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污泥脫水機(jī)是石油石化行業(yè)處理污泥的主要手段，目的是實現(xiàn)泥與水的分離，從而降低了污泥后續(xù)處理難度。對于煉廠中污水處理廠，常見的污泥分為三種，一種是由油、水、固體物質(zhì)組成的懸浮乳狀液體系，稱之為油泥，占比約10%；另一種是含有較多污油、化學(xué)試劑的浮渣，占比在一半左右；另一種是含有較多污油、化學(xué)試劑的浮渣，占比在一半左右；第三種是含有較多微生物、細(xì)菌和少量油的活性污泥，占比約為40%。由于近些年來我國石油石化行業(yè)處理了越來越多的高酸原油、重質(zhì)油等劣質(zhì)原油，導(dǎo)致污泥中含有更多的硫化物、氮化物和氯素等，對設(shè)備、管線造成了嚴(yán)重的腐蝕，而設(shè)備、管線腐蝕問題是造成污水處理裝置運行不穩(wěn)定的重要原因。

污水裝置管線材料的選擇和防腐技術(shù)已經(jīng)比較成熟，針對不同工況選用玻璃鋼管、不銹鋼管、混凝土管或鋼管內(nèi)襯玻璃鋼等，均可較好的解決腐蝕問題。但在設(shè)備防腐方面，因國內(nèi)污水處理設(shè)備市場仍處在魚龍混雜的階段，且污水處理設(shè)備結(jié)構(gòu)、尺寸、環(huán)境的多樣性和復(fù)雜性，缺少系統(tǒng)性的防腐研究和解決方案，造成質(zhì)量參差不齊，腐蝕問題仍很突出。與此同時，為了降低污泥腐蝕對污泥脫水機(jī)長周期連續(xù)運轉(zhuǎn)的影響，需要加強(qiáng)污泥脫水機(jī)的防腐措施，常用的防腐技術(shù)手段主要包含如下四種：

（1）選擇耐蝕材料，即將設(shè)備或管線中的不抗腐蝕的材質(zhì)更換為抗腐蝕材料，實現(xiàn)防腐的目的。

（2）對腐蝕環(huán)境和介質(zhì)采取措施，避免與腐蝕性介質(zhì)接觸。

（3）采用涂層和電化學(xué)保護(hù)方法，減弱了設(shè)備或者管線的腐蝕。

（4）采用非金屬材料代替金屬材料，因為非金屬材料具有天然的較強(qiáng)抗腐蝕能力。

針對石油石化行業(yè)里面的污泥脫水機(jī)，結(jié)合高酸原油、重質(zhì)油等劣質(zhì)原油帶來的強(qiáng)腐蝕和防腐措施分析可知，污泥脫水機(jī)需要工作在一個泥-水-汽混雜的環(huán)境，條件極為惡劣，且無法改變，因此上述防腐措施中的（2）無法應(yīng)用。同時，污泥脫水機(jī)設(shè)備中的大部分配件為轉(zhuǎn)動或支撐部件，要求具有較高的耐磨性、較高的硬度，而非金屬硬度較低、耐磨性較差，難以替代金屬；另外，現(xiàn)在的污泥脫水機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要零部件為動設(shè)備，除支撐框架外無法采用涂層防腐，所以上述防腐措施中的（3）和（4）也難以有效減緩甚至避免污泥脫水機(jī)的腐蝕問題。綜上可知，在污泥處理過程中，上述四點預(yù)防或者消除措施中，“選擇耐蝕材料”是減緩污泥脫水機(jī)設(shè)備腐蝕的首選項。因此，本文從設(shè)備腐蝕及硬度方面，通過掛片腐蝕法，研究了常見金屬材質(zhì)在制備污泥脫水機(jī)設(shè)備中的可行性，同時基于石油石化行業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的污泥脫水機(jī)設(shè)備運行情況，對優(yōu)選的設(shè)備材質(zhì)進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析，從而獲得了適宜制備污泥脫水機(jī)設(shè)備的材質(zhì)。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

實驗材料選擇幾種設(shè)備常用材質(zhì)，包括碳鋼（型號為Q235B），304不銹鋼，316不銹鋼，2205雙相不銹鋼。分別購置上述四種常用材質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)試片，每種兩片，試片規(guī)格：50mm×10mm×3mm。

掛片腐蝕實驗結(jié)束前后，需要對掛片進(jìn)行清洗，需要的試劑包括無水乙醇、氫氧化鈉、鹽酸、六次甲基四胺、硫酸、磷酸、三氧化鉻（鉻酐）、硝酸、檸檬酸銨等。上述化學(xué)試劑均為分析純（A.R.），使用或者配制溶液前未進(jìn)行進(jìn)一步的純化。

