【精选文章】炼厂污水臭氧处理系统中奥氏体不锈钢的腐蚀行为

通过电化学试验和浸泡试验研究了模拟炼厂污水环境中的温度、pH、气体介质、臭氧浓度、Cl ^- 质量浓度和SO ₄ ^2- 质量浓度等因素对316L不锈钢的点蚀敏感性的影响，并对比考察了不同金属材质、金属材质的不同焊接区域在模拟炼厂污水工况下的耐点蚀性能，得出环境温度、臭氧浓度以及溶液中Cl ^- 质量浓度与316L不锈钢的点蚀敏感性呈正相关，而SO ₄ ^2- 质量浓度与316L的耐点蚀性能呈负相关，溶液pH偏离中性会增大316L的点蚀敏感性，使其耐蚀性能下降，对于316L的焊接接头，其热影响区的点蚀敏感性最高。

污水中的O ₃ 通过与Cl ^- 对不锈钢的协同腐蚀作用，使金属的点蚀敏感性和缝隙腐蚀敏感性大幅提高，腐蚀速率增大。与304L和316L相比，317L表现出更好的耐蚀性能，因此在污水臭氧系统的设备及管道设计选材中推荐选用317L材质。

本文系统研究了316L在含臭氧模拟污水环境中的腐蚀行为，包括环境温度、pH、臭氧浓度、Cl ^- 质量浓度、SO ₄ ^2- 质量浓度等影响因素对316L点蚀敏感性和缝隙腐蚀敏感性的影响，并推测了臭氧与Cl ^- 共同作用下不锈钢的腐蚀机制，为污水臭氧处理装置的安全稳定运行和新建装置的设备选材提供了数据支撑。

臭氧催化氧化技术在炼厂污水处理领域的应用较为广泛，但装置在长周期运行过程中经常出现不同程度的腐蚀问题，尤其是奥氏体不锈钢的设备及管道。本文采用电化学试验和浸泡试验，系统研究了316L不锈钢在含臭氧污水环境中的腐蚀行为，包括环境温度、pH、臭氧浓度、Cl ^- 浓度、SO ₄ ^2- 质量浓度等影响因素对316L点蚀敏感性和缝隙腐蚀敏感性的影响，并推测臭氧与Cl ^- 共同作用下不锈钢的腐蚀机制。电化学试验结果表明：

（1）三种气体介质环境按材料点蚀电位从高到低排列为N ₂ >O ₂ >O ₃ 混合气，其O ₃ 混合气环境下316L的点蚀敏感性相对较高；

（2）随着环境温度的升高，溶液中离子的扩散速度加快，电解质水溶液的电阻降低，316L的耐蚀性降低；

（3）溶液pH偏离中性会增大316L的点蚀敏感性，使其耐蚀性能下降；

（4）不锈钢的点蚀敏感性随O ₃ 浓度升高而逐渐增大，腐蚀速率也随之升高；

（5）Cl ^- 对金属表面钝化膜具有强大的破坏性，会降低膜的稳定性使其钝化能力下降，从而增大金属点蚀敏感性；

（6）溶液中的SO ₄ ^2- 与Cl ^- 在金属材料表面存在竞争吸附，能够在一定程度上抑制316L不锈钢表面的Cl ^- 点蚀；

（7）针对316L材质的不同焊接区域，焊材的材料等级一般比母材更高，焊缝区的耐蚀性相对较好，焊缝热影响区在焊接过程中因受热发生金相组织和力学性能变化，其点蚀敏感性相对较高；

（8）对比304L、316L和317L 3种奥氏体不锈钢，相比于304L和316L，317L在该环境中表现出更好的耐点蚀性能。

通过模拟浸泡试验，进一步考察O ₃ 与Cl ^- 共同作用对304L、316L和317L材质耐点蚀性能的影响，由腐蚀前后的试样质量计算腐蚀速率，结果显示，在仅有O2存在的环境中，金属试样的腐蚀速率普遍较低（<0.001 mm/a），耐蚀性较好；当浸泡溶液中存在O ₃ 时，不同金属材质的耐腐蚀性能表现出较大差异。随着环境中O ₃ 浓度升高，304L和316L的腐蚀速率明显增大，317L材质整体表现出较好的耐蚀性能。

对污水臭氧处理体系不锈钢表面的腐蚀机制进行分析。具有强氧化性的臭氧分子会增大金属表面钝化膜的不均匀性，同时加速钝化膜缺陷处金属的点蚀、促进已成核点蚀坑的扩大，使不锈钢更容易受到点蚀和缝隙腐蚀的影响；O ₃ 作为去极化剂增大了腐蚀电池阴阳极的电位差，提高了阳极金属的腐蚀速率；O ₃ 通过还原反应产生大量OH ^- 加速闭塞电池的形成，进而促进蚀孔内Cl ^- 的自催化酸化作用，与Cl ^- 形成协同腐蚀，加速了阳极金属的溶解。

第一作者 ： 杨琰嘉，助理工程师，硕士，主要从事石油化工设备的腐蚀防护工作。E-mail：[email protected]。

（ 来源 ：《工业水处理 》 2024年第11期 ）

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