盐湖卤水输送设备防结盐及防腐蚀工艺

侯伟才

(青海盐湖资源分公司，青海 格尔木 816000)

0 引言

盐湖卤水中含有丰富的钾、钠、镁等多种元素，经过蒸发浓缩形成卤水，可直接使用或提纯后制成盐类。目前，在盐湖抽卤制盐工艺中使用抽水泵将卤水抽送出来之后进行原卤输送，为降低卤水对抽水泵的结盐与腐蚀破坏情况，需要对防结盐以及防腐蚀工艺条件进行深入分析，提出改进措施。

1 盐湖卤水输送设备结盐及腐蚀因素

盐湖卤水中含有的盐类矿物主要为氯化钾、氯化钠、氯化镁等，这些盐类矿物的主要成分都是钾、钠、镁、钙等，其主要成分是Na+、Mg2+，所以这几种盐类矿物在一定条件下会发生一定的化学反应。盐湖卤水中含有大量的盐类矿物及金属元素，是一种特殊的化工原料，由于其特殊的化学成分，使得盐湖卤水在使用过程中极易结盐及腐蚀。根据NaCl 的溶解度可以将其分为三个相：饱和溶液、过饱和溶液和规则溶液。当温度升高时，溶解度降低的是饱和溶液，而溶解度升高的是过饱和溶液，当温度升高时，过饱和溶液中的氯离子会析出到饱和溶液中，与NaCl 反应生成氯盐。所以说氯化钾和氯化钠在高温下会发生反应生成氯化镁和氯化钙。由于温度的升高会导致金属材料发生膨胀，金属材料在膨胀过程中会产生一定程度的变形，造成金属材料与环境之间的接触面积变小，从而导致设备被腐蚀[1]。

在盐湖卤水设备的工作过程中，由于材料和环境之间的接触面积变小，因此在设备工作时，设备表面的金属表面会形成一些划痕，而这些划痕主要以点蚀的形式存在，腐蚀的深度比较浅，只会导致设备表面出现一些灰色或者黄色的锈迹，这些锈迹主要集中在设备的表面。这种点蚀属于一种较为轻微的腐蚀形态，因为其形成的时间比较短，而且点蚀形成以后不会产生太大的影响。当设备工作一段时间后，由于腐蚀的影响会导致金属材料表面产生一些腐蚀坑和腐蚀沟，这种腐蚀形态被称为均匀腐蚀。由于均匀腐蚀是一种均匀扩展的过程，所以说不会对设备产生太大的影响。但是在盐湖卤水设备工作过程中，因为其工作环境比较恶劣，所以这种均匀腐蚀也是一种较为严重的腐蚀形态。

根据盐湖卤水设备的工作原理和其结构，盐湖卤水设备腐蚀与多种因素有关。一般情况下，盐湖抽卤设备使用的是浮箱式泵站，浮箱式泵站抽水泵在运行的时候，由于长期浸泡在水中，当浮箱式泵站抽水泵内的介质温度低于50 ℃的时候，会产生氯化物和硫化氢等腐蚀性物质。当这些腐蚀性物质与大气接触时，就会发生氧化反应，在氯化物和硫化氢中生成氯化氢和硫化氢。而氯化氢和硫化氢具有很强的氧化性，当这些物质与水接触时，就会发生反应，生成新的化合物，如二氧化碳、氢气、一氧化碳等。而这些新生成的化合物就是我们通常所说的卤水。如果这些新生成的化合物被进一步氧化、水解而生成氢氧化钠、氢氧化钾等碱性物质时，就会形成具有强腐蚀性的氢氧化钠溶液。而在这些氢氧化钠溶液中还含有较多的硫化氢，当这些强腐蚀性溶液与水接触时，就会发生化学腐蚀。根据实验数据显示，如果浮箱式泵站抽水泵内的介质温度高于50 ℃时，就会产生大量的腐蚀性物质。所以说浮箱式泵站抽水泵内一旦出现了卤水点腐蚀现象就会导致整个浮箱式泵站抽水泵的使用寿命大大缩短。

2 盐湖卤水输送设备防结盐及防腐蚀措施

2.1 抽水泵改进

2.1.1 装置原理

抽水泵是盐湖卤水输送过程中经常使用的一种装置，其能够对卤水施加渗透作用，从而使水中的杂质被吸附在水泵的进水孔中。提升作用：卤水在抽水泵内部会经历提升作用，从而使水中的杂质被吸入泵腔内，实现抽泵的功能。节流作用：卤水在抽水泵内部会经历节流作用，从而减少泵腔内的压力，提高抽泵的效率。过滤作用：卤水在抽水泵内部会经历过滤作用，从而去除杂质和污染物，保证泵腔内的清洁。冷却作用：卤水在抽水泵内部会经历冷却作用，从而降低泵腔内的温度，提高泵腔内的使用寿命。由于循环卤水中NaCl 浓度过高，导致饱和溶液中NaCl 含量增加而使溶液中NaCl 浓度发生变化的过程。这两种反应都会使抽水泵的泵体与叶轮产生结盐现象。

