石油石化等化工生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生大量工業(yè)廢水，工業(yè)廢水水量較大而且含鹽量高，使得廢水處理難度及成本較高。通過加熱蒸發(fā)、再壓縮技術(shù)可實(shí)現(xiàn)廢水濃縮結(jié)晶。濃縮廢水鹽度、氯化物等侵蝕性雜質(zhì)含量高，伴隨著處理工藝中加熱高溫環(huán)境，帶來極高的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

本實(shí)驗(yàn)對(duì)高氯、高鹽濃縮工業(yè)廢水腐蝕因素分析，結(jié)合現(xiàn)場常見腐蝕類型，提出開發(fā)新型耐磨防腐涂層是控制MVR蒸發(fā)器等設(shè)備實(shí)施腐蝕最直接有效的防護(hù)方式。

高氯高鹽是化工工業(yè)廢水的主要特點(diǎn)之一，未濃縮之前氯離子含量普遍大于0.5g/L，鹽度約5-6g/L，通過MVR蒸發(fā)器濃縮后最高濃鹽水鹽度可達(dá)100-300g/L。氯離子通過吸附在不銹鋼表面溶解鈍化膜形成可溶解的氯化物，導(dǎo)致金屬表面鈍化膜被破壞進(jìn)而發(fā)生腐蝕。

不銹鋼或雙相不銹鋼對(duì)氯離子質(zhì)量濃度非常敏感，當(dāng)質(zhì)量濃度大于0.5g/L時(shí)，不銹鋼就有發(fā)生點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕的傾向；質(zhì)量濃度達(dá)到1g/L時(shí)，不銹鋼產(chǎn)生局部點(diǎn)蝕且腐蝕速率增加20倍。

溫度腐蝕通常為化學(xué)反應(yīng)，溫度越高化學(xué)反應(yīng)速度越快，有研究表明溫度每提升10℃，腐蝕速度約增加1-3倍。MVR處理工藝中操作溫度高達(dá)80-120℃，在高溫環(huán)境下，加速氯離子對(duì)不銹鋼鈍化膜的破壞，苛刻的腐蝕環(huán)境對(duì)設(shè)備設(shè)施用金屬材料耐蝕等級(jí)提出更高的要求。

在高氯鹽水環(huán)境中，當(dāng)腐蝕環(huán)境低于70℃時(shí)，工業(yè)純鈦通常不會(huì)發(fā)生腐蝕。當(dāng)介質(zhì)溫度較高時(shí)，工業(yè)純鈦發(fā)生局部腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)大大提高，尤其是鈦與其他金屬材料接觸位置，極易發(fā)生電偶腐蝕和縫隙腐蝕。

介質(zhì)流動(dòng)速度對(duì)不銹鋼耐蝕性能有較大影響，在較高流速下，流體對(duì)不銹鋼表面造成局部沖刷沖擊，當(dāng)流體中含有較大顆粒的晶體時(shí)，不僅造成沖刷腐蝕而且?guī)韲?yán)重的磨蝕。此外，在流體高速?zèng)_擊下，與流體接觸的金屬表面形成類似于空穴狀的腐蝕。

金屬離析和沉積物的堆積也是高鹽廢水處理中的常見問題。在處理過程中，高鹽廢水中的鹽類物質(zhì)容易析出并在設(shè)備表面沉積，形成結(jié)垢和污垢，帶來垢下局部腐蝕風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重的情況下堵塞管道和閥門，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

MVR蒸發(fā)結(jié)晶器噴射區(qū)管路外壁處于氣、液、固多相復(fù)雜環(huán)境，不銹鋼表面鈍化膜長期經(jīng)受流體、氣體沖刷，造成鈍化膜提前破損失效，表面產(chǎn)生嚴(yán)重的點(diǎn)蝕或者縫隙腐蝕，嚴(yán)重的情況下導(dǎo)致腐蝕穿孔。腐蝕形貌如圖1所示。

