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化工厂防腐蚀解决方案

一、化工厂的组成

化工行业就是从事化学工业生产和开发的企业和单位的总称。包含化工、炼油、冶金、能源、轻工、石化、环境、医药、环保和军工等部门从事工程设计、精细与日用化工、能源及动力、技术开发、生产技术管理和科学研究等方面的行业。

 

1.1类型和组成:

化工厂种类繁多,规模相差悬殊。按产品品种可分为化工联合企业和单一产品的化工企业(如合成材料厂、纯碱厂、硫酸厂、化肥厂等)。化工厂一般由主要生产车间(从原料处理到成品加工的各个车间)、辅助生产车间(发电站或配电站、动力车间、水处理车间等)、生产管理设施(办公楼、材料和成品仓库、车库等)三部分组成;

1.2、设计要点:

化工厂在选址时除满足一般工厂选址要求外,还应考虑防止环境污染的要求;

· a、厂区规划:厂前区(行政管理和福利设施)、厂区(主要生产部分和辅助生产部分)和生活区(职工住宅和服务设施),厂前区和生活区应布置在主导风向的上风;

· b、生产设备:化工厂中各种特殊构筑物较多,如高大的造粒塔,承受巨大荷载的框架,以及排气筒、火炬、贮仓、栈桥、管架、冷却塔、高压容器、贮罐等。形状复杂繁多,管道交错密布,有些设备与建筑物及其构件紧密结合,互为依承;

· c、生产环境:在生产过程中常使用和产生具有侵蚀性的气体、液体和粉尘,大量易燃、易爆的危险性物质,以及具有刺激性、污染性等有害人体健康的有毒物质。设计中,尤其对建筑构造和建筑结构方面应充分考虑防污染、防腐蚀、防火、防爆、防毒等措施;在化工生产过程中既有产生振动和噪声的各种动力设备,也有必须防止振动的控制仪器和测试仪器;既有要求防尘的感光材料车间,也有要求超净的药物生产车间。设计时应根据不同的生产要求,分别采取必要的防振隔振、防噪降噪、防尘超净等技术措施;

二、化工厂的腐蚀

2.1、什么是腐蚀:

腐蚀是各种行业、各个领域共同面对的问题,我国腐蚀总成本约为GDP的5% ,照成大量的人员伤亡和经济损失,由于化工行业生产多为高温高压条件,反应、传递介质都具有危险性,所以化工企业因设备和管道腐蚀导致的事故不容忽视,设备防腐和装置腐蚀检查尤为重要。预防腐蚀首先要了解腐蚀的分类,腐蚀按材料种类分为金属腐蚀和非金属腐蚀。腐蚀按表面形貌分为全面腐蚀和局部腐蚀;局部腐蚀又有小孔腐蚀、应力腐蚀破裂、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、磨损腐蚀等等;金属腐蚀按机理可分为物理腐蚀、化学腐蚀、电化学腐蚀等。

· a、物理腐蚀:材料单纯物理作用的破坏,一般是由溶解、渗透引起的,如熔融金属容器的溶解,高温熔盐、熔碱对容器的溶解 渗透;

· b、化学腐蚀:金属与非电解质直接发生化学作用引起的破坏,腐蚀过程中没有电流的产生。腐蚀过程是纯氧化-还原反应,腐蚀 介质与金属表面的原子直接碰撞而形成腐蚀产物,反应中无电流产生,符合化学动力学规律;

· c、电化学腐蚀:金属与电解质溶液发生电化学作用而引起的破坏。反应过程中有阳极失去电子和阴极获得电子以及电子的流动 (电流),历程符合电化学动力学规律;

2.2、化工生产腐蚀主要原因:

