合物時(shí),而破壞膜發(fā)生點(diǎn)蝕,這里氧與鹵素離子均是必要的控制條件,缺一不可。在溶解氧較多時(shí),氧與Clˉ和Br-共同作用,主要發(fā)生氧去極化腐蝕;在溶解氧較少時(shí),氧與Cl-和Br-共同作用,主要發(fā)生氫去極化腐蝕。如PTA裝置氧化單元,現(xiàn)今為提高生產(chǎn)率,從原來的空氣氧化工藝改為富氧氧化工藝,由于氧達(dá)到較高質(zhì)量濃度,可使不銹鋼由鈍化變成過鈍化態(tài),雖然反應(yīng)器等大于135℃的設(shè)備選用鈦材無過鈍化,安然無恙,但在后續(xù)溫度為100~135℃的采用316L的設(shè)備(例如TE-203閃蒸醋酸冷凝器及其管線),就會(huì)產(chǎn)生全面腐蝕與點(diǎn)蝕、甚至晶間腐蝕。氧化單元大部分設(shè)備屬于氧化性環(huán)境,陰極主要發(fā)生吸氧反應(yīng),但該單元的后續(xù)工序,尤其是工藝流程的出口端,如干燥機(jī)通有N2,雖含少量O2,屬還原性環(huán)境,陰極主要發(fā)生放氫反應(yīng),也會(huì)產(chǎn)生全面腐蝕與點(diǎn)蝕。在精制單元進(jìn)行加氫反應(yīng),基本上去除了氧,但在高溫(280~150℃)對(duì)苯二甲酸中(含有少量Cl,微量Br-)屬于還原性環(huán)境,不銹鋼發(fā)生點(diǎn)蝕,但全面腐蝕相對(duì)于氧化單元較輕。
除氧外,還有去極化有效的一些金屬離子作為氧化劑能加速不銹鋼點(diǎn)蝕的發(fā)生。作為腐蝕產(chǎn)物最重要的是Fe3+,由于陽極反應(yīng)2Fe2Fe24e,陰極反應(yīng)Fe3eFe2,所以Fe3在點(diǎn)蝕發(fā)生過程中起著陰極去極化作用。其它金屬離子如從催化劑醋酸鈷、醋酸錳分解的Co2+→C3+,Mn3+→Mn2+,對(duì)點(diǎn)蝕的影響相對(duì)較小。但這些變價(jià)的金屬離子如與Clˉ和Br-—起進(jìn)行交互作用,將使不銹鋼的點(diǎn)蝕與均勻腐蝕更為嚴(yán)重。
總之,不銹鋼在高溫含Cl-和Br-醋酸中發(fā)生點(diǎn)蝕必須要有氧或氧化劑,不管過量還是少量,正如發(fā)生氯脆(CSCC)也需要氧一樣。因?yàn)橹挥泻幸欢ǖ难?,可使點(diǎn)蝕坑周邊保持鈍態(tài)的情況下,形成活化/鈍化電池,才能向深處發(fā)展,如徹底除氧,則難以發(fā)生點(diǎn)蝕。反之,單是有氧或氧化劑,而沒有Cl-或Br-,也不會(huì)發(fā)生點(diǎn)蝕。這在SPC機(jī)研所1990年曾在取自現(xiàn)場含Br-醋酸中通O2和N2與不通氣3種情況下對(duì)316L,317L和904L試樣進(jìn)行電化學(xué)極化曲線測定與浸漬腐蝕試驗(yàn)也已證明,通O2時(shí)進(jìn)入過鈍化區(qū)產(chǎn)生點(diǎn)蝕,而通氮?dú)鈺r(shí)不產(chǎn)生點(diǎn)蝕,不通氣在空氣中也產(chǎn)生點(diǎn)蝕。中科院冶金所1983年為解決SPC滌綸廠屏蔽泵葉輪、研制新鋼種而進(jìn)行通O2,通氮?dú)馀c通空氣的腐蝕試驗(yàn)(在125℃含Clˉ醋酸中),也證明通氧使316鋼促進(jìn)均勻腐蝕與點(diǎn)蝕。
5。2 點(diǎn)蝕電位與鹵素離子質(zhì)量濃度    
不銹鋼點(diǎn)蝕應(yīng)發(fā)生于某一臨界電位Eb(或稱擊穿電位)以上。如鋼的Eb較高,表征其抗點(diǎn)蝕性能越好。不銹鋼點(diǎn)蝕大多發(fā)生于鈍化膜最不穩(wěn)定的變換部位,如鈍化區(qū)/過鈍化區(qū)變換部位,活化區(qū)/鈍化區(qū)變換部位,見圖10,這類似于SCC發(fā)生的部位,點(diǎn)蝕也可能發(fā)生于過鈍化區(qū)。

