朱敦學(xué)，陳 浩，李瑞鵬

(1.南京大學(xué)建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210000；2.南京源泉環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，江蘇 南京 210046)

0 引言

電鍍廢水成分復(fù)雜，其所含有的有毒陰離子、重金屬離子及酸、堿等[1]污染物對(duì)環(huán)境危害嚴(yán)重。膜分離技術(shù)因其分離效率高、不發(fā)生相態(tài)變化等優(yōu)點(diǎn)[2]，被廣泛應(yīng)用于電鍍行業(yè)廢水等工業(yè)廢水處理領(lǐng)域。在工程實(shí)際應(yīng)用中，膜處理設(shè)備的管接件在運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)出現(xiàn)泄漏問題，本文以某電鍍廢水膜處理設(shè)備為例，探析其泄漏原因，并提出合理解決措施。

1 泄露分析

該電鍍廢水處理項(xiàng)目的鎳回收膜設(shè)備設(shè)計(jì)量5t/h，膜設(shè)備中的濃縮部分采用的是304不銹鋼材質(zhì)的金屬管接件制作，其中濃縮與超濃縮的進(jìn)水與出水的不銹鋼閥門以及單向閥在使用1～3個(gè)月后均不同程度地發(fā)生了泄露現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場確認(rèn),由圖1、圖2可見,該管接件泄露主要有以下特點(diǎn):

圖1 泄露位置

圖2 被腐蝕的不銹鋼閥門表面

(1)在各處不銹鋼閥門連接的兩端接頭處都有明顯的滲漏現(xiàn)象；

(2)滲漏處都是處于膜設(shè)備的濃縮與超濃縮工段；

(3) 將泄露閥門表面的硫酸鎳結(jié)晶后的附著物清除干凈，閥門表面可見很多黑色或者深褐色的斑點(diǎn)，且斑點(diǎn)處滲漏程度最為嚴(yán)重。

2 原因分析

根據(jù)該膜處理設(shè)備管接件的泄漏特點(diǎn)及材料特點(diǎn),考慮其處于膜回收濃縮管段，其管段流經(jīng)的介質(zhì)含有氯離子等侵蝕性離子，使不銹鋼材料發(fā)生腐蝕，同時(shí)不同的焊接工藝也將影響不銹鋼焊接接頭耐腐蝕能力[4]。

2.1 材料特點(diǎn)

304不銹鋼是典型的奧氏體不銹鋼材料，其物理化學(xué)性能良好,具有較好的塑性及韌性，易于加工焊接[3],因此廣泛應(yīng)用于制造壓力管道、平板等。奧氏體不銹鋼雖具有一定的耐腐蝕性，但在含氯離子、硫離子[8]等侵蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)環(huán)境中會(huì)被腐蝕，被腐蝕部位會(huì)變成黑色或者深褐色[3]，且受腐蝕的不銹鋼表面光澤度降低。

2.2 腐蝕類型

不銹鋼表面的氧化膜是其耐腐蝕性能的保障。當(dāng)氧化膜受到破壞，不銹鋼就會(huì)發(fā)生局部腐蝕，包括應(yīng)力腐蝕、孔蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕[3]。

(1) 應(yīng)力腐蝕：在特定介質(zhì)和應(yīng)力作用下，不銹鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。在氯離子環(huán)境中，奧氏體不銹鋼較易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，通過添加緩蝕劑，可延緩?qiáng)W氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕速度。張新英[5]在逐漸升高的氯離子質(zhì)量濃度的實(shí)驗(yàn)組中加入緩蝕藥劑，結(jié)果表明當(dāng)氯離子質(zhì)量濃度最高達(dá)到623.4mg/L時(shí)，材料的腐蝕率仍較低，說明在一定濃度范圍內(nèi)加入緩蝕劑可以取得良好的緩蝕效果。

(2) 孔蝕:不銹鋼表面的氧化膜被含氯離子的溶液溶解,在其基底生成小蝕坑,進(jìn)而形成蝕孔。在不銹鋼材料中添加鉬、硅等元素或添加元素的同時(shí)增加材料中的鉻含量，能提高氧化膜的穩(wěn)定性，預(yù)防孔蝕失效。

(3) 點(diǎn)腐蝕：不銹鋼材料中都存在一定含量的非金屬化合物,通過氯離子作用易形成坑點(diǎn)腐蝕, 受腐蝕處多變成黑色或深褐色。

(4) 縫隙腐蝕：與點(diǎn)腐蝕機(jī)理相同，坑點(diǎn)效應(yīng)作用下產(chǎn)生離子遷移與富集，從而產(chǎn)生腐蝕。正如其名，縫隙腐蝕多發(fā)生在搭接縫、管板孔縫隙等部位。

