硝酸镁加热器腐蚀原因分析.pdf

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1、第39卷第4期化工机械52l硝酸镁加热器腐蚀原因分析王振华+郑伟伟冯君艳李应祖郑建国(天华化工机械及自动化研究设计院)摘要通过对某石化企业硝酸镁加热器的设备结构、生产工艺和腐蚀形貌分析，得出在170℃的67％Mg(N0，)：+l％HN0，的生产物料中，由于HN0，的强氧化性，设备材料(304L不锈钢)发生了宽而浅的、非敏化态S、P偏析型晶间腐蚀，并伴有全面腐蚀，最终导致设备腐蚀损坏。关键词硝酸镁加热器硝酸晶间腐蚀s、P偏析中图分类号TQ051．5文献标识码B文章编号0254-6094(2012)04

2、-052l-03某石化企业硝酸镁加热器在使用过程中出现严重的腐蚀损害问题，筒体腐蚀最严重部位已穿孔，孔边缘薄如纸张，已丧失机械强度；换热管外表面已变得非常粗糙，布满金属颗粒腐蚀脱落后形成的凹坑，进料口正下方换热管已腐蚀穿孔，腐蚀程度强于其他部位换热管。设备进料口正下方换热管和锥形简体是整台设备腐蚀最严重的部位，使用寿命仅为6个月，腐蚀率高达4～20mm／a。1设备概况硝酸镁加热器是“间硝法”浓硝酸生产工艺的关键设备之一，其结构为u形管式换热器(图1)。硝酸镁加热器宏观腐蚀形貌如图2所示，可以看出设备

3、不同部位腐蚀程度轻重不一，设备运从人口接管进入壳程，在换热管内中压蒸汽加热的条件下，溶液中所含1％HNO，大部分沸腾气化后从气相孔上升进入浓缩塔，作为浓缩塔提馏段的加热物料，而脱除硝酸后的稀硝酸镁溶液从溢流口流出进入稀硝酸镁储槽，正常生产时溢流口以下为液相介质，溢流口以上为气相介质。口转时，从浓缩塔下来的150～175℃稀硝酸镁溶液图1加热器结构及腐蚀形貌拍照、取样位置示意图a．设备简体腐蚀形貌h．进料口正下方换热管腐蚀形貌c．设备中部换热管腐蚀形貌图2加热器腐蚀形貌+王振华，男，1979年6月生，

4、工程师。甘肃省兰州市，730060。522化工机械2012年换热管、管板和简体材料均为304L奥氏体不锈钢，化学成分经光谱分析均符合标准要求，换热管为西25mm×2mm的无缝钢管，管板厚度190-nm，简体直径l600mm、厚度10mm，工艺参数见表1，表l硝酸镁加热器工艺参数2分析方法从设备进料口正下方换热管和简体取样，取样位置如图1、2所标示位置，用自来水冲洗和橡皮擦拭清除表面腐蚀产物，肉眼观察腐蚀表面宏观形貌，判断腐蚀轻重程度，然后对表面和断面进行sEM形貌分析，辨别腐蚀形态；对简体取样表面的

5、晶界和晶内以及母材进行EDS分析，对比杂质元素的变化，探讨腐蚀机理，分析仪器为JsM-5600LV低真空扫描电子显微镜。3结果及讨论3．1腐蚀宏观形貌图3为从运行设备中所取样表面宏观腐蚀形貌，可以看出304L材料表面出现均匀的腐蚀凹坑，凹坑呈现口大、底小的形状，形成过程为金属晶粒脱离母材所致，与图2所反映形貌一致，具有全面腐蚀的特征。3。2腐蚀微观形貌图4为所取样表面和断面微观腐蚀形貌，可见304L材料表面出现大面积晶粒脱落后形成的凹坑，凹坑边缘层次不齐，晶界严重显露，已连成a换热管表面sEMa．换

6、热管表面宏观腐蚀形貌h．简体表面宏观腐蚀形貌图3取样宏观腐蚀形貌网状，晶界腐蚀较宽，未脱落晶粒显得非常酥松，貌似已丧失与母材的结合力，表面微观形貌呈现晶间腐蚀的特征；从断面sEM形貌可看出，晶界向母材内部腐蚀发展较浅，晶粒脱落速度与晶界腐蚀发展速度相当。3．3成分分析表2为筒体取样不同部位的成分。可以看出，x射线能谱在304L母材中未发现P元素，但在晶内和晶界发现一定含量的P元素，晶界处P元素含量高于晶内，S元素也有同样的变化规律，即304L不锈钢在固溶状态下发生腐蚀时，晶界处富集了S和P元素。h．

7、简体表面swN第39卷第4期化工机械523r．换热管断断SEMd．简体断面sEM图4取样微观腐蚀形貌表2筒体表面EDs分析结果％3．4结果讨论分析整套生产工艺参数和其他设备的腐蚀情况发现，浓硝酸镁高位槽用304L材料制作，槽内介质为160℃、72％浓硝酸镁溶液，此设备工艺参数与硝酸镁加热器对比，最大不同是溶液介质中硝酸的含量很低，在生产中未发现浓硝酸高位槽腐蚀损坏的情况。由此可见，浓度为l％左右的硝酸和170℃的高温环境是硝酸镁加热器发生腐蚀损坏的主要原因。硝酸在全部浓度范围内均显示氧化性，奥氏体不

8、锈钢在硝酸介质中对晶间腐蚀是敏感的，敏感程度随浓度和温度的升高而增大，18．8型不锈钢在1％硝酸中，沸点温度以下腐蚀率不大于0．1mm／a，在170℃高温下，腐蚀率达到lmm／a⋯。结合腐蚀微观形貌，硝酸镁加热器腐蚀损坏的主要原因是在浓度为1％左右的硝酸中，在170℃高温下发生了晶间腐蚀，晶界腐蚀发展呈现宽而浅的特征，由于晶粒脱落速度与晶界腐蚀发展速度相当，宏观腐蚀形貌呈现全面腐蚀特征。进料口正下方换热管和筒体在高密度硝酸镁溶液的冲刷作用下，晶粒脱落速度较快，晶间腐蚀