1.2 實驗操作

腐蝕實驗按照如下的步驟進(jìn)行操作，主要包含掛片預(yù)處理、腐蝕實驗、后續(xù)處理，具體步驟如下所示：

1.2.1 掛片預(yù)處理

購置密封包裝的標(biāo)準(zhǔn)掛件，用鋼印將試樣打上號碼。將掛片浸入無水乙醇中浸泡移除表面有機(jī)物（50mL/每10片），并用脫脂棉擦洗試樣表面粘附的雜質(zhì)；取出掛片，冷風(fēng)吹干，用濾紙包好，置于干燥器中，24h后稱重待用（稱重 至0.1mg）。

1.2.2 腐蝕試驗

掛片稱重后立即穿上塑料線尼龍繩，浸入試驗環(huán)境內(nèi)，并記下浸入時間。耐蝕材料優(yōu)選試驗環(huán)境選擇在污泥脫水機(jī)房除臭封閉房內(nèi)，模擬污水、臭氣、污泥腐蝕環(huán)境。注意掛片間不能彼此接觸，也不能與容器接觸，以免改變該掛片的腐蝕速率。掛片浸入深度應(yīng)保持一致，觀察并記錄試樣浸入溶液后發(fā)生的現(xiàn)象。本次腐蝕試驗中，掛片放置時間為116d，即掛入時間t為2781h。

1.2.3 后續(xù)處理

將用后的掛片小心取出，觀察記錄表面狀況后進(jìn)行后續(xù)實驗。對腐蝕沉積不明顯的掛片，用繪圖橡皮擦拭，使其露出金屬本色，然后浸入無水乙醇中，再用脫脂棉擦洗兩遍，再浸入清潔的污水乙醇中浸泡片刻，取出，置干凈濾紙上，冷風(fēng)吹干，用濾紙包好，置干燥器中，24h后稱重（稱重 至0.1mg），得出失重，計算腐蝕率。

對腐蝕沉積物較多的掛片，先用化學(xué)清洗法除去腐蝕產(chǎn)物，常用化學(xué)清洗劑的配制及說明如下表所示：

化學(xué)清洗后的掛片應(yīng)立即浸入20%的氫氧化鈉溶液中鈍化片刻，取出后浸入無水乙醇中，用濾紙擦干，然后用繪圖橡皮擦拭，露出金屬本色。

對于腐蝕試驗結(jié)果的數(shù)學(xué)處理，通常按均勻腐蝕的平均值表示。掛片腐蝕速度的計算公式如下所示：V_失=m₀-m₁/St。上述公式中，V_失代表金屬的腐蝕速度，單位為g/(㎡·h），m₀和m₁分別為掛片腐蝕前后的質(zhì)量，單位為g；S為掛片的表面積，單位為㎡；t為掛件腐蝕試驗的總時間，單位為h。

2 腐蝕實驗結(jié)果分析

經(jīng)歷了116d腐蝕后，Q235B碳鋼（編號為819）腐蝕已經(jīng)非常明顯，穿孔位置幾乎被腐蝕穿透，且鋼碼難以辨認(rèn)。而對于304不銹鋼（編號為515），僅在穿孔位置出現(xiàn)了一些腐蝕發(fā)黑現(xiàn)象，為點蝕現(xiàn)象，其余部位未見明顯的腐蝕現(xiàn)象，同時，該試樣的鋼碼清晰可見。316不銹鋼（編號為538）和2205雙相不銹鋼（編號為407）未見明顯腐蝕發(fā)黑現(xiàn)象，且這兩個試樣的鋼碼清晰可見。由此可見，對于116d腐蝕實驗后，Q235B碳鋼腐蝕非常明顯，304不銹鋼僅在穿孔位置有點蝕現(xiàn)象，而316不銹鋼和2205雙相不銹鋼未見腐蝕現(xiàn)象。

統(tǒng)計匯總了四種金屬掛片在腐蝕前后的質(zhì)量，同時計算了這四種金屬掛片的腐蝕速率和平均腐蝕速率，結(jié)果如下表所示：

對于編號為866的Q235B碳鋼，由于在腐蝕實驗過程中，穿孔位置已經(jīng)被完全腐蝕，導(dǎo)致掛片與容器底部接觸，使得該掛片的腐蝕情況與其余掛片產(chǎn)生了明顯的區(qū)別，因此編號866的Q235B碳鋼未進(jìn)行后續(xù)計算。

對于編號為819的Q235B碳鋼，腐蝕實驗前后質(zhì)量分別為10.7580g和5.5795g，在116d的腐蝕過程中，Q235B碳鋼總失重達(dá)到了5.1785g，幾乎一半的Q235B碳鋼已經(jīng)完全被腐蝕掉。通過公式計算得到的腐蝕速率和平均腐蝕速率為1.369g/㎡，意味著在該環(huán)境中，1㎡的碳鋼在污泥脫水機(jī)工作環(huán)境中運行1h后，由于腐蝕導(dǎo)致?lián)p失的質(zhì)量達(dá)到了1.369g。因此，普通未經(jīng)防腐處理的碳鋼完全不適用于石油石化污水處理裝置污泥脫水機(jī)房環(huán)境。同時，鑒于其過快的腐蝕速率，經(jīng)表面防腐的碳鋼構(gòu)件也不推薦用于制備污泥脫水機(jī)，以防防腐層局部脫落后孔蝕，造成重大設(shè)備事故。

