双氧水装置酸洗钝化的质量控制

摘要：本文介绍了双氧水装置的中设备管道的酸洗钝化质量控制，对控制要点进行了分析，对同类装置建设过程中酸洗钝化施工和质量控制具有借鉴意义。

关键词：双氧水 酸洗 钝化 质量 控制

中图分类号：O213文献标识码： A

1.项目简介

双氧水装置属于重点监管的危险化工工艺，双氧水在存在杂质、静电等环境下容易分解进而发生爆炸。设备管道内的尖角毛刺可能引起静电集聚、放电引发系统发生火灾、爆炸的危险。湖南某15万吨/年双氧水装置生产双氧水浓度最高达到50%，这对双氧水装置酸洗钝化质量提出了更高要求。

2.酸洗钝化的目的

设备和管道在制造、运输、安装过程中不可避免地会产生轧制鳞片、油污、灰尘、焊渣及游离铁离子，会造成双氧水的降解及分解，以至不能正常生产，剧烈分解时，甚至引发爆炸、着火等事故。通过对各个不锈钢设备、管道、管件、阀门、内件等材料及设备的酸洗钝化，可以清除金属表面上的污垢、氧化皮及焊渣等杂质，并在金属表面上形成一层致密的保护性钝化膜。

3、酸洗钝化的原理

不锈钢表面钝化膜为覆盖着表面的一层极薄的(约1nm)致密的钝化膜，这层膜(约1nm)隔离腐蚀介质，是不锈钢防护的基本屏障。不锈钢钝化具有动态特征，不应看作腐蚀完全停止，而是形成扩散的阻挡层，使阳极反应速度大大降低。通常先要对不锈钢表面进行彻底清洗，包括碱洗与酸洗，再用氧化剂钝化，才能保证钝化膜的完整性与稳定性。不同的钝化处理也会影响膜的成分与结构，从而影响不锈性。以316L为例，其反应历程为：

Fe•H20+O*⇋[FeOH•O*]ad+H++e

[FeOH•O*]ad⇋[FeO•O*]ad+H++e

[FeO•O*]ad+H2O⇋FeOOH+O*+H++e

[FeO•O*]ad⇋FeO+O*

FeOOH+Cr+H2O⇋CrOOH+Fe•H20

2FeOOH⇋Fe203+H20

2CrOOH⇋Cr203+H20

MO+3FeO+3H2O⇋MOO3+3Fe•H2O

Ni+FeO+2H20⇋NiO+Fe•H20

(其中O*表示钝化过程中的催化剂，且在钝化液中浓度不变，ad表示吸附中间体。)

可见，316L钝化膜最表层存在Fe2O3、Fe(OH)3、或γ-FeOOH、Cr203、CrOOH或Cr(OH)3、MO以及MOO3形式存在，钝化膜主要成分为CrO3、FeO与NiO。

4、酸洗钝化施工步骤

单体酸洗钝化的施工流程：

准备阶段、表面处理脱脂（碱洗）一次水洗酸洗钝化二次水洗除水干燥抽样检验封口保护

准备阶段：设备管道酸洗钝化前必须进行材质确认，首先对厂家提供的质量证明文件进行审查，确认满足要求后对设备、管道进行外观检验，经检验合格后按照一定比例采用光谱仪进行材质验证，材料经检验合格才能进行酸洗钝化。双氧水装置使用的不锈钢为奥氏体不锈钢，根据双氧水的性质特点，装置材料按介质浓度分为三类：50%浓度及以上双氧水为第一类，采用316L不锈钢，50%-25%双氧水为第二类，主要采用304L和321不锈钢。为统一材质减少维护、仓储的品种数量，本装置除少量设备采用321外，基本采用304L。25%以下双氧水为第三类，主要采用304不锈钢。

表面处理：为了消除不锈钢设备、材料表面存在的尖角毛刺，焊接飞溅物、焊缝焊渣、加工过程中附着的杂质。这是由于尖角毛刺导致静电积聚可能导致双氧水分解进而导致爆炸。用打磨机打磨设备内件毛刺、焊渣及焊接飞溅物等，涉及到接口及死角处用磨头机进行打磨处理。表面处理必须达到圆滑过渡，表面光滑，手感无尖锐感。

碱洗是为了消除不锈钢设备、材料表面残留油脂、加工时的乳化液等。可以采用碱液、乳化剂、有机溶剂与蒸汽等进行。

一次水洗为了冲洗不锈钢设备、材料表面残留碱液，水冲洗至中性，PH值在6～9之间可以结束水洗。

酸洗钝化是整个化学清洗的核心，可以在不锈钢表面形成致密的钝化膜，酸洗钝化前相关的工作已全部完成，条件确认合格后进行，应根据不同的结构采取适合的酸洗钝化方式。

二次水洗为了清除不锈钢表面的酸洗钝化液（膏），保护人身安全，同时避免残留的酸洗钝化液（膏）对不锈钢表面形成二次污染。

除水干燥后抽样检验不锈钢表面钝化膜的质量，对于设备、管道、管件应100%进行检测，对于设备填料等小部件，若检验合格率高可以适当减少检验比例，若合格率低应加大检验比例。