化工生产过程中存在并产生许多腐蚀性的介质,介质的种类、化学成分、浓度、PH值、杂质、水分和含氧量都是造成腐蚀的外在原因。介质流动速度愈快,愈易腐蚀,因为介质在流动过程中会冲刷保护膜,产生旋涡、湍流、空泡,引起严重的冲击磨损和空泡腐蚀。另外选材不当,如果设备表面接触腐蚀介质,而设备本身又不耐腐蚀,就会产生表面腐蚀,表面越粗糙,越易腐蚀,其现象是泄漏、早期磨损、破坏、发声等。表面均匀腐蚀有成膜和无膜两种形态,无膜的腐蚀很危险,腐蚀过程以一定的速度进行,这主要是选材错误造成的。缺乏防腐措施或施工质量低劣等,都为腐蚀破坏提供了环境。环境不同,选材不同。在设备的生产过程中往往不能做到兼顾选材和环境腐蚀的一致性,温度、浓度、压力不同,选材不同、腐蚀情况各异,而且施工过程中把关不严、施工质量低劣,腐蚀问题不可避免。操作中的超温、超压,设备管理不完善,思想不重视,也是产生腐蚀破坏的原因之一。通常情况下,介质的温度越高,压力越高,腐蚀越快,因为腐蚀是一种化学反应,每升温10℃,腐蚀速度增加1~3 倍。

三、化工腐蚀分类

3.1、化工原料、半成品及产品腐蚀:

· a、化学反应不完全:所有的化工生产中,都有一个转化率的问题,即原料不可能全部转化为半成品或成品。未反应的原料虽然可以回收利用,但因回收不完全或不可能回收,总有一部分被排放掉。若化工原料为有害物质,排放后便会造成环境污染及腐蚀。化工生产中的“三废”,实际上是生产过程中流失的原料、中间体、副产品。甚至是宝贵的产品。因此,对“三废”的有效处理和利用,既可创造经济效益又可减少腐蚀。如氮肥工业利用氨与硫酸的中和反应制取硫酸铵时,虽然反应过程比较简单,技术也比较成熟,但260kg氨和750kg硫酸,生产的硫酸铵也只有1000kg,还有约1%的原料不能有效反应,随着排气跑到空气中去了。

· b、原料不纯:有时化工原料本身纯度不够,其中含有杂质。一般情况,这些杂质是不需要参与化学反应的,最后要被排放掉。可是,大多数杂质为有害的化学物质,会造成环境腐蚀。有些化学杂质甚至还参与反应,而生成的反应产物同样也是所需产品的杂质。对环境而言,也是有害的污染物。如氯碱工业电解食盐溶液制取氯气、氢气和烧碱,只能利用食盐中的氯化钠,其余占原料约10%左右的杂质则排入下水道,成为污染腐蚀源。

· c、 “跑、冒、滴、漏”:物料在储存、运输以及生成过程中,由于设备、管道等封闭不严密,往往会造成化工原料、产品的泄漏,习惯上称之为“跑、冒、滴、漏”现象。这一现象不仅造成经济上的损失,同时还可能造成严重的环境腐蚀事故,甚至会带来难以预料的后果。

3.2、化工排放腐蚀:

· a、燃烧过程:绝大多数的化工生产过程需要在一定的压力和温度下进行,因此,需要有能量的输入,通常获取能量的方式是燃烧大量的燃料。但是在燃料的燃烧过程中,不可避免地要产生大量的废气和烟尘,对环境造成极大的危害。烟气中各种有害物质的含量与燃料的品种有很大的关系;

· b、冷却水:化工生产过程中除了需要大量的热能外,还需要大量的冷却水。在生产过程中,用水进行冷却的方式有直接冷却和间接冷却两种。当采用直接冷却时,冷却水直接与被冷却的物料进行接触,这种冷却方式很容易使水中含有化工物料,而成为腐蚀物质。当采用间接冷却时,虽然冷却水不与物料直接接触,但因为在冷却水中往往加入防腐剂、杀藻剂等化学物质,排出后也会造成腐蚀,即便没有加入有关的化学物质,冷却水也会对周围环境带来影响;

· c、副反应:在化工生产中,进行主反应的同时,经常伴随着副反应,并得到一些人们所并不希望的副产物。虽然可以回收副产物,但副产物的数量往往不大,且成分又比较复杂,使得回收必须面临技术和经济问题,所以实际上往往将副产物作为废料排弃,故会引起环境腐蚀;