2.3 焊接工藝

使用不銹鋼制作管道等主要是通過氬弧焊焊接方式完成，而焊接接頭在腐蝕失效分析中顯示受到的腐蝕最嚴(yán)重。焊接接頭發(fā)生晶間腐蝕主要是因?yàn)楹附訒r(shí)產(chǎn)生的危險(xiǎn)溫度，使得晶界及周邊區(qū)域鉻含量減少，當(dāng)奧氏體不銹鋼的鉻元素含量<12%時(shí)，就不再具有耐腐蝕的性能。林曉云[9]等分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)不銹鋼焊接接頭處于450～850℃時(shí)，奧氏體中的過飽和碳會(huì)擴(kuò)散至晶粒邊界并析出，與鉻形成化合物，使晶界鉻含量降低，進(jìn)而降低晶界耐腐蝕性能。 而當(dāng)溫度低于450℃或高于850℃時(shí)，都不會(huì)降低晶界處鉻含量[10]。

通過氬弧焊對(duì)不銹鋼進(jìn)行焊接時(shí)，氬弧焊的溫度可以高達(dá)幾千甚至上萬攝氏度。由于受到焊接過程的熱循環(huán)影響，對(duì)不銹鋼耐腐蝕能力影響最為凸出的往往是在距離焊點(diǎn)有一定距離的附近部位，即熱影響區(qū)。M. Dadfar等[11]研究發(fā)現(xiàn)熱影響區(qū)的腐蝕速率快于其他區(qū)域，通過焊后熱處理工藝可以減緩其腐蝕速率。因此防止焊接過程導(dǎo)致的不銹鋼腐蝕性能下降，可考慮選擇適當(dāng)?shù)暮附臃椒ㄈ缈焖俸傅瓤s短危險(xiǎn)溫度區(qū)間的時(shí)間，同時(shí)在焊接后快速冷卻，使焊縫溫度低于450℃[10]。此外，可在焊接材料上選用碳含量低的焊材，降低對(duì)抗腐蝕性能的影響[4]。

2.4 導(dǎo)致該次設(shè)備泄露的原因

該電鍍廢水膜處理設(shè)備管段中流經(jīng)的介質(zhì)主要含有硫酸鎳、氯化鎳、硼酸、光亮劑及少量的硫酸，pH為3～4，而氯離子對(duì)不銹鋼表面的氧化膜極具破壞性[6]。葛紅花[7]等研究了304不銹鋼耐氯離子性能，結(jié)果表明304不銹鋼受氯離子作用點(diǎn)蝕的濃度界限為150mg/L左右。而產(chǎn)生該電鍍廢水的電子廠在電鍍槽內(nèi)添加的氯化鎳(純度為工業(yè)級(jí)約98%)濃度為40g/L,換算出氯離子的濃度大約12g/L,即12000mg/L。假設(shè)膜設(shè)備超濃縮管段中的氯離子濃度為槽液濃度的10%，則管道中的氯離子濃度高達(dá)1200mg/L,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了304不銹鋼對(duì)于氯離子的耐受濃度。對(duì)照設(shè)備管接件的泄露特點(diǎn)，初步斷定泄露的不銹鋼閥門是受到氯離子等介質(zhì)的腐蝕而產(chǎn)生黑色及深褐色的斑點(diǎn)。同時(shí)，將該膜處理設(shè)備管件存在泄漏現(xiàn)象的閥門比對(duì)后可以發(fā)現(xiàn)，圖3中不銹鋼閥門焊接點(diǎn)附近腐蝕情況，熱影響區(qū)的黑點(diǎn)數(shù)目最集中，腐蝕程度高于其他區(qū)域。熱影響區(qū)受到的腐蝕最為嚴(yán)重，與文獻(xiàn)研究結(jié)果相符，不銹鋼焊接工藝也會(huì)對(duì)設(shè)備管接件的腐蝕泄露產(chǎn)生影響。

圖3 不銹鋼閥門焊接點(diǎn)附近腐蝕情況

3 結(jié)論及建議

(1)該電子電鍍廢水膜處理設(shè)備管接件發(fā)生泄露是由于不銹鋼閥門在高濃度氯離子等介質(zhì)中被腐蝕造成的，同時(shí)焊接工藝很有可能會(huì)進(jìn)一步影響不銹鋼腐蝕的速度。

(2)為延長不銹鋼在氯離子環(huán)境下的壽命，可在工藝條件允許的情況下，加入適當(dāng)?shù)木徫g劑或選擇合理的材料，以達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)效益。

(3)焊接工藝方法不同會(huì)影響該電子電鍍廢水膜處理設(shè)備管接件耐腐蝕能力。焊接后快速冷卻或使用小熱量輸入的焊接工藝，能降低對(duì)材料抗腐蝕性能的影響。