催化剂厂酸性介质中搅拌轴的腐蚀与防护方案.doc

催化剂厂酸性介质中搅拌轴的腐蚀与防护 张忠信 摘要 本文以催化剂厂搅拌反应器搅拌轴为例，介绍了搅拌轴在高温高压的酸性介质中腐蚀的原因和机理，并提出了一些相应的防腐措施。 关键词 腐蚀 酸性介质 搅拌轴 防腐 前言 腐蚀现象几乎涉及国民经济的一切领域，目前，无论是金属材料还是非金属材料，没有一种是绝对不腐蚀的。特别是当化工机器和设备接触的介质为酸，碱，盐等强腐蚀介质时，往往会引起材料迅速腐蚀损坏，造成巨大的经济损失。 由于催化剂厂的特殊工艺性，使大多数设备都处在高温，高压的酸性环境中运转，设备的腐蚀相当严重，造成设备的运行周期短，影响了生产的连续性。例如，在一二套微球车间使用的搅拌反应器，就是催化剂厂的关键设备之一。但是由于搅拌反应器中的介质是微球胶体，成分为高岭土加入酸性水酸化后，再加入30%的盐酸，使介质的PH值降到2.0~3.0之间，反应温度为80~90℃，此外，介质中还含有大量的薄水铝石，分子筛固体颗粒。在这样的环境中，搅拌轴即使采用3Cr13这样的耐酸不锈钢材料，使用寿命也不到8个月，而且在使用期内,维修次数高达3~4次。 腐蚀现象和存在的问题 根据拆卸下来的搅拌器观察，存在以下问题： 1. 搅拌轴的表面呈麻点蜂窝状，点蚀特别严重，腐蚀深度高达5mm，有些部位上覆盖一层红褐色的片状物体，只要轻轻一碰，就会成片的剥落。由于腐蚀，造成了搅拌轴的有效直径减小，强度不够，无法使用。 2. 搅拌轴上端的轴承腐蚀损坏相当快，需要每两个星期更换一次。 3 原因分析 3.1 电化学腐蚀 以前搅拌轴使用的3Cr13材料为耐酸不锈钢，属于马氏体不锈钢，该材料表面会形成一层致密的钝化膜。但是由于反应介质的PH值为2.0~3.0，具有很强的酸性，介质中含有Al3+，Na+，Fe3+，Re3+ ，H+以及大量的活性阴离子Cl-。正是由于Cl-的存在，才破坏了搅拌轴表面钝化膜溶解与修复的动态平衡。因为这些Cl-能优先于原子吸附在金属表面，并和金属离子结合成可容氯化物，形成孔径大约为20~30um的孔蚀中心，当蚀孔形成后，孔内金属表面和孔外金属表面就构成了微电池。 孔内金属的溶解反应为：M — 2e → M2+ 孔外表面的阴极反应为：1/2O2 + H2O +2e → 2OH- 孔内金属发生的溶解反应，会使孔内金属阳离子浓度增加，为了使孔内阴阳离子浓度相平衡，孔外Cl-的就会迁移到孔内，形成金属氯化物，再被水解成氢氧化物和游离态的酸，就会使介质的酸度增加，使阳极金属溶解速度加剧。 M2+Cl-2 + 2 H2O → M（OH）2 + 2H+ + 2Cl- 铁的腐蚀速度与PH的关系如图1所示 图1 铁的腐蚀速度与PH的关系 从图中我们可知以下几点: 1．金属在酸性介质中的腐蚀速度不仅和介质的PH值有关，而且与含氧量有很大的关系。因为在氧去极化的过程中，氧分子向阴极表面的扩散是比较缓慢，阴极的极化作用主要是氧的浓差极化过程。而在搅拌器中，介质是流动的，氧的补给容易，因此，离子化加快，腐蚀速度增加。 2．如果介质的PH在2.5~9.5时，会伴有较明显的析氢腐蚀,这种腐蚀速度与温度有很大的关系。温度越高，氢去极化速度就越快，而我们的反应温度为90℃，加剧了析氢腐蚀的反应速度。 3.2 磨损腐蚀 由于介质在搅拌器中快速流动时击穿了紧贴金属表面几乎静态的边界液膜，一方面加速了无极剂的供应和阴阳极腐蚀产物的迁移，使阴阳极的极化作用减小；另一方面介质会对搅拌轴表面产生附加的剪切力，这种切应力能不断的剥离搅拌轴表面的腐蚀产物和保护膜。而搅拌器中的介质中含有薄水铝石和分子筛固体颗粒，就会增加切应力的作用，使搅拌轴的磨损腐蚀更为严重。磨损腐蚀和电化学腐蚀同时存在，速度相当。 3.3 轴承的干摩擦 由于介质的反应温度较高和初始的设计结构不合理，使搅拌器顶部的轴承暴露在酸性蒸汽中，使润滑脂乳化，沿搅拌轴流入反应介质中，失去润滑作用，造成轴承的干摩擦损坏，另外，酸性蒸汽凝结在轴承上，会对轴承造成腐蚀损坏。 4 解决方法 根据以上分析，我们知道搅拌轴的腐蚀损坏是电化学腐蚀和磨损腐蚀共同作用的结果，对于搅拌轴这样的转动设备，若采用电化学防腐不太方便，只能采用防腐的结构设计和涂层防腐来提高材料的硬度和抗腐蚀能力。 3Cr13虽然是马氏体不锈钢，平均含碳量为0.1~0.45%，随着含碳量的增加，其强度也在增加，但耐蚀性会下降，含Cr为12.00~14.00%，虽然表面产生了一层钝化膜，但抗腐蚀效果还是不理想，要想提高材料的抗Cl-的腐蚀性，就必须提高材料的Cr，Ni含量。 4.1 采用新材料替代 可采用Cr1