· d、生产事故造成的腐蚀:经常发生的生产事故是设备事故。在化工生产中,因为原料、半成品或成品很多都是具有腐蚀性,容器、管道等很容易被化工原料或产品腐蚀损坏,如检修不及时,就会出现“跑、冒、滴、漏”等现象,流失的原料、成品或半成品就会造成对周围环境的腐蚀。偶然发生的生产事故是工艺过程事故,如化工生产过程中反应条件没有控制好,或者催化剂没有及时更换,或者为了安全而大量排气、排液,或者生产了不需要的物质。这种废气、废液和不需要的物质,数量比平时多,浓度比平时高,就会造成一时的严重腐蚀。总之,化学工业排放 出的废物,不外乎是三种形态的物质,即废气、废水和废渣,总称为化工“三废”。

3.3、化工废水腐蚀:

化工废水是在化工生产过程中所排出的废水,其成分取决于生产过程中所采用的原料及工艺,可分为生产污水和生产废水两种。生产废水是指较为清洁,不经处理即可排放或回用的化工废水,如化工生产中的冷凝水。生产污水是指那些污染较为严重,需经过处理后才可排放的化丁废水。化工废水的特点有以下几个方面。

· a、有毒性和刺激性:化工废水中含有许多腐蚀成分,有些是有毒或剧毒的物质,如氰、酚、砷、汞、镉和铅等,这些物质在一定浓度下,大多对生物和微生物有毒性或剧毒性;有些物质不易分解,在生物体内长期积累会造成中毒,如六六六、DDT等有机氯化物;有些是致癌物质,如多环芳烃化合物、芳香族胺以及含氮杂环化合物等;此外,还有一些有刺激性、腐蚀性的物质,如 无机酸、碱类等;

· b、生物需氧量(BOD)和化学需氧量(COD)都较高:化工废水特别是石油化工生产废水,含有各种有机酸、醇、醛、酮、醚和环氧化合物等,其特点是生化需氧量和化学需氧量都较高。有的高达几万毫克每升。这种废水一经排入水体,就会在水中进一步氧化水解,从而消耗水中大量的溶解氧,直接威胁水生生物的生存。

· c、PH不稳定:化工生产排放的废水,时而呈强酸性,时而呈强碱性,PH很不稳定,对水生生物、构筑物和农作物都有极大的危害;

· d、营养化物质较多:化工生产废水中有的含磷、氮量过高,造成水域富营养化,使水中藻和微生物大量繁殖,严重时还会形成“赤潮”,造成鱼类窒息而大批死亡;

· e、废水温度较高:由于化学反应常在高温下进行,排出的废水水温较高;这种高温度水排入水域后,会造成水体的热污染,使水中溶解氧降低,从而破坏水生生物的生存条件。

3.4、化工废气腐蚀:

空气和水一样是人类生存不可缺少的关键性物质,空气提供人们需要的氧气,对人类生命起着决定作用。当空气中污染物数量超过一定浓度时,将引起空气质量恶化,从而影响人体的健康和生物的生存。化工生产过程中排放的气体即化工废气,通常含有易燃、易爆、有刺激性和有臭味的物质。污染大气的主要有害物质有硫的氧化物、氮的氧化物、碳氢化合物、碳的氧化物、氟化物、氯和氯化物、恶臭物质和浮游粒子等。化工废气对大气的腐蚀特点有以下几个方面。

· a、 易燃、易爆气体较多:化工废气中的易燃、易爆气体有低沸点的酮、醛、易聚合的不饱和烃等。在石油化工生产中,特别是发生事故时,会向大气排出大量易燃、易爆气体,如不采取适当措施进行处理,容易引起火灾、爆炸事故,危害很大。为了防止火灾和爆炸的危害,通常都把这些易燃、易爆气体排到专设的火炬系统进行焚烧处理;

