醫(yī)藥化工行業(yè)VOCs焚燒RTO設(shè)備的腐蝕及材料選擇

近年來，作為有機廢氣治理的有效措施之一，工業(yè)蓄熱式有機廢氣熱力氧化裝置（RTO）的使用逐漸變得廣泛，這期間暴露了很多亟待解決和需要創(chuàng)新驅(qū)動的問題，即企業(yè)對RTO設(shè)備的投資及使用成本控制和RTO耐腐蝕結(jié)構(gòu)材料選擇及腐蝕裕度之間平衡的問題。本文將通過部分現(xiàn)場案例，以及目前的RTO使用現(xiàn)狀，簡單探討。
在醫(yī)化行業(yè)，由于產(chǎn)品和工藝特性決定了廢氣排放源的復(fù)雜性、波動性，廢氣排放強源（VOCs）成分常見的有：二氯甲烷、三氯甲烷等鹵代烴、三乙胺等；無機酸成分常見的有氯化氫、硫化氫等，極少數(shù)還有氟化氫。這幾種物質(zhì)本身以及氧化產(chǎn)物對金屬材料都有很強的腐蝕性。從原理上來說，在RTO運行期間發(fā)生的腐蝕情況可以分為化學腐蝕和電化學腐蝕，兩者的區(qū)別是當電化學腐蝕發(fā)生時，金屬表面存在隔離的陰極和陽極，有微小的電流存在于兩者之間，單純的化學腐蝕則不形成微電池。

腐蝕電位-PH圖
由于RTO運行溫度超過760℃，RTO內(nèi)部還可能因為工藝的不同存在一定程度上的金屬材料接觸高溫區(qū)域，這時，還可能產(chǎn)生高溫氣體腐蝕，所以腐蝕又可以分為干腐蝕和濕腐蝕。濕腐蝕很好理解，因為RTO低溫煙氣管道本身排煙溫度大都低于100℃，達到了水的露點溫度以下，極易形成水溶液狀態(tài)的濕腐蝕環(huán)境；而RTO干腐蝕則是指干氣體（通常是在高溫）或者非水溶液中的腐蝕。對于RTO系統(tǒng)有時也會涉及PP和FRP等非金屬材料，對于這些非金屬材料多半產(chǎn)生單純的化學或者物理腐蝕，有時兩種同時產(chǎn)生。本文主要對金屬材料的腐蝕情況進行分析。

腐蝕電池模型
一般來講，RTO常用材料選擇鐵基金屬和合金，這些材料中的鐵或被氧化成鐵銹，同時釋放能量，部分不銹鋼則是通過在金屬表面形成一層富鉻鈍化膜，阻止或者減緩腐蝕反應(yīng)的發(fā)生。這些工況在醫(yī)化行業(yè)已經(jīng)是常態(tài)，對于RTO設(shè)備來說，避免或者減緩腐蝕的發(fā)生也是一項重要的工作。但是由于國內(nèi)RTO市場發(fā)展太快，RTO企業(yè)技術(shù)水平發(fā)展良莠不齊，片面追求利潤，使用單位拼命地降低采購預(yù)算，這使得使用單位和供應(yīng)商單位都付出了大量的試錯成本，有些至今未能很好解決，更有甚者發(fā)生不可控的安全事故。

從本質(zhì)上來講，RTO抗腐蝕目前可能只有兩種方法來控制，一是通過工藝控制，減少露點以下的環(huán)境產(chǎn)生，二是材料選擇。目前向好的一點是整個市場不再認為只有304或者316能抗腐蝕了，在醫(yī)化行業(yè)開始大量的使用雙相不銹鋼，盡管成本上漲很多。但是可能缺少事實認知的是，從碳鋼到不銹鋼，再到雙相不銹鋼，以及其他材料，其抗腐蝕效果可能還跟含氯廢氣濃度有關(guān)系，而大量的事實證明很少有RTO企業(yè)去研究這些材料到底能耐受多少濃度以下的腐蝕，材料選擇也只是盲目跟風，因為也有大量的醫(yī)化企業(yè)開始發(fā)現(xiàn)雙相不銹鋼在鹵代烴濃度達到一定時，幾個月也就腐蝕通了，這里講的主要是指低溫區(qū)域的濕腐蝕。在RTO部分場合，金屬材料不可避免的需要接觸高溫腐蝕性氣體，從而發(fā)生電化學腐蝕，陽極金屬離子化，陰極氧離子化，兩極之間電子流動，類似水溶液中的原電池反應(yīng)。部分場合有氫氣還會發(fā)生脫碳和氫腐蝕，含有硫化氫的還會發(fā)生高溫硫腐蝕，金屬材料表面產(chǎn)生薄層離子態(tài)熔鹽，表面下加速氧化，在薄層鹽膜電解質(zhì)中熱腐蝕動力學和熱力學必然和水溶液體系有很多共同點，高溫區(qū)域的金屬熱腐蝕動力學很大程度上取決于所接觸的堿性鹽和金屬的酸性氣體在鹽中的溶解度，鹽化學和電化學，以及氧化還原離子的存在，這些反應(yīng)會加速RTO爐體的腐蝕和老化，所以在設(shè)計RTO時需要被格外引起重視。
通過以上分析，我們可以知道，腐蝕反應(yīng)的發(fā)生是貫穿整個RTO運行工藝的，針對醫(yī)化行業(yè)廢氣排放特點和氧化反應(yīng)產(chǎn)物的特點，專門定制完整的、可持續(xù)的RTO解決方案，儼然成了每個企業(yè)的重點方向，就抗腐蝕來講，RTO設(shè)計并沒有那些沒做研究的朋友所說的那么簡單，也沒有那么復(fù)雜，但是必須引起足夠的重視，才能實現(xiàn)設(shè)備運行安全，企業(yè)效益穩(wěn)定可持續(xù)增長，毫不夸張地來講，對于使用單位來說，抗腐蝕就是嚴格的一分價錢一分貨；而對于供應(yīng)商來講，你就是要把這一分價錢對應(yīng)的一份貨的原理和價值講清楚，在環(huán)保和安全的問題上，容不得一絲的馬虎和輕視。
來源：VOCs減排工作站