陳 輝，張 旭

(中石油華東設(shè)計(jì)院有限公司，山東 青島 266071)

隨著煉廠規(guī)模的大型化，除鹽水站的規(guī)模也越來越大，離子交換法水處理工藝在除鹽水站中也運(yùn)用得越來越廣泛。離子交換樹脂常用酸或堿作再生劑，酸、堿都是強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，這些腐蝕的存在嚴(yán)重影響系統(tǒng)正常運(yùn)行，也對(duì)人體和環(huán)境造成污染。為了使除鹽水站更安全可靠地運(yùn)行，管道設(shè)計(jì)除了考慮合理布置設(shè)備及工藝管道外，管道選材也變得尤為重要。

1 離子交換法工藝原理

離子交換法是指當(dāng)離子交換劑遇水時(shí)，能將本身具有的離子與水中帶同類電荷的離子進(jìn)行交換反應(yīng)的方法。除鹽水站離子交換法主要的工藝設(shè)備有纖維過濾器、活性過濾器、陽離子樹脂交換器、陰離子樹脂交換器、混合離子交換器，酸堿儲(chǔ)罐等。離子交換法的簡易流程見圖1，來自系統(tǒng)管網(wǎng)的生產(chǎn)水首先進(jìn)入原水箱，經(jīng)原水泵送入高效纖維過濾器去除水中大部分懸浮物等雜質(zhì)；過濾后的水送至活性炭過濾器去除水中有機(jī)物和游離氯；預(yù)處理后的水進(jìn)入陽浮動(dòng)床除去水中的大部分陽離子，陽床出水進(jìn)入除碳器去除CO2，除碳器出水再進(jìn)入陰浮動(dòng)床除去水中強(qiáng)酸陰離子和弱酸陰離子；陰床出水進(jìn)入混床進(jìn)一步去除水中殘留的陰、陽離子；精制合格的除鹽水達(dá)到二級(jí)除鹽水的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入除鹽水箱，經(jīng)除鹽水泵與系統(tǒng)來的凝結(jié)水換熱，再進(jìn)入除鹽水管網(wǎng)。

圖1 離子交換法水處理簡易流程

2 除鹽水站管道腐蝕機(jī)理及防腐選材

2.1 酸腐蝕

除鹽水站一般會(huì)用到大量的酸液，至陽床再生用鹽酸濃度一般為3%～5%，鹽酸儲(chǔ)罐的酸液濃度一般為30%左右；發(fā)生酸腐蝕的管道主要集中在卸酸罐、酸儲(chǔ)罐、酸計(jì)量泵、酸霧吸收器及陽浮動(dòng)床等處，主要的腐蝕介質(zhì)就是酸液和酸霧。在整個(gè)除鹽水系統(tǒng)工作過程中，運(yùn)酸車接卸過程、酸液儲(chǔ)罐或計(jì)量罐內(nèi)襯老化破損、中和池密封差等原因造成的酸液、酸霧，會(huì)加劇設(shè)備及管道的腐蝕，使設(shè)備系統(tǒng)的密封、法蘭、閥門、管線和罐體等部位發(fā)生失效、開裂現(xiàn)象，造成酸液大量外漏，不僅帶來經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)造成環(huán)境嚴(yán)重污染、損害工作人員的安全和健康[1]。酸液對(duì)碳鋼的腐蝕主要為均勻腐蝕，對(duì)普通奧氏體不銹鋼可能產(chǎn)生點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕開裂。

鹽酸對(duì)碳鋼的腐蝕主要為均勻腐蝕，對(duì)普通奧氏體不銹鋼可能產(chǎn)生點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕開裂；綜合安全及造價(jià)等原因，此部分管道不宜選用碳鋼或普通不銹鋼。塑料管具有重量輕、耐腐蝕、安裝簡便、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)；但強(qiáng)度和韌性較差，需要較多的支撐；酸液儲(chǔ)罐一般不與離子交換器布置在一個(gè)棚內(nèi)，若塑料管長時(shí)間暴露在陽光照射下容易發(fā)生老化，材料強(qiáng)度降低，最終易發(fā)生疲勞開裂以至酸液泄漏，一般可用于除鹽水站中的小口徑管道(DN<40)。因此酸液管線宜選用鋼襯塑復(fù)合管，鋼襯塑復(fù)合管和管件具有良好的防腐蝕性能，并且具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，成本相對(duì)較低。設(shè)計(jì)襯塑管道時(shí)，要考慮在靠近法蘭，閥門或管件處進(jìn)行支撐，防止變形產(chǎn)生泄漏。