· b、 排放物大都有刺激性或腐蚀性:化工生产排出很多的刺激性和腐蚀性气体,有二氧化硫、氮氧化物、氯气、氯化氢和氟化氢等,其中以二氧化硫和氮氧化物的排放量最大。这是因为化工生产过程中需要加热和燃烧的设备较多,这些设备无论用煤、重油或天然气作燃料,在燃烧过程中都会产生大量的二氧化硫和氮氧化物等气体。此外,在硫酸生产和使用硫酸的生产过程中,也会产生大量的二氧化硫。二氧化硫气体直接损害人体健康,腐蚀金属、建筑物和器物的表面,而且还易氧化成硫酸盐降落地面,污染土壤、森林、河流和湖泊。在硝酸、硫酸、氮肥、尼龙和 染料的生产过程中,会产生大量的氮氧化物,它除直接损害人体健康外,对农林业也有极大破坏作用;

· c、浮游粒子种类多、危害大:化工生产排出的浮游粒子种类繁多,包括粉尘、烟气和酸雾等。其中以各种燃烧设备排放的大量烟气和化工生产排放的各种酸雾对环境的危害较大。烟气中微小碳粒子吸附性很强,能吸附烟气中的焦油状碳氢化合物。其中如苯并芘是一种致癌物质,它容易被烟气吸附而腐蚀环境,威胁人体健康。特别是浮游粒子与有害气体同时存在时能产生协同作用,对人体的危害更为严重;

3.5、固体废物腐蚀:

由工矿企业的生产过程中所排出的丢弃物质,都称为废物,这些废物以固体形式存在的,就叫做固体废物,通常又叫做废渣。工业废渣,按照其来源的不同,可以分为冶金废渣、采矿废渣、燃料废渣、化工废渣等。化工废渣是由化学工业生产中排出的工业废渣,包括硫酸矿渣、电石渣、碱渣、塑料废渣等。其中以硫酸矿渣数量较大,每生产1t硫酸,要排出1.1t废渣。工业废渣对环境的污染有以下几个方面。

· a、对土壤的腐蚀:不仅存放废渣需要占用大量的场地,而且在自然界的风化作用下,废渣会到处流散。尤其是有毒的废渣,既使土壤受到污染,又可导致农作物等受到污染。如果污染物转入农作物或者转入水域后,会给人类健康带来很大的危害。此外,一旦土壤受到污染,很难得到恢复,甚至永远成为不毛之地;

· b、对水域的污染:工业废渣既可能渗入到地下水中,又可能通过风和雨被带人地面水中,对水体造成污染。废渣对水域的污染以化工废渣最为突出,尤其是将化工废渣不做任何处理,直接倒入江河、湖泊或沿海海域,将造成更为严重的水体环境污染;

· c、对大气污染:化工废渣在堆放过程中,在温度、水分的作用下,某些有机物质发生分解,产生有害气体扩散到大气中,对大气造成污染。例如,石油化工厂排出的重油渣及沥青块等,在自然条件的作用下,会产生环芳烃气体。

四、化工厂钢结构防腐方案

钢结构种类及所处的环境多种多样,即使是同一个钢结构设施,由于其各部位环境的不同,所采取的防腐措施也有所差异。 可分为及室内钢结构件, 这些设施长期处于化工气体、 工业大气、海洋大气、 酸性水及土壤的腐蚀环境下, 要长期使用而不进行大面积维修就要对其进行合理的防腐蚀涂装。 具体的方案须根据腐蚀环境及介质条件而定, 在此我们以大型钢结构的使用环境、各部位所处的介质环境、表面处理的要求、工作状态等进行防腐蚀涂装方案的推荐。

4.1、户外钢结构件:大气环境下的钢结构受阳光、风沙、雨雪、霜露及一年四季的温度和温度变化作用,其中大气中的氧和水分是造成户外钢结构腐蚀的重要因素,引起电化学腐蚀,化工园区空气中含有SO2、CO2、NO2、CI2、H2S及NH3等,这些成分对钢体的腐蚀危害最大,它们可使金属表面钝化膜遭到破坏,且呈酸性,形成酸雨从而加快金属的腐蚀。

