工业废水处理用MVR设备的腐蚀与防护

石油石化等化工生产活动中产生大量工业废水，工业废水水量较大而且含盐量高，使得废水处理难度及成本较高。通过加热蒸发、再压缩技术可实现废水浓缩结晶。浓缩废水盐度、氯化物等侵蚀性杂质含量高，伴随着处理工艺中加热高温环境，带来极高的腐蚀风险。

本实验对高氯、高盐浓缩工业废水腐蚀因素分析，结合现场常见腐蚀类型，提出开发新型耐磨防腐涂层是控制MVR蒸发器等设备实施腐蚀最直接有效的防护方式。

高氯高盐是化工工业废水的主要特点之一，未浓缩之前氯离子含量普遍大于0.5g/L，盐度约5-6g/L，通过MVR蒸发器浓缩后最高浓盐水盐度可达100-300g/L。氯离子通过吸附在不锈钢表面溶解钝化膜形成可溶解的氯化物，导致金属表面钝化膜被破坏进而发生腐蚀。

不锈钢或双相不锈钢对氯离子质量浓度非常敏感，当质量浓度大于0.5g/L时，不锈钢就有发生点蚀和缝隙腐蚀的倾向；质量浓度达到1g/L时，不锈钢产生局部点蚀且腐蚀速率增加20倍。

温度腐蚀通常为化学反应，温度越高化学反应速度越快，有研究表明温度每提升10℃，腐蚀速度约增加1-3倍。MVR处理工艺中操作温度高达80-120℃，在高温环境下，加速氯离子对不锈钢钝化膜的破坏，苛刻的腐蚀环境对设备设施用金属材料耐蚀等级提出更高的要求。

在高氯盐水环境中，当腐蚀环境低于70℃时，工业纯钛通常不会发生腐蚀。当介质温度较高时，工业纯钛发生局部腐蚀的风险大大提高，尤其是钛与其他金属材料接触位置，极易发生电偶腐蚀和缝隙腐蚀。

介质流动速度对不锈钢耐蚀性能有较大影响，在较高流速下，流体对不锈钢表面造成局部冲刷冲击，当流体中含有较大颗粒的晶体时，不仅造成冲刷腐蚀而且带来严重的磨蚀。此外，在流体高速冲击下，与流体接触的金属表面形成类似于空穴状的腐蚀。

金属离析和沉积物的堆积也是高盐废水处理中的常见问题。在处理过程中，高盐废水中的盐类物质容易析出并在设备表面沉积，形成结垢和污垢，带来垢下局部腐蚀风险，严重的情况下堵塞管道和阀门，影响系统的正常运行。

MVR蒸发结晶器喷射区管路外壁处于气、液、固多相复杂环境，不锈钢表面钝化膜长期经受流体、气体冲刷，造成钝化膜提前破损失效，表面产生严重的点蚀或者缝隙腐蚀，严重的情况下导致腐蚀穿孔。腐蚀形貌如图1所示。

图 1 MVR蒸发结晶器喷射区管路外壁腐蚀

因蒸发结晶器内高氯离子含量、低pH环境，结晶器内壁遍布点蚀，腐蚀形貌如图2所示。

图 2 MVR蒸发结晶器内壁点蚀

MVR蒸发器内存在大量焊缝，虽制造过程中选用耐蚀性能较高的焊丝进行焊接，但因焊丝材料与蒸发器金属材料不同，不同金属间存在电位差，构成电偶腐蚀倾向。伴随着腐蚀的发生，焊缝内外往往存在介质或溶解氧浓度差异，加速侵蚀性离子向焊缝内部迁移，形成自催化作用，进一步加速缝隙腐蚀的速率。焊缝腐蚀形貌如图3所示。

图 3 MVR蒸发结晶器法兰接口焊接接头焊缝腐蚀

耐蚀金属材料的选用是MVR设备防腐中至关重要的一步，通常MVR设备使用的金属材料有双相不锈钢、镍合金、钛合金、铜等。针对不同工况环境，可参考表1选择金属材料。

表 1 不同温度及氯离子浓度下推荐金属材料

采用耐蚀等级更高的金属材料制备MVR蒸发器等设备设施及管道是防止腐蚀的有效方法，但是耐蚀等级的提升带来造价成本的增高。如不锈钢的价格大概在5-6万元/吨，镍合金约7-9万元/吨，工业纯钛约10-15万元/吨，若全部选用工业纯钛，则设备成本增加约50%，降低市场竞争力。

在蒸发器金属表面涂敷特定耐高温、耐冲刷的防腐涂层，使盐溶液与蒸发器的金属壁之间产生隔离屏障，避免腐蚀性介质与金属表面接触，从而避免腐蚀的产生。该种方法简单有效，且成本较低。

在该特殊工况环境下，建议使用先进耐磨防腐涂料来提高系统的耐腐蚀性能。钛合金表面常用防腐涂层有硅烷涂层、ZrO₂涂层、CrN涂层等。不锈钢表面常用耐磨防腐涂层多为氧化铝复合陶瓷涂层、电接枝聚苯胺复合涂层等。

当前采用复合涂层技术取代单一涂层技术称为研究热点，国外研究院所开展了许多探究工作，国内尚处于起步阶段。未来，采用复合涂层技术制备新型耐磨防腐涂层是解决MVR设备设施腐蚀的直接、经济有效的方法。

缓蚀剂是一种能显著降低金属在侵蚀性介质中的腐蚀速度的物质，在MVR蒸发器的盐水进料罐内，加入一定比例的缓蚀剂，可以大大降低蒸发器内件的腐蚀速率，延长蒸发器使用年限。缓蚀剂通常为有机胺或者咪唑啉类物质，添加后改变高盐废水组成，可能对MVR蒸发结晶效果带来影响。

MVR设备设施在高盐废水中腐蚀问题是一个关键的挑战，而防腐蚀管理是解决这一问题的重要手段。本研究建议通过MVR工艺设计初期进行合理金属材料选择、开发新型防腐耐磨涂层等手段进行防腐保护。