PTA裝置不銹鋼材料腐蝕磨損的探討

1、PTA裝置不銹鋼材料腐蝕磨損的探討發(fā)布于:2006-6-16 點(diǎn)擊次數(shù):171 侯峰1  徐宏1  許林云2 譚曉勇1  劉阿龍1(1華東理工大學(xué)化工機(jī)械研究所，上海200237：2揚(yáng)子石油化工股份有限公司，江蘇南京210048)摘  要：采用自制的實(shí)驗(yàn)裝置，模擬PTA生產(chǎn)裝置中回轉(zhuǎn)式干燥機(jī)蒸汽列管工作條件對(duì)奧氏體不銹鋼0crl8Ni9(304)、OOcrl7Nil4M02(316 L)、00Crl9Nil3M03(317 L)和雙相不銹鋼00Cr22Ni5Mo3N(2205)在含有溴離子和對(duì)苯二甲酸顆粒的醋酸介質(zhì)中，進(jìn)行腐蝕磨損性能研究一結(jié)果

2、表明，4種不銹鋼的腐蝕磨損速率隨著腐蝕介質(zhì)溫度的升高而增加；在低溫時(shí)。腐蝕磨損速率差別不大；當(dāng)溫度超過80以后，腐蝕磨損性能的差異變大，其中2205的耐腐蝕磨損性能最好，其次為317 L316 L，而304則最差。相同條件下，腐蝕磨損速率大于均勻腐蝕速率：建議用2205代替316 L制作PT土回轉(zhuǎn)蒸汽管干燥機(jī)的加熱列管。關(guān)鍵詞：精對(duì)苯二甲酸  干燥機(jī)  蒸汽列管  腐蝕磨損速率  均勻腐蝕速率中圖分類號(hào)：TQ24512；TQ051 8  文獻(xiàn)識(shí)別碼：A  文章編號(hào)：1001-004l(2005)06-0034-03 

3、0;  以對(duì)二甲苯為原料的液相空氣氧化法生產(chǎn)精對(duì)苯二甲酸(PTA)工藝路線溫度高、壓力大，且含溴離子的濃醋酸在充分曝氣的條件下，腐蝕性比較強(qiáng)，因此設(shè)備用材級(jí)別較高。揚(yáng)子石油化工股份有限公司(簡稱揚(yáng)子石化公司)化工廠PTA裝置有3臺(tái)氧化回轉(zhuǎn)式干燥機(jī)用于干燥對(duì)苯二甲酸(TA)濾餅，由于回轉(zhuǎn)式干燥機(jī)蒸汽列管等不銹鋼內(nèi)構(gòu)件在工作過程中不斷受到TA料的沖刷磨損1，2，而且TA料中含有一定的醋酸溶劑，且含有溴離子，因而干燥機(jī)內(nèi)蒸汽列管等不銹鋼內(nèi)構(gòu)件材料為奧氏體不銹鋼00Crl7Ni4Mo2(316L)發(fā)生了較嚴(yán)重的腐蝕磨損，造成加熱管減薄，最終導(dǎo)致泄漏。作者采用自制實(shí)驗(yàn)裝置模擬干燥機(jī)加熱管的工作

4、條件，對(duì)奧氏體不銹鋼OCrl8Ni9(304)，316 L，OOCrl9Nil3M03(317 L)和雙相不銹鋼00Cr22Ni5M03N(2205)在含溴離子和TA顆粒的醋酸介質(zhì)中的腐蝕磨損性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以便合理用材。1  實(shí)驗(yàn)11試樣及腐蝕介質(zhì)    實(shí)驗(yàn)用304，316 L，317 L和2205 4種材料均取自揚(yáng)子石化公司PTA裝置板材，為進(jìn)口不銹鋼材料，化學(xué)成分實(shí)測值如表1所示。實(shí)驗(yàn)采用板狀試樣，外形尺寸為：53 mm×7 mm×2 mm，逐級(jí)打磨至粗糙度為16，用丙酮清洗后干燥、稱重。實(shí)驗(yàn)所用腐蝕介質(zhì)為取自PTA裝置TA