4.2、室内钢结构件:常温下钢铁的腐蚀主要是电化学腐蚀。钢结构在常温大气环境中使用,钢材受大气中水分、氧和其他污染物(未清理干净的焊渣、锈层、表面污物)的作用而被腐蚀。大气的相对湿度在60%以下时,钢材的腐蚀是很轻微的;但当相对湿度增加到某一数值时,钢材的腐蚀速度突然升高,这一数值称为临界湿度。常温下,一般钢材的临界湿度为60%~70%。当化工厂车间空气被污染有酸雾时或在沿海地区空气中含盐时,临界湿度都很低,钢材表面容易形成水膜。此时焊渣和未处理干净的锈层(氧化铁皮)作为阴极,钢结构构件(母材)作为阳极在水膜中发生电化学腐蚀。大气中的水分吸附在钢材表面形成的水膜是造成钢材腐蚀的决定因素;大气的相对湿度和污染物的含量是影响大气腐蚀程度的重要因素。

五、化工厂换热器防腐方案

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体或将冷流体的热量传递给热流体的的设备,又称热交换器。管式换热器由于技术成熟、 维修方便, 因而在石油化工、 钢铁、纺织、 化纤、制药等各行各业中应用十分广泛。换热器由于在各行各业应用的普及性,因而出现维修的概率也越来越广泛,特别是由于换热介质的物理、化学不同,导致换热器的损坏形 式也不同,而据全世界的报导所知,换热器的损坏 90%是由于腐蚀而引起的,因此换热器的腐蚀问题一直是石化企业面临的棘手问题。

5.1、换热器表面的腐蚀磨损:磨损腐蚀是高速流体对金属表面已经生成的腐蚀产物的机械冲刷作用和新裸露金属表面的腐蚀作用的综合;

5.2、沉积物引起的电化学腐蚀:当介质流动不均或滞留时很容易在换热管表面形成沉积物,由于沉积物是不连续不牢固且不均匀的,在某些部位形成了裂缝和间隙,由于缝内外氧的差异而形成了电化学腐蚀;

5.3、换热管水侧的腐蚀:当介质流动不均或滞留时很容易在换热管表面形成沉积物,由于沉积物是不连续不牢固且不均匀的,在某些部位形成了裂缝和间隙,由于缝内外氧的差异而形成了电化学腐蚀;

六、表面处理要求

6.1、化工钢结构表面处理:可执行如下规范和标准工业建筑防腐蚀设计规范(GB 50046-2008) 及验收规范” GB50212-2002,“建筑防腐蚀工程质量检验评定标准” GB50224;

· a、除油:喷砂前,除去油脂或探伤拍片留下的润湿剂,按照SSPC-1“溶剂清洁”标准执行;

· b、结构处理:二次除锈之前,应当检验结构的焊接和外观,以发现存在的结构缺陷并及时处理:自由边、角应当使用磨机处理 至R≥2毫米。清除所有的焊渣、飞溅和焊豆咬边和气孔应当补焊并磨平,存在的钢材表面翘皮应当磨除,手工焊缝应当打磨处理以减少尖锐的表面存在;

· c、外漏钢结构处理:对外露的钢筋和型钢进行表面除锈处理,涂刷环氧防锈底漆二道。准备涂漆的钢材表面要清洁、干燥,无 油脂,保持粗糙度和清洁度直到第一度漆喷涂。所有灰尘要求彻底清理,根据ISO8502-3灰尘量要小于2级;

· d、表面处理后4个小时内,钢材表面在返黄前,就要涂漆;如果钢材表面有可见返锈现象,变湿或者被污染,要求重新清理到 前面要求的级别。

6.2、混凝土结构的表面要求:混凝土基面必须坚固、密实、平整、干燥、清洁;不应有起砂、起壳、裂缝、蜂窝麻面、松散 颗粒、油脂或其它污染等现象。

· a、抗压强度:用回弹仪测定抗压强度,基层的抗压强度应不低于20N/mm2(2800psi);

· b、粘结强度:用拔拉测试仪测定粘结强度,混凝土基层粘结强度应不低于1.5N/mm2(210psi);

· c、基层含水率:混凝土基层至少要有28天的固化龄期,含水率不能超过6%;

· d、表面喷砂:混凝土表面最佳的处理方法为喷砂处理,如果不能,则进行机械打磨处理。

七、防腐配套方案

1、钢结构新建防腐方案

 

2、钢结构维修防腐方案

 

八、混凝土油漆防腐

1、混凝土池壁防腐新建方案

 

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