耐高盐卤水的表面防腐技术

【摘要】：随着经济社会的迅速发展,氯和溴系化工也在迅速发展,对卤水资源的需求量越来越大,但是随着浅层地下卤水的不断开采,已经不能满足产业发展的需要,因此,地下深层卤水资源的开采引起了广泛的关注。与开采浅层卤水相比,开采深层卤水需要非常高的投资和运营费用,深层卤水开采过程中存在的高温、高压、高盐的条件,会对采输卤管道和采卤构筑物造成严重的腐蚀。因此,研究一种解决开采卤水设备腐蚀问题的技术,对于深层卤水的高效、低能开采具有非常重要的意义。本文依托国家高技术研究发展计划“863”：黄河三角洲深层卤水高效开采关键技术,选取黄河三角洲深层卤水作为研究对象,在全面调研文献的基础上,通过研究碳钢设备在卤水中的腐蚀机理,筛选耐高温高盐卤水的金属材料,研究耐高盐卤水的Ni-W-P表面处理技术,获得了适用于深层卤水开采的耐高盐卤水腐蚀的防腐技术。并将该技术应用于深层卤水中,获得满意效果。主要内容和结果如下：(1)研究了时间、温度、含盐量、pH、压力等对N80钢在卤水中的腐蚀速率影响,结果显示,N80钢在高温高盐卤水中的腐蚀,随着时间的增加,会在N80钢表面形成一层腐蚀产物膜,而且腐蚀速率随着时间的增加逐渐降低；N80钢在高盐卤水中的腐蚀速率随温度的升高而增加,100℃时腐蚀速率比20℃时增加了18.42倍；随着含盐量的增加,N80钢在40℃下的腐蚀速率呈现先增加后降低的趋势；N80钢在60℃下的腐蚀速率随着压力的增加而增加,常压下腐蚀速率为0.2133mm/a,10MPa时腐蚀速率为0.6333 mm/a,增加了1.97倍；高盐卤水在pH为5.0-7.0区间内,N80钢的腐蚀速率变化不大,在0.1mm/a附近浮动。(2)针对采卤设备在高温高盐卤水中腐蚀严重的问题,利用腐蚀试验对N80钢、7075铝合金、2024铝合金、Q235钢、20#钢、1Cr13钢、双相不锈钢2205、不锈钢316L、不锈钢304等材料进行了耐腐蚀性对比,结果表明：在全盐量295.4g/L、温度95℃的常压卤水中,各材料的耐腐蚀顺序是2205双相不锈钢316L不锈钢304不锈钢1Cr13钢N80钢20#钢≈Q235钢≈2024铝合金7075铝合金。(3)利用电镀的方法在N80钢基体上制备了Ni-W-P镀层,通过研究电流密度、镀液pH和温度对电镀Ni-W-P镀层耐蚀性的影响,得到制备耐蚀电镀Ni-W-P镀层的最佳工艺参数为：电流密度8A/dm2、pH=6、温度60℃。利用SEM、XRD、EDS等表征与分析测试手段并通过电化学和全浸腐蚀试验,对N80钢电镀Ni-W-P防腐技术进行了性能测试,结果表明,N80钢电镀Ni-W-P镀层后在90℃卤水中的腐蚀速率降为原来的21%。(4)利用化学镀的方法在N80钢基体上制备了Ni-W-P镀层,通过研究硫酸镍、钨酸钠、次亚磷酸钠和柠檬酸钠等主要组分的浓度对化学镀Ni-W-P镀层耐蚀性的影响,得到制备耐蚀化学镀Ni-W-P镀层最佳镀液配方为：硫酸镍浓度30g/L、钨酸钠浓度40 g/L、次亚磷酸钠浓度25 g/L和柠檬酸钠浓度90 g/L,利用SEM、XRD、EDS等表征与分析测试手段并通过电化学和全浸腐蚀试验,对N80钢化学镀Ni-W-P防腐技术进行了性能测试,结果表明,N80钢化学镀Ni-W-P镀层后腐蚀速率降为原来的20%。(5)将所得到的镀Ni-W-P镀层技术应用在卤水开采中。结果显示：在模拟装置中卤水循环3d后,镀Ni-W-P的模拟提卤管道未出现腐蚀现象,卤水成分分析结果表明,该防腐技术对卤水品质未产生明显影响；进行的3个月的实际应用试验表明,Ni-W-P防腐技术处理的采卤管在水温21～40℃,含盐量110～330g/L的卤水中,都表现出了优异的防腐效果。因此,Ni-W-P镀层作为采卤管防腐技术,经济可行,可用于黄河三角洲深层卤水的开采。