封口保护：单体酸洗钝化合格的设备管道应进行封口保护，防止二次污染，在随后管道预制过程中，应采用不锈钢专用砂轮片打磨、切割，不得采用等离子切割。

5、酸洗钝化的方式

膏剂法用于安装或检修现场，尤其用于焊接部位处理，该方法采用手工操作、劳动条件差、生产成本高。不锈钢设备生产厂家基本采用膏剂法。

浸泡法用于可放入酸洗槽或钝化槽的零部件，但不适于大设备酸洗液可较长时间使用，该方法生产效率较高、成本低，该法主要由于管道、管件等，浸泡时间为8～12小时。

喷淋法用于安装现场大型容器内壁清洗，该方法用液量低、费用少、速度快，但需配置喷枪及循环系统。如罐、塔。

循环法用于大型设备，如换热器、管壳处理，该方法施工方便，酸液可回用，需配管与泵连接循环系统。

6、酸洗钝化的质量评定与检验方法

6.1 表面检验：酸洗钝化后表面应呈均匀的银白色，没有明显的腐蚀痕迹，焊缝及热影响区不得有氧化皮，不得有颜色不均匀的斑痕。

6.2 残液检验：用石蕊试纸检查表面残液洁净程度，PH值中性为合格。

6.3 钝化膜致密性检验：在钝化后的金属表面，任意选择3～5个测试点（大型设备适当增加测试点），用蒸馏水反复冲洗干净，用棉纱擦干，然后逐点滴上酸性铁氰化钾点滴液，点滴液覆盖面内10min内出现的蓝色小点不多于8点为合格。测定完后，可用20%的醋酸对测定点擦除，然后用脱盐水或蒸馏水冲洗干净。

6.4双氧水稳定度检验

用浓度27.5%稳定度95%以上双氧水对系统设备进行浸泡（27.5%双氧水循环），浸泡时间大于10小时，抽双氧水做水浴试验，相对稳定度大于95%，说明系统钝化合格。相对稳定度定义为浸泡后双氧水浓度与浸泡前双氧水浓度之比。

7、酸洗钝化过程的注意事项

7.1不锈钢设备、材料放置严禁与碳钢混放，应铺木板或橡胶皮隔离；各类加工设备，如滚板机、剪板机台等要进行清洗处理，滚轴、压角要涂刷清漆，保证不锈钢不与碳钢直接接触；工装夹具采用不锈钢材料或衬垫不锈钢。

7.2由于304、304L、321、316L等材质肉眼难以区分，在不锈钢设备及材料酸洗钝化前要做好标识，且标识采用不易被酸洗钝化液洗掉材料。管道标识要采用通长标识，设备钢板预制过程中，要做好标识移植。

7.3某些不锈钢酸洗液或酸洗膏采用加入盐酸、高氯酸，三氯化铁与氯化钠等含氯离子的侵蚀介质作为主剂或助剂去除表面氧化层，除油脂用三氯乙烯等含氯有机溶剂，从防止应力腐蚀破裂来说是不太适宜的。此外，对初步冲洗用水可采用工业水，但对最终清洗用水要求严格控制卤化物含量，通常采用脱盐水。C1-含量超标，会破坏不锈钢的钝化膜，是点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀破裂等的根源。

7.4钝化液中HNO3应控制在20％―50％之间，根据电化学测试，HNO3浓度小于20％处理的钝化膜质量不稳定，易产生点蚀，但HNO3浓度也不宜大于50％，要防止过钝化。酸洗过程中允许在一定范围内调整酸的浓度、温度与接触时间。随着酸洗液使用时间的增长，必须注意酸浓度和金属离子浓度的变化，应注意避免过酸洗，钛离子浓度应小于2％，否则会导致严重的点蚀。一般来说，提高酸洗温度会加速与改善清洗作用，但也可能增加表面污染或损坏的危险。

7.5不锈钢表面经酸洗钝化后出现花斑或污斑，可用新鲜钝化液或较高浓度的硝酸擦洗而消除。

7.6 酸洗钝化施工过程应严格工序交接，并填写工序交接记录，酸洗钝化应在设备管道表面的焊接全部完成，设备内不会再进入杂质才能开始，防止不必要的返工。

7.7 设备、阀门等订货时必须明确双氧水的相关要求，如阀门必须进行固溶处理，垫片、填料材质为四氟材料，内部光洁度要求等，对每台阀门编号，做好标识，分类存放。安装过程中按编号安装，防止双氧水介质阀门与非双氧水介质阀门混用。

7.8某些不锈钢由于不良热处理或焊接造成敏化，采用HNO3+HF酸洗可能会产生晶间腐蚀，由晶间腐蚀引起的裂缝在运行时，或清洗时，能够浓缩卤化物，而引起应力腐蚀。这些敏化不锈钢一般不宜用HNO3+HF溶液除鳞或酸洗。在焊后如必须进行这种酸洗，应采用超低碳或稳定化的不锈钢。