圖2 鋼塑復(fù)合管示意圖

鋼塑復(fù)合管道及管道附件安裝均為法蘭連接，是在鋼管的兩端焊接法蘭，在鋼管的內(nèi)壁和法蘭端面襯覆塑料，如圖2所示。法蘭連接襯塑鋼管與一般裝置的焊接管配管方式有所不同，必須精確計(jì)算管道的長度，制造廠需根據(jù)管道單線圖統(tǒng)計(jì)定長的法蘭管子和法蘭管件的數(shù)量。由于管件端部都是法蘭連接，因此現(xiàn)場安裝時(shí)不能動(dòng)火；如出現(xiàn)管子管件長度計(jì)算錯(cuò)誤，則會(huì)出現(xiàn)安裝尺寸偏差。

2.2 堿腐蝕

金屬在堿液中的應(yīng)力腐蝕開裂稱為“堿脆”，碳鋼在堿液中的使用溫度與濃度極限見圖3，應(yīng)力腐蝕開裂是指金屬在特定腐蝕介質(zhì)和固定拉應(yīng)力同時(shí)下發(fā)生的脆性開裂，腐蝕和應(yīng)力的作用是相互促進(jìn)，而不是簡單的疊加，應(yīng)力腐蝕開裂是危害最大的局部腐蝕破壞形態(tài)之一。除鹽水站中發(fā)生堿脆的影響因素有堿液濃度、溫度和材料中存在的殘余應(yīng)力。有研究表明，只要NaOH濃度超過5%，碳鋼就可能發(fā)生堿脆，而以30%NaOH左右的濃度最為危險(xiǎn)，當(dāng)設(shè)計(jì)溫度超過80℃時(shí)，普通碳鋼就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕[2]。除鹽水站中堿液儲(chǔ)罐管線濃度最高為40%，堿洗管道濃度一般為3%，設(shè)計(jì)溫度一般為60℃；在此條件下為防止堿脆發(fā)生，堿洗管道宜選用碳鋼，并對(duì)焊縫進(jìn)行焊后應(yīng)力消除熱處理。

2.3 酸、堿廢液腐蝕

為減少酸堿廢液對(duì)環(huán)境的污染，陽床、陰床以及混床再生的酸堿廢水排入中和池，進(jìn)行酸堿調(diào)節(jié)，當(dāng)pH值達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)(6～9)后排至附近廢水系統(tǒng)[3]。因酸堿廢水管道中廢液pH值不穩(wěn)定，因此酸堿廢液管道宜選用鋼襯塑復(fù)合管。中和池底通空氣攪拌中和廢水，由于再生廢水管線要插入中和池液面以下，且池中廢水pH值浮動(dòng)較大，因此要求靠近液面以上部分的廢水管道選用塑料管來提高防腐蝕性能；池底通空氣的管線由于長期浸泡在廢水中，宜選用塑料管。

3 結(jié)束語

除鹽水站的管道選材既要考慮防腐安全性，也要考慮經(jīng)濟(jì)合理性。如何優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，合理選擇管道材料，減少酸堿腐蝕帶來的安全隱患及環(huán)境影響，對(duì)除鹽水站的正常運(yùn)行具有重大意義。

圖3 碳鋼在堿液中的使用溫度與濃度極限 參考文獻(xiàn)

[1] 吳繼霞．除鹽水站酸、堿系統(tǒng)的腐蝕與防護(hù)[J].煉油技術(shù)與工程，2006，36(8)：59-62．

[2] 陳合成.堿液腐蝕及防護(hù)技術(shù)[J].石油化工腐蝕與防護(hù),2004，21(1)，20-24.

[3] 王 淼．除鹽水站酸、堿系統(tǒng)的腐蝕與防護(hù)[J].工藝與設(shè)備，2017，11：188-189.