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T101急冷塔腐蚀机制及防腐对策

作　者: 潘中海
导　师: 李宁
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 腐蚀与防护腐蚀机制低合金钢双相不锈钢选材耐蚀性
分类号: TQ222.423
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 27次
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内容摘要

T101急冷塔是整个氯丙烯生产中重要的设备,其运行的好坏直接影响到整个生产装置是否能正常、连续性的生产,也是发挥最佳经济效益的必要保证。本文针对T101急冷塔生产运行中存在的的安全可靠性问题,研究了塔内腐蚀原因;从现场出发,实验室模拟腐蚀环境,采用电化学测试、挂片实验,金相显微镜、XRD及XPS等方法对塔的腐蚀机制进行了研究,提出了切实可行的防腐对策建议,并在实验室进行材料优选的研究,通过对低温低合金钢09MnDR、双相不锈钢S2205、超级双相不锈钢S2507的实验室研究,得到了材料的耐蚀性表征数据,并进一步研究了材料在模拟腐蚀介质中的耐蚀机理,探讨了所选材料应用于现场可行性。塔的腐蚀产生有三个原因。一是HCl溶于塔内过量的水分,导致塔中下段形成集聚盐酸,水分主要由进塔物料以及洗塔残留的水分带入;其次是塔盘与支撑架分别采用异种材料,构成电偶腐蚀;三是防腐施工质量不合格。通过试验比较16MnDR钢在盐酸及模拟液中(丙三醇和盐酸的混合物)的腐蚀行为,确定丙三醇:10%盐酸=88:12的腐蚀性较接近于塔内腐蚀液;进一步研究塔的腐蚀机制,通过极化曲线测试及挂片实验,比较在模拟液中与盐酸液膜的腐蚀速率及现场塔体腐蚀部位,表明塔内未形成连续的盐酸液膜,腐蚀过程主要由液相腐蚀控制;16MnDR钢的弱阳极极化及挂片实验显微腐蚀性貌表明其表面易诱发点蚀,主要由钢表面的夹杂物导致的;16MnDR钢温差电动势较小,温差腐蚀对塔体的影响较小;通过极化曲线测试,研究了铜镍合金(B30)与16MnDR钢的电偶参数,电偶效应使16MnDR钢腐蚀速度大幅度增加,表明电偶腐蚀对塔体的影响较大。针对所选材料在不同条件下进行电化学测试及挂片实验,对比16MnDR的腐蚀性能,考量材料应用现场的可行性,研究结果表明:09MnNiDR钢的耐蚀性能较差,但比16MnDR钢较好,超级双相不锈钢S2507具有优良的抗塔内腐蚀介质的耐蚀性能,S2205在40℃以下具有良好的耐蚀性能,并进一步依据动电位扫描、计时电流法测试分析结果,以及通过XPS分析钝化膜表面的组成及结构,提出了双相不锈钢在模拟液中的耐蚀机理。针对腐蚀原因及机制,提出了防腐建议:严格控制进塔物料的水分含量;改变排液口的位置,设置pH在线监测系统检测塔内酸值,pH值较低时进行排液;塔盘与支撑架绝缘处理。依据塔的耐腐蚀材料的优选,建议T101采用双塔体结构。进料口以上材质采用16MnDR钢,以下材质采用双相不锈钢,上下塔体采用绝缘法兰连接,或整体材料采用16MnDR钢衬双相不锈钢复合钢。并展望了其它的防腐措施,以待进一步研究。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-22
  1.1 课题背景及目的与意义  11-14
    1.1.1 氯丙烯生产工艺流程概述  11-12
    1.1.2 丙烯回收系统概述  12
    1.1.3 T101 急冷塔装置概况  12-13
    1.1.4 研究目的与意义  13-14
  1.2 电化学测试方法研究腐蚀  14-16
    1.2.1 Tafel 直线外推法在腐蚀研究中的应用  14
    1.2.2 电化学交流阻抗谱在腐蚀研究中的应用  14-15
    1.2.3 计时电流法在腐蚀研究中的应用  15-16
    1.2.4 动电位扫描在腐蚀研究中应用  16
  1.3 塔装置腐蚀因素的研究  16-17
  1.4 塔装置局部腐蚀机理的研究  17-21
    1.4.1 点腐蚀机理的研究  17-20
    1.4.2 缝隙腐蚀机理的研究  20
    1.4.3 电偶腐蚀机理的研究  20-21
  1.5 腐蚀监控检测技术  21
  1.6 本课题研究内容  21-22
第2章试验材料与方法  22-26
  2.1 试验材料及试验仪器  22
    2.1.1 试验材料  22
    2.1.2 试验仪器  22
  2.2 酸雾挂片实验  22-23
  2.3 电化学测试  23-25
    2.3.1 塔菲尔曲线测试  24
    2.3.2 电化学阻抗谱测试  24
    2.3.3 计时电流法  24-25
    2.3.4 动电位扫描曲线  25
  2.4 钝化膜表面组成分析  25
  2.5 金相显微形貌测定  25-26
第3章 T101 急冷塔腐蚀原因分析及腐蚀机制研究  26-48
  3.1 T101 塔的腐蚀概况  26-30
    3.1.1 塔内腐蚀性物料分析  26
    3.1.2 16MnDR 钢腐蚀产物分析  26-27
    3.1.3 塔内腐蚀类型及程度分级  27-29
    3.1.4 塔腐蚀监测点壁厚测试  29-30
  3.2 T101 塔腐蚀原因分析  30-33
    3.2.1 工艺方面分析  30-31
    3.2.2 塔的结构方面分析  31-32
    3.2.3 塔的防腐施工方面分析  32-33
  3.3 T101 塔腐蚀机制研究  33-47
    3.3.1 模拟腐蚀液的确定及均匀腐蚀机制的研究  33-41
    3.3.2 点腐蚀机制研究  41-44
    3.3.3 电偶腐蚀机制初探  44-46
    3.3.4 温差腐蚀机制研究  46-47
  3.4 本章小结  47-48
第4章 T101 急冷塔耐腐蚀材料的优选研究  48-75
  4.1 引言  48-52
    4.1.1 低合金钢  49-50
    4.1.2 双相不锈钢  50-52
  4.2 09MnDR 钢的耐蚀性研究  52-57
    4.2.1 Tafel 极化曲线测试  52-55
    4.2.2 交流阻抗测试  55-57
    4.2.3 挂片实验  57
  4.3 S2507 与S2205 的耐蚀性及耐蚀机理研究  57-74
    4.3.1 Tafel 极化曲线测试  58-60
    4.3.2 交流阻抗测试  60-63
    4.3.3 动电位扫描测试  63-66
    4.3.4 计时电流测试  66-70
    4.3.5 双相不锈钢耐蚀机理探讨  70-73
    4.3.6 挂片实验  73-74
  4.4 本章小结  74-75
第5章 T101 急冷塔防腐对策  75-79
  5.1 工艺防腐建议  75
    5.1.1 物料水分含量控制及分子筛除水  75
    5.1.2 洗塔残留水分干燥  75
  5.2 pH 值在线监测  75-76
  5.3 塔结构优化建议  76-77
    5.3.1 螺栓结构优化  76-77
    5.3.2 排液管结构优化  77
  5.4 塔的材质选用建议  77
  5.5 塔的防腐措施展望  77-78
  5.6 本章小结  78-79
结论  79-81
参考文献  81-87
附录 1  87-89
致谢  89

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