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脱丙烷塔塔体材料16MnR钢的腐蚀行为及防腐对策

作　者: 郝丽敏
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: 脱丙烷塔 16MnR钢腐蚀液均匀腐蚀焊缝腐蚀电偶腐蚀防腐涂层
分类号: TG174.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

脱丙烷塔是氯丙烯合成过程中的一个丙烯回收塔体,作为关键设备其运行状况的好坏直接影响到车间整套生产装置能否正常连续生产。本文通过现场调研及实验室模拟腐蚀环境,对脱丙烷塔的腐蚀原因进行了分析,并采用挂片失重试验、电偶腐蚀试验、电化学测试、EDS分析、XRD分析及宏观、微观形貌分析法对塔体材料的不同腐蚀行为进行研究,同时对7种防腐涂层进行优选,验证其现场可行性,并提出相应的防腐对策。经调研分析脱丙烷塔的腐蚀原因主要有四点:(1)由反应原料丙烯和氯气,急冷过程中的急冷液以及脱丙烷塔顶喷淋的液相丙烯带入了大量的水分,使得塔内形成了腐蚀性很强的高浓度盐酸;(2)不同材质的塔盘与支撑架间以及焊缝与母材间在盐酸介质中会存在电偶电势差,造成电偶腐蚀;(3)塔盘与降液板的特殊结构决定了积液区的存在,此处液流呈湍流状态,易发生冲刷腐蚀;(4)以前采用的防腐手段施工质量没有得到保证。根据现场预测的塔体腐蚀类型,选取不同浓度的盐酸作为腐蚀液来进行实验室模拟研究。利用酸雾挂片及湿气挂片模拟现场闭塔运行及开塔检修时的工况条件,测得16MnR在均匀腐蚀时的年腐蚀速率,约为3.1mm/a;通过对母材及焊缝化学浸蚀后进行金相显微观察,发现焊缝处有明显局部腐蚀痕迹,而母材则腐蚀均匀分布,焊缝的耐蚀性比母材差;塔盘材质哈氏C-276合金的自腐蚀电位与支撑圈材质16MnR钢相差200mV左右,所以在偶接时形成的电偶腐蚀效应不可忽略,且阳极腐蚀速率随阴阳极面积比的增大,温度的升高而呈非线性增大;对16MnR钢在不同温度差下进行电化学测试,腐蚀电流随温度的增加而增大。选用氯丁烷和盐酸作为模拟腐蚀液对防腐涂层进行优选。通过耐溶剂性能及耐酸性能的研究,发现环氧改性玻璃鳞片涂层与无机陶瓷防腐涂层性能较好,可以考虑应用于现场,且对环氧改性玻璃鳞片涂层的破坏机理做了EIS研究,根据不同时期测得的波特图确定其等效电路,并进行分析。根据对材质腐蚀行为的研究及对防腐涂层的优选,提出了工艺防腐与设备防腐并举的防腐对策。工艺方面主要通过在高温氯化反应器后及脱丙烷塔液相进料口前设立分子筛除水,在高温氯化反应器后设置一固碱干燥塔去除反应后生成的水分和氯化氢,收集脱丙烷塔排水管处液体进行无水氯化钙干燥再返回等方法进行除水。设备防腐方面除了施加涂层保护外,还要注意塔体加工方式,在焊接时要注意采用满焊而不是间断焊的方式避免狭小缝隙的存在,塔盘与支撑圈连接时注意绝缘处理来减缓电偶腐蚀效应,可以采用聚四氟乙烯绝缘垫片等。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-23
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  11-13
    1.1.1 氯丙烯合成工艺简述  11-12
    1.1.2 脱丙烷塔状况概述  12-13
    1.1.3 研究目的与意义  13
  1.2 国内外急冷塔装置概况  13-15
  1.3 急冷塔装置的腐蚀因素概述  15-16
  1.4 急冷塔装置的腐蚀类型概述  16-20
    1.4.1 均匀腐蚀机理的研究  16-17
    1.4.2 局部腐蚀机理的研究  17-20
  1.5 急冷塔装置的腐蚀防护概况  20-21
  1.6 本课题主要研究内容  21-23
第2章试验材料及方法  23-28
  2.1 化学试剂、试验材料和试验仪器  23
    2.1.1 化学试剂及试验材料  23
    2.1.2 试验仪器  23
  2.2 腐蚀失重测试  23-24
  2.3 电偶腐蚀测试  24-25
    2.3.1 电位测量  24-25
    2.3.2 电偶电流测量  25
  2.4 电化学测试  25-27
    2.4.1 电极电势-时间曲线测试  26
    2.4.2 塔菲尔曲线测试(Tafel)  26
    2.4.3 交流阻抗谱测试(EIS)  26-27
  2.5 金相显微形貌测定  27
  2.6 EDS 组成元素分析  27
  2.7 XRD 物质结构分析  27-28
第3章脱丙烷塔腐蚀原因分析及腐蚀行为研究  28-49
  3.1 腐蚀现场调研  28-32
    3.1.1 脱丙烷塔服役历史调查  28-29
    3.1.2 脱丙烷塔基本参数及工作原理  29-30
    3.1.3 塔内件材料及化学成分  30
    3.1.4 塔的腐蚀照片记录  30-32
  3.2 塔内腐蚀样品分析  32-33
  3.3 腐蚀原因初步分析  33-35
    3.3.1 水分因素  33-34
    3.3.2 材质因素  34
    3.3.3 加工方式及结构因素  34-35
  3.4 塔体材料腐蚀行为模拟研究  35-47
    3.4.1 模拟腐蚀液的确定  35
    3.4.2 均匀腐蚀研究  35-39
    3.4.3 焊缝腐蚀研究  39-41
    3.4.4 电偶腐蚀研究  41-46
    3.4.5 温差腐蚀研究  46-47
  3.5 本章小结  47-49
第4章脱丙烷塔防腐涂层的优选研究及防腐对策  49-64
  4.1 模拟腐蚀液的确定  49
  4.2 涂层简述及制备  49-50
  4.3 涂层耐蚀性研究  50-56
    4.3.1 耐溶剂性能研究  50-54
    4.3.2 耐酸雾性能研究  54-56
  4.4 涂层电化学性能测试  56-59
    4.4.1 开路电位时间曲线测试  56-57
    4.4.2 交流阻抗分析  57-59
  4.5 防腐对策及措施展望  59-62
    4.5.1 工艺防腐  59-61
    4.5.2 设备防腐  61-62
    4.5.3 其他措施展望  62
  4.6 本章小结  62-64
结论  64-65
参考文献  65-69
攻读学位期间发表的学术论文  69-71
致谢  71

脱丙烷塔塔体材料16MnR钢的腐蚀行为及防腐对策

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