對于發(fā)生點蝕現(xiàn)象的304不銹鋼（編號分別為510和515），腐蝕實驗前后質(zhì)量變化相對較小，按照公式計算得到的腐蝕速率為0.0006346g/㎡·h和0.0006610g/㎡·h，平均化之后為0.0006477g/㎡·h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Q235B碳鋼的平均腐蝕速率1.369g/㎡·h，即304不銹鋼的抗腐蝕能力遠(yuǎn)優(yōu)于Q235B碳鋼。而對于316不銹鋼（編號分別為538和569）和2205雙相不銹鋼（編號分別為403和407），計算得到的平均腐蝕速率分別僅為0.0002777g/㎡·h和0.0001983g/㎡·h，即這兩種材質(zhì)的腐蝕能力相差不大，稍優(yōu)于304不銹鋼的平均腐蝕速率0.0006477g/㎡·h，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于Q235B碳鋼的平均腐蝕速率1.369g/㎡·h。因此，通過公式計算得到的這四種材料的平均腐蝕速率，將其用于制備污泥脫水機(jī)工作時，抗腐蝕能力按照如下的順序遞減：2205雙相不銹鋼＞316不銹鋼＞304不銹鋼＞Q235B碳鋼。由于Q235B碳鋼嚴(yán)重的腐蝕速率，因此不建議將其應(yīng)用于污泥脫水機(jī)制造過程。

304不銹鋼、316不銹鋼和2205雙相不銹鋼材料在116d的掛片實驗過程中均具有非常低的平均腐蝕速率，除304不銹鋼出現(xiàn)點蝕外，316不銹鋼、2205雙相不銹鋼均未出現(xiàn)明顯的腐蝕，因此，這三種不銹鋼材料適宜用于污水處理裝置中。而在污泥脫水機(jī)的制備過程中，除了需要考慮材料的抗腐蝕性能，原材料的成本也是非常關(guān)鍵的一個因素，這很大程度上決定了設(shè)備的成本和后續(xù)的維護(hù)建議程度，需要綜合權(quán)衡材料的抗腐蝕性能、成本、使用壽命、年折舊費用等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

對于以304不銹鋼為材質(zhì)制備的污泥脫水機(jī)，已有的現(xiàn)場應(yīng)用數(shù)據(jù)表明，其在石油石化行業(yè)現(xiàn)場使用壽命為24個月。依據(jù)上表中計算得到的平均腐蝕速率，估算得到316不銹鋼和2205雙相不銹鋼在石油石化行業(yè)現(xiàn)場使用壽命分別為56個月和78個月。304不銹鋼的噸成本為17000元，服役周期為25個月，因此304不銹鋼的年折舊費用為8500元/a。同理可以計算得到316不銹鋼的年折舊費用為5571元/a，而2205雙相不銹鋼的年折舊費用為5692元/a。因此，綜合上述因素考慮，對于石油石化行業(yè)應(yīng)用的污泥脫水機(jī)，制備過程中建議采用的材質(zhì)為316不銹鋼和2205不銹鋼，這兩種材質(zhì)的年折舊費用相對較為接近，比現(xiàn)階段采用304不銹鋼材質(zhì)制備的污泥脫水機(jī)，年折舊成本降低了約52.6%，具有更高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

3 實驗結(jié)論

針對污泥脫水機(jī)設(shè)備面臨苛刻的腐蝕工作環(huán)境，本文先從理論上分析了污泥脫水機(jī)防腐措施應(yīng)該選擇“耐蝕材料”。為了進(jìn)一步比較常見金屬材料，包括Q235B碳鋼、304不銹鋼、316不銹鋼和2205不銹鋼的抗腐蝕能力，采用“掛片腐蝕法”研究了其在模擬環(huán)境下116d的腐蝕情況。結(jié)果表明，Q235B碳鋼腐蝕嚴(yán)重，平均腐蝕速率達(dá)到了1.369g/㎡·h，不適宜制備污泥脫水機(jī)設(shè)備。304不銹鋼、316不銹鋼和2205不銹鋼具有較高的抗腐蝕能力，平均腐蝕速率分別為0.0006477、0.0002777和0.0001983g/㎡·h，適宜制備污泥脫水機(jī)設(shè)備。結(jié)合石油石化行業(yè)污泥脫水機(jī)現(xiàn)場應(yīng)用情況，比較了304不銹鋼、316不銹鋼和2205不銹鋼制備污泥脫水機(jī)設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，發(fā)現(xiàn)316不銹鋼和2205不銹鋼制備污泥脫水機(jī)設(shè)備具有更低的年折舊費用，相較于304不銹鋼的年折舊費用降低了一半以上。