不銹鋼點(diǎn)蝕發(fā)生與Clˉ和Br-質(zhì)量濃度有關(guān),只有當(dāng)C1-和Br-達(dá)到某一質(zhì)量濃度時(shí)才達(dá)到點(diǎn)蝕擊穿電位。據(jù)文獻(xiàn)[3]報(bào)道:
 

在PTA裝置的一些不銹鋼設(shè)備中,雖然Cl-或Br-質(zhì)量濃度較低,但由于該裝置物料多為漿料,易產(chǎn)生沉積,Cl-或Br-會(huì)在垢下濃縮富集,達(dá)到幾百mg/L,甚至質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到1%以上,超過點(diǎn)蝕臨界電位所要求的質(zhì)量濃度,尤其在鈍化膜不穩(wěn)定部位會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重點(diǎn)蝕。
5。3 冶金因素對(duì)不銹鋼點(diǎn)蝕的影響[4,5]
冶金因素對(duì)不銹鋼點(diǎn)蝕有較大影響,其中提高不銹鋼抗Cl-點(diǎn)蝕最有效元素是鉻、鉬與氮,鎳、硅與釩等也有好的作用,Mn和S對(duì)點(diǎn)蝕有促進(jìn)作用。
從各種不銹鋼與鎳合金的臨界點(diǎn)蝕溫度(CPT)與臨界縫隙溫度(CCT)的比較,也可看出有關(guān)元素的作用。
近年提出按合金成分來判斷不銹鋼在含Cl-介質(zhì)中抗點(diǎn)蝕能力的指數(shù)PRE:
對(duì)300系列奧氏體不銹鋼
PRE=%Cr十3.3 % Mo+30%N
對(duì)雙相不銹鋼
PRE=%Cr+3.3% Mo+16 %N;
對(duì)Cr一Ni-Mo-Mn-N不銹鋼      
PRE=%Ct+3.3 % Mo+30%N-%Mn   [6]
合金元素對(duì)不銹鋼點(diǎn)蝕電位的影響見圖11。這里Cr的作用主要提高了鈍化膜點(diǎn)蝕的穩(wěn)定性;Mo的作用主要以MoO42- 的形式溶解吸附于表面,抑制了C1-和Br-的破壞作用,也可能形成類似于0=Mo<Cl
Cl

 

結(jié)構(gòu)的保護(hù)膜,而防止Cl-的穿透;N的作用是在點(diǎn)蝕初期在孔內(nèi)形成氨而消耗了H+,抑制pH值降低,此外N氧化形成NO3-起了緩蝕作用,N還參與了氧化膜結(jié)構(gòu),提高了膜穩(wěn)定性。
Ni雖然對(duì)抗點(diǎn)蝕的發(fā)生影響不大,但Ni能阻止點(diǎn)蝕的擴(kuò)展作用;Mn對(duì)點(diǎn)蝕是有害的,因Mn會(huì)和S形成MnS,在含鹵素的水溶液中極易溶解,是對(duì)點(diǎn)蝕最敏感的雜質(zhì);當(dāng)然S更是有害。碳含量增多和不適當(dāng)熱處理,如產(chǎn)生晶界析出碳化鉻,而促進(jìn)點(diǎn)蝕形核,因此C也是有害元素。
總之抗點(diǎn)蝕的不銹鋼應(yīng)是低碳、高鉻、加鎳、低錳的鋼。
5。4 加工狀態(tài)對(duì)不銹鋼點(diǎn)蝕的影響      
不銹鋼表面拋光比一般加工表面形成的膜中Cr/Fe值大,如電解拋光其鈍化膜中Cr2O3可達(dá)到90%,而且光滑不易結(jié)垢,抗點(diǎn)蝕性能好,但隨著投用時(shí)間延長,也會(huì)失去光澤,而慢慢開始腐蝕。不銹鋼冷加工,除產(chǎn)生殘余應(yīng)力外,還增加位錯(cuò)密度與生成形變馬氏體、馬氏體與奧氏體電位差可達(dá)100 mv,會(huì)促進(jìn)點(diǎn)蝕,甚至SCC。焊接很難避免焊接缺陷,以及熱影響產(chǎn)生敏化,則更是造成點(diǎn)蝕的因素。
