初期雨水泵腐蚀案例分析

初期雨水泵腐蚀案例分析

背景：

      某装置工艺对初期雨水泵进行启泵时发现泵流量扬程不足，同时机封出现泄漏，因此对其进行拆检查看。在拆检过程中发现泵的叶轮与泵壳均出现不同程度的腐蚀现象，由于运输介质为装置收集的雨水，正常工况下不应出现腐蚀情况，因此对其进行原因分析，避免此类情况再次发生。

研究过程：

      此台初期雨水泵为卧式、单级、单吸、径向剖分的蜗壳式离心泵，在泵吸入端配备有自吸罐，启泵前先将出口管路上的阀门打开，再往自吸罐中注满水，注水一次可以一直使用。启泵后泵线将罐中的介质吸入并排出，介质在大气压作用下进入吸入管以及自吸罐内，入口管通过自吸泵顶部的双管向下射流，进行汽液混输，罐顶的空气随着液体全部排出，泵随即开始正常稳定工作，从而实现了液下介质的运输。

 

                  图1 初期雨水泵外形图

      当发现叶轮以及泵壳出现腐蚀后，怀疑是介质或是泵材质问题，于是立即对过流介质进行了取样分析，在等待取样分析结果的同时，查阅设备相关资料，确认设备的材质情况，并通过材质仪进行验证，从而确定了泵叶轮材质为马氏体不锈钢ZG1Cr13Ni，泵体及自吸罐材质为ZG230-450，相连管道也为碳钢材质。

 

               图2 腐蚀情况                      

      过流介质取样分析结果如图所示，介质中含有氯离子和硫酸根离子，氯离子含量在173mg/L，硫酸根离子含量在620mg/L以上，且PH值小于7，雨水池形成了盐酸和硫酸环境，泵头在稀盐酸和稀硫酸环境中运行。

 

      接着，通过和工艺沟通交流，通过对过流介质分析结果中的各离子组分进行分析，从而确认其来源：

①脱酸系统废水输送管线腐蚀泄漏，泄漏废水未经收集经初期雨水管线至初期雨水池；

②酸洗塔内介质（pH约为2）溢流到地面，直接对地面进行冲洗，冲洗水进入初期雨水池，从而导致介质呈酸性。而叶轮材质ZG1Cr13Ni是泵体常用材料，属于加镍的Cr13型铸造马氏体不锈钢，在大气、水、弱腐蚀性介质及某些浓度不高的有机酸的常温环境下均有良好的耐腐蚀特性，但在浓度较高的盐酸等酸性环境中，长时间接触暴露会发生腐蚀失效，因此，在强酸环境中严禁使用马氏体不锈钢。

      由于自吸罐内部腐蚀情况无法确认，根据泵体材质和自吸罐材质一致可以推断出自吸罐腐蚀情况应与泵壳一致，存在轻微腐蚀现象。

厂家建议如果介质氯离子含量会慢慢降低，可以尝试叶轮升级为和壳体泵盖同材质的ZG230-450；如果介质组分不变，材质可考虑选用应对中性氯化物环境的2205双相钢。但由于现场管道均为碳钢，如全部进行更换，会产生较高的费用，整体性价比较低。经过与厂家、设计院、工艺人员的多方面沟通，决定暂时不更换叶轮以及泵体材质，而是通过调整介质浓度和pH，使其能够达到正常运行工况。

      根据经验，不锈钢的耐酸碱腐蚀性能要优于普通碳钢，但根据现场实际情况可以看出，壳体泵盖状态要比ZG1Cr13Ni材质的叶轮好一些，这是因为介质中存在大量的氯离子。不锈钢之所以具有优良的耐蚀性， 是因为在钢表面有一层 Cr 的氧化薄膜 （也称钝化薄膜）， 这层钝化膜使钢与外界隔开， 起到了保护作用， 避免了钢的进一步腐蚀。 当钝化膜被破坏时， 其耐蚀性也就大大减弱了。

      关于氯离子对钝化膜的破坏目前有几种理论：

    （1）成相膜理论：氯离子半径小，穿透能力强，容易穿透氧化膜内极小的孔隙，到达金属表面，并与金属相互作用形成了可溶性的化合物，使氧化膜的结构发生变化。

    （2） 吸附理论：氯离子有很强的可被金属吸附的能力，优先被金属吸附，并从金属表面把氧排掉，氯离子和氧离子争夺金属表面上的吸附点，甚至可以取代吸附中的钝化离子，与金属形成氯化物；氯化物与金属表面的吸附并不稳定，形成了可溶性物质，这样导致了腐蚀的加速。

      氯离子对奥氏体不锈钢的几种腐蚀：

      ① 晶间腐蚀

      晶间腐蚀是一种选择性的腐蚀破坏， 腐蚀不是从局部外表面开始的， 而是集中发生在金属的晶界区，因此称为晶间腐蚀。

      ② 点蚀（孔蚀）

      点蚀有大有小，一般情况下常发生在不锈钢表面，然后向内部发展，甚至贯穿整个截面。 局部点发生腐蚀，而其余部分不腐蚀或腐蚀轻微，这种腐蚀形态称为点蚀或孔蚀。

       ③ 应力腐蚀

      不锈钢在特定腐蚀介质中受静拉应力（包括热应力以及由外加载荷、冷热加工、焊接等引起的残余应力）作用所出现的低于强度极限的脆性开裂现象，称为应力腐蚀。

       根据现场实际情况判断，存在部分点蚀现象，再经过介质中细小颗粒的冲刷，最终造成叶轮穿透。

结论：

      ① 对于非常规作业（例如地面冲洗）造成设备运行环境的变化进行分析，应按照变更进行管理，避免造成设备腐蚀情况的发生；

      ② 在对设备进行材质选择时，需要根据现场实际使用环境和要求进行综合评估选择，应尽可能全面地考虑到会出现的各种工况，避免因工况原因造成设备损坏。