圖 1 MVR蒸發(fā)結(jié)晶器噴射區(qū)管路外壁腐蝕

因蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)高氯離子含量、低pH環(huán)境，結(jié)晶器內(nèi)壁遍布點(diǎn)蝕，腐蝕形貌如圖2所示。

圖 2 MVR蒸發(fā)結(jié)晶器內(nèi)壁點(diǎn)蝕

MVR蒸發(fā)器內(nèi)存在大量焊縫，雖制造過程中選用耐蝕性能較高的焊絲進(jìn)行焊接，但因焊絲材料與蒸發(fā)器金屬材料不同，不同金屬間存在電位差，構(gòu)成電偶腐蝕傾向。伴隨著腐蝕的發(fā)生，焊縫內(nèi)外往往存在介質(zhì)或溶解氧濃度差異，加速侵蝕性離子向焊縫內(nèi)部遷移，形成自催化作用，進(jìn)一步加速縫隙腐蝕的速率。焊縫腐蝕形貌如圖3所示。

圖 3 MVR蒸發(fā)結(jié)晶器法蘭接口焊接接頭焊縫腐蝕

耐蝕金屬材料的選用是MVR設(shè)備防腐中至關(guān)重要的一步，通常MVR設(shè)備使用的金屬材料有雙相不銹鋼、鎳合金、鈦合金、銅等。針對(duì)不同工況環(huán)境，可參考表1選擇金屬材料。

表 1 不同溫度及氯離子濃度下推薦金屬材料

采用耐蝕等級(jí)更高的金屬材料制備MVR蒸發(fā)器等設(shè)備設(shè)施及管道是防止腐蝕的有效方法，但是耐蝕等級(jí)的提升帶來造價(jià)成本的增高。如不銹鋼的價(jià)格大概在5-6萬元/噸，鎳合金約7-9萬元/噸，工業(yè)純鈦約10-15萬元/噸，若全部選用工業(yè)純鈦，則設(shè)備成本增加約50%，降低市場競爭力。

在蒸發(fā)器金屬表面涂敷特定耐高溫、耐沖刷的防腐涂層，使鹽溶液與蒸發(fā)器的金屬壁之間產(chǎn)生隔離屏障，避免腐蝕性介質(zhì)與金屬表面接觸，從而避免腐蝕的產(chǎn)生。該種方法簡單有效，且成本較低。

在該特殊工況環(huán)境下，建議使用先進(jìn)耐磨防腐涂料來提高系統(tǒng)的耐腐蝕性能。鈦合金表面常用防腐涂層有硅烷涂層、ZrO₂涂層、CrN涂層等。不銹鋼表面常用耐磨防腐涂層多為氧化鋁復(fù)合陶瓷涂層、電接枝聚苯胺復(fù)合涂層等。

當(dāng)前采用復(fù)合涂層技術(shù)取代單一涂層技術(shù)稱為研究熱點(diǎn)，國外研究院所開展了許多探究工作，國內(nèi)尚處于起步階段。未來，采用復(fù)合涂層技術(shù)制備新型耐磨防腐涂層是解決MVR設(shè)備設(shè)施腐蝕的直接、經(jīng)濟(jì)有效的方法。

緩蝕劑是一種能顯著降低金屬在侵蝕性介質(zhì)中的腐蝕速度的物質(zhì)，在MVR蒸發(fā)器的鹽水進(jìn)料罐內(nèi)，加入一定比例的緩蝕劑，可以大大降低蒸發(fā)器內(nèi)件的腐蝕速率，延長蒸發(fā)器使用年限。緩蝕劑通常為有機(jī)胺或者咪唑啉類物質(zhì)，添加后改變高鹽廢水組成，可能對(duì)MVR蒸發(fā)結(jié)晶效果帶來影響。

MVR設(shè)備設(shè)施在高鹽廢水中腐蝕問題是一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)，而防腐蝕管理是解決這一問題的重要手段。本研究建議通過MVR工藝設(shè)計(jì)初期進(jìn)行合理金屬材料選擇、開發(fā)新型防腐耐磨涂層等手段進(jìn)行防腐保護(hù)。