5、工段的母液與TA粉料配制而成。介質(zhì)的組成如下：H2O，TA,Co,Mn,Br-,HAc,其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4.7%，26.2%，0.66%，0.96%，67.11%。12實(shí)驗(yàn)方法   自制實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示3，4，可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速來控制試樣的線速度。容器外面采用恒溫槽加熱以維持恒定的實(shí)驗(yàn)溫度。將試樣用螺栓固定在旋轉(zhuǎn)支架上，轉(zhuǎn)速為300 rmin，試樣的線速度為17ms，試驗(yàn)時(shí)間為48 h。  圖l  腐蝕磨損試驗(yàn)裝置示意圖Fig1  Diagram of corrosivewear test apparatus  1

6、轉(zhuǎn)軸；2支架；3試樣；4腐蝕介質(zhì)    采用失重法計(jì)算材料的腐蝕磨損速率。用掃描電鏡觀察試樣表面形貌。參照CBl021488金屬材料實(shí)驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法，用浸泡法測定不銹鋼材料在腐蝕介質(zhì)中不同溫度條件下的均勻腐蝕速率。2  結(jié)果與討論21  溫度對(duì)材料腐蝕磨損速率的影響    從圖2可知，溫度較低時(shí)，4種材料的腐蝕磨損速率均很小，隨著腐蝕介質(zhì)溫度的升高，4種不銹鋼的腐蝕磨損速率增加，這是由于溫度越高，鈍化膜溶解加快，腐蝕加速。當(dāng)介質(zhì)溫度超過80°C時(shí)，腐蝕磨損速率突然大幅度增加，這說明4種材料的腐蝕

7、磨損速率存在著一個(gè)臨界溫度，當(dāng)超過這個(gè)臨界溫度時(shí)，腐蝕磨損速率會(huì)急劇加大。在此臨界溫度下，304的腐蝕磨損速率最高，其次是316 L和317 L，而2205的腐蝕磨損速率最低。在110時(shí)，304的腐蝕磨損速率高達(dá)559 mm/a，說明這種材料耐高溫腐蝕磨損的性能很差，而2205在高溫時(shí)腐蝕磨損速率仍較低，316 L和317 L耐腐蝕磨損的性能明顯高于304，但低于2205。                  

8、;                   圖2試樣在不同溫度下的腐蝕磨損速率              Fig.2Variationofcorrosion wear rate at different tempemtures for samples   

9、0;                                1304；2316 L；3 317 L；4 2205    雙相不銹鋼2205的耐腐蝕磨損性能明顯優(yōu)于其他3種材料。這主要是因?yàn)?205在運(yùn)動(dòng)過程中表面的加工硬化能力強(qiáng)。雙相不銹鋼2205含N

10、i量低，面心立方相的層錯(cuò)能低，屬亞穩(wěn)態(tài)奧氏體結(jié)構(gòu)，在表面剪切力作用下產(chǎn)生大量的位錯(cuò)增殖，故形變強(qiáng)化能力強(qiáng)。體心立方相的強(qiáng)化趨勢(shì)低，在形變過程中有緩沖作用，能抑制裂紋的擴(kuò)展，使被磨損的材料表面在宏觀上表現(xiàn)為外強(qiáng)內(nèi)韌，從而表現(xiàn)出較好的耐磨性。單純的奧氏體不銹鋼，雖然同屬面心立方結(jié)構(gòu)，但由于其含Ni量高，所以相穩(wěn)定性增加，層錯(cuò)能也上升，較之含亞穩(wěn)態(tài)相的雙相不銹鋼，其形變強(qiáng)化能力大大下降。在磨損過程中從表層到亞表層硬度變化曲線過陡，使之易于萌生裂紋而發(fā)生斷裂，高載下更加不利，所以其抗磨性能不如雙相不銹鋼，且隨著合金化程度增加耐磨性下降幅度加大5。22  腐蝕磨損速率與均勻腐蝕速率 