5.5 溫度對(duì)不銹鋼點(diǎn)蝕的影響
在含Cl一和Br-醋酸介質(zhì)中不銹鋼存在臨界點(diǎn)蝕溫度(CPT),達(dá)到CPT則發(fā)生,點(diǎn)蝕幾率增大,并隨溫度升高,更易產(chǎn)生并更趨嚴(yán)重,因?yàn)樘幱谳^高溫度的含鹵醋酸,不銹鋼表面鈍化膜穩(wěn)定性變得較差,而且一旦膜破壞后又難于再生修補(bǔ),所以易發(fā)生點(diǎn)蝕。但對(duì)含鉬不銹鋼當(dāng)溫度達(dá)到160~200℃,主要發(fā)生全面腐蝕,腐蝕速率可達(dá)0.5~1.0 mm/a,基本上不產(chǎn)生點(diǎn)蝕,這是由于溫度升高,鋼表面活性點(diǎn)增加,難于形成蝕坑。此外在干濕交替,氣液或液固共存環(huán)境,還要考慮露點(diǎn)溫度影響,如低于露點(diǎn)溫度,會(huì)有鹽酸或氫溴酸結(jié)露析出,則會(huì)對(duì)不銹鋼造成較嚴(yán)重的腐蝕。
綜合引進(jìn)P⒕裝置氧化單元設(shè)備選材及國內(nèi)擴(kuò)能改材,根據(jù)溫度高低列圖,見圖12。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,PTA氧化單元對(duì)135~180℃的設(shè)備根本不可能選用316L,2205和904L等不銹鋼,而且即使對(duì)100~135℃設(shè)備選用2205和904L設(shè)備嚴(yán)重腐蝕的也逐漸被鈦材更新。
 

6 PTA裝置不銹鋼設(shè)備點(diǎn)腐蝕防護(hù)措施

6。1 材質(zhì)改進(jìn)
(1)對(duì)氧化單元不銹鋼處于高溫(大于135℃)含Br-和Cl- 強(qiáng)腐蝕過鈍化環(huán)境發(fā)生嚴(yán)重腐蝕的設(shè)備應(yīng)采用鈦材,但應(yīng)注意,在同一設(shè)備中鈦與不銹鋼接觸部位會(huì)造成不銹鋼陽極加速腐蝕與鈦陰極吸氫;
(2)對(duì)氧化單元在高溫(90~120℃)含Br一和Cl-醋酸中,316LPRE23)與317LPRE28基本上屬于同類,盡管后者含Mo量高一些,但抗點(diǎn)蝕性能相差不多,為改進(jìn)與提高不銹鋼抗點(diǎn)蝕性能,應(yīng)采用超低碳、高Cr、高M(jìn)o加N的不銹鋼,如904L00Cr2oNi25Mo4.5Cu PRE35 和 254SMo(00Cr20Ni18Mo6N)PRME42,從實(shí)際使用效果來看,904L仍會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)蝕,而254SMo或其它Mo6鋼抗點(diǎn)蝕性能較好,可在小于135℃的含Br-和C1-醋酸環(huán)境使用;
(3)雙相不銹鋼如2205(00Cr22Ni5Mo3N)PRE34,2507(00Cr25Ni7Mo4CuNPRE38,SUS329J2L(00Cr26Ni5Mo2Cu)PRE32,它們抗全面腐蝕性能比316L好,尤其抗SCC性能更佳,但抗點(diǎn)蝕性能有好有壞,這可能與兩相比例控制及冷熱加工質(zhì)量等有關(guān)。雙相鋼強(qiáng)度較316L和904L高,抗沖蝕磨磨蝕性能較好,如制作含Br-醋酸的泵,采用雙相鋼比奧氏體鋼好;
(4)由于不銹鋼中存在MnS是造成點(diǎn)蝕的重要原因,從316L中降低Mn含量對(duì)提高抗點(diǎn)蝕性能是有效的。1980年代歐美曾研發(fā)低錳(不超過0.30%)的316L鋼成功試用于海水與河水作冷卻器。但低錳不銹鋼至今未列入國外標(biāo)準(zhǔn),可能是煉鋼工藝需要錳,而且Mn是γ形成元素可代Ni,又可顯著增加N在鋼中的溶解度,以提高強(qiáng)度與耐蝕性,從綜合考慮故低錳鋼未能推廣應(yīng)用;