11、   從圖3可知，在相同溫度下，各試樣的腐蝕磨損速率大大高于其均勻腐蝕速率。                             圖3  均勻腐蝕速率和腐蝕磨損速率對(duì)比Fig3    Contrast ofuniformcorrosionrate and corro

12、sion wear rate  1腐蝕磨損；2均勻腐蝕    這是因?yàn)槟p減薄或破壞鈍化膜或除去表面產(chǎn)物而裸露出材料新鮮的金屬表面；同時(shí)，腐蝕介質(zhì)的攪動(dòng)也加速了傳質(zhì)過程使金屬表面的腐蝕產(chǎn)物迅速擴(kuò)散到介質(zhì)中，補(bǔ)充了新的腐蝕介質(zhì)，使去極化劑容易到達(dá)金屬表面，表面剪切力使材料表面變形、強(qiáng)化甚至出現(xiàn)為裂紋，增加位錯(cuò)、空位等缺陷，表面粗糙度也增大，這都會(huì)增加材料表面活性從而導(dǎo)致腐蝕反應(yīng)加速；腐蝕同樣會(huì)加劇磨損，材料表面由于受到介質(zhì)腐蝕而變得疏松、多孔，很容易被介質(zhì)中含的TA顆粒刮掉或沖掉而增加材料的流失量，腐蝕還會(huì)增加金屬表面的粗糙度，而且由于金屬組織結(jié)構(gòu)的不均勻

13、性，腐蝕會(huì)破壞晶界、相界或其他組織的完整性，降低其結(jié)合強(qiáng)度，因而促進(jìn)了磨損5。磨損腐蝕速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于均勻腐蝕速率。23掃描電鏡分析    圖4為3種不銹鋼材料在11c腐蝕介質(zhì)中腐蝕磨損試驗(yàn)后的表面微觀形貌，可以看出，304不銹鋼表面出現(xiàn)了大面積的腐蝕，表面的鈍化膜已經(jīng)完全被腐蝕掉，有大塊剝落現(xiàn)象，觀察不到磨損痕跡，呈現(xiàn)脆性剝落特征，并且局部有較深的腐蝕坑，這可能是被嚴(yán)重的腐蝕掩蓋所致。316 L不銹鋼試樣表面上有一道道很深的被犁削的溝槽，這是TA顆粒在金屬表面沖刮后留下的痕跡，同時(shí)可看到表面上有一個(gè)個(gè)白色的方形顆粒，有的嵌入溝槽中，這是TA顆粒，金屬表面有明顯的腐蝕

14、痕跡和剝落坑。比起前兩種不銹鋼材料，2205表面腐蝕則輕微得多，表面仍出現(xiàn)淺平的磨痕，但無剝落坑，腐蝕特征不明顯。因此，雙相不銹鋼2205的耐腐蝕磨損最好。另外，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)317 L的腐蝕磨損的表面形態(tài)與316 L的相近，這主要是其材料成分相差不大的緣故。    圖4  不銹鋼材料腐蝕磨損后表面微觀形貌Fig.4 Surface mieromorphologvof conosion-wom stainlessstee3  結(jié)論    a4種不銹鋼的腐蝕磨損速率隨著腐蝕介質(zhì)溫度的升高而增加，但在低溫時(shí)差別不大，當(dāng)溫度超過80°C以后，耐腐蝕磨損性能的差異開始加大，其中：304的最差，317 L，316 L次之，2205的則最好。    b相同條件下，4種不銹鋼的腐蝕磨損速率均大大高于其均勻腐蝕速率。    c建議PTA裝置采用雙相不銹鋼2205代替奧氏體不銹鋼316 L來制作回轉(zhuǎn)蒸汽管干燥機(jī)的加熱列管。    參考文  獻(xiàn)1  馬秋林PTA裝置中不銹鋼材料的選用及分析J合成纖維工業(yè)200225(3)：43462余存燁PTA裝置腐蝕與防護(hù)分析J化工設(shè)