(5)近年納人AISI的317 LMN鋼(00Cr17Ni14Mo4.3N),UNS編號(hào)S31726,由于其含Mo量較317L高,接近904L,且含N,抗點(diǎn)蝕性能較317L高,又強(qiáng)度略高,由于降低了Ni與Cr,價(jià)格較適中,可作904L替代品用于氧化單元;
6)對(duì)精制單元,設(shè)備大多采用304L,但對(duì)某些重要部位,為了抗點(diǎn)蝕可以采用上述含Mo不銹鋼,但含Mo鋼溶出Mon+會(huì)影響聚酯色澤,可選用304 LN,加氮可使抗點(diǎn)蝕性能提高,加氮也可彌補(bǔ)碳量低造成強(qiáng)度下降的欠缺,用于沖蝕部位。
6。2 表面改性處理
1)鍍鈀;
(2)恒電位陽極氧化;
(3)機(jī)械拋光與電解拋光:不銹鋼拋光能提高表面光潔度與光滑度,能抗物料沉積結(jié)垢,在一定時(shí)間內(nèi)可防止與減緩點(diǎn)蝕;
(4)酸洗鈍化:焊接與熱處理后,不銹鋼表面會(huì)遺留氧化皮與回火色,由于它們主要由氧化鉻組成,這樣會(huì)導(dǎo)致鋼表面緊靠氧化物下方出現(xiàn)貧鉻層,使其耐蝕性下降。雖然可通過機(jī)械清理去除氧化層,但為提高抗點(diǎn)蝕性能最好采用酸洗鈍化,這樣能提高其臨界點(diǎn)蝕溫度。酸洗鈍化可參考AST-MA380,酸洗采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%~10%HNO3加1%~3 % HF溶液或局部采用酸洗膏;鈍化采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%~45 % HNO3溶液。
(5)涂料防腐蝕:儀征化纖采用中科院金屬所研發(fā)的SLF重防腐蝕涂層用于PTA尾氣系統(tǒng)設(shè)備。其底漆為環(huán)氧改性,面漆為酚醛改性,外層再用玻璃鋼增強(qiáng)。
6。3 工藝防腐蝕
(1)氧化單元的不銹鋼設(shè)備為防止物料堵塞結(jié)垢需要不定期堿洗、堿洗會(huì)殘留Cl-而造成點(diǎn)腐蝕,應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)堿或采用有機(jī)胺,也可能用熱醋酸沖洗。精制單元的不銹鋼設(shè)備為加氫反應(yīng)器催化劑再生及消除結(jié)垢需要堿洗,也應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)堿,盡可能降低堿的質(zhì)量濃度,堿洗后必須用純水徹底沖洗。
(2)對(duì)某些設(shè)備如干燥機(jī)由于工藝需要通入氮?dú)獾?,最好徹底除氧,這樣雖然會(huì)產(chǎn)生全面腐蝕,但可避免點(diǎn)蝕發(fā)生。
(3)對(duì)干濕交替與氣液兩相環(huán)境,可能產(chǎn)生露點(diǎn)腐蝕的部位,建議提高該部位溫度在露點(diǎn)以上,則可避免產(chǎn)生局部腐蝕。
加強(qiáng)新設(shè)備制作與舊設(shè)備維修貼補(bǔ),焊接質(zhì)量的檢測與第三方監(jiān)理、PTA裝置不少不銹鋼設(shè)備發(fā)生焊接缺陷而產(chǎn)生點(diǎn)蝕,是由于焊接質(zhì)量引起,要加強(qiáng)設(shè)備材質(zhì)復(fù)核,避免材質(zhì)混錯(cuò),焊材錯(cuò)用等。