在盐湖抽卤制盐过程中，由于NaCl 等腐蚀性物质的存在，常会发生结盐及腐蚀现象，严重影响设备的使用寿命。抽水泵的结盐及腐蚀原因主要包括以下3 个方面：

(1)盐水中NaCl 的含量。盐水中NaCl 含量越高，结盐越严重。

(2)抽水泵的作用。在抽水泵的运行过程中，会对盐水进行扰动，加速了盐水的流动。

(3)氯化钠结晶。抽水泵在工作过程中会在内壁形成盐垢，随着运行时间的增加，盐垢越来越厚。

2.1.2 抽水泵主要问题及对策

卤水抽水泵存在着一些问题，这些问题可能会影响其正常运行。

(1)漏水。卤水抽水泵中的漏水是一个常见的问题。漏水会导致水泵内的液体漏出，影响水泵的正常运行。解决这个问题的方法是检查水泵的密封情况，并更换漏水的水泵。 噪音：卤水抽水泵运行时会产生噪音。这种噪音可能会影响周围居民的休息和工作效率。解决这个问题的方法是使用适当的减震材料和技术，以减少水泵噪音的影响。卤水抽水泵工作时需要合理控制卤水抽水泵的温度，并定期检查泵头的情况。

(2)不灵活。卤水抽水泵可能会出现不灵活的情况。这是由于泵头内部润滑和轴承损坏导致的。解决这个问题的方法是定期检查卤水抽水泵，并使用适当的润滑和轴承保养产品来维护泵头和轴承。

(3)不稳定。卤水抽水泵运行时间长了之后可能会出现不稳定现象。这是因为水本身有杂质和矿物质，以及使用环境等因素导致的。解决这个问题需要对泵头进行定期清洗和保养，并选择可靠、稳定、耐用等产品。同时，在长期的使用过程中，结晶的NaCl 晶体不断沉积在列管表面，并与周围介质发生反应，导致泵体以及叶轮腐蚀穿孔、堵塞甚至脱落。这种腐蚀介质将直接作用于列管表面，造成抽水泵内部出现大面积锈蚀、穿孔，最终导致设备无法正常运行[2]。

综上所述，卤水抽水泵包括漏水、噪音等问题。如果发现这些问题，需要对泵头进行定期检查和维护，并选择可靠、稳定、耐用等产品来维护泵头和轴承，以保证其正常运行。

根据盐湖抽卤制盐工艺中抽水泵的结盐和腐蚀问题的分析，笔者提出以下3 种对策[3]：

(1) 可以加强抽水泵在使用过程中的过滤作用原理。选择高质量的抽水泵，确保其能够承受较高的流量和压力，以避免过滤网出现堵塞或压力过高等问题。 保证抽水泵的过滤系统正常运行，包括添加滤芯、更换滤芯等措施。如果过滤系统出现故障，可能会导致水浊度增加，影响水质。选择合适的抽水泵型号，并根据实际情况选择合适的过滤层和过滤器，以确保抽水泵过滤效果良好。定期检查和维护抽水泵，及时发现和解决问题。如果抽水泵出现故障或异常情况，需要及时更换配件或维修。还可以设置旁通管路，在进料管不结盐的情况下，可以将进料管内的部分盐水导入抽水泵管道内，从而防止抽水泵结盐。可加装防垢过滤器，将易结垢的固体杂质过滤出去，防止进入料液中。

(2)对抽水泵的整体结构进行定期检查，发现泵体内壁结垢或腐蚀严重的应及时清理。

(3)在进料口处加装除垢剂(如聚四氟乙烯树脂等)，定期对除垢剂进行更换。同时选择合适的材质。使用耐腐蚀材料进行防腐处理，可以有效解决内壁结垢结瘤问题，同时也可以延长设备的使用寿命。工作人员可根据卤水中NaCl 等腐蚀性物质的种类和性质，选择合适的材料制作抽水泵。目前常用的材质主要有碳钢、不锈钢和铁合金。碳钢材质耐腐蚀性好，但价格较高；不锈钢材质价格适中，但耐腐蚀性较差；铁合金材质的价格较低，但耐腐蚀性较差。在选用不同材质作为原材料时，要根据具体情况进行选择。

2.2 定期检查

由于卤水在蒸发过程中析出的盐类矿物比较多，当设备内温度升高到一定程度时，盐类矿物就会在设备内壁上不断沉积，进而导致设备结盐。造成设备结盐的主要原因是卤水中含有大量的NaCl，而在蒸发浓缩过程中，卤水中的NaCl 会在高温、高压条件下与空气中的氧气发生化学反应形成氧化钙和硫酸钙等晶体。这些晶体黏附在设备内壁上，进而导致设备内壁出现结晶层。随着结晶物不断增多，结晶层之间也会逐渐变大，当结晶层之间的厚度超过一定限度时，就会导致设备出现破裂、变形等现象。产生结盐的根本原因是卤水中含有大量的NaCl。如果在卤水制卤工艺中如果不能对其进行及时有效的控制，就会造成卤水制卤设备出现严重的腐蚀现象。因此，必须加强对卤水输送设备的腐蚀监测，及时发现设备运行过程中出现的问题。在化工企业中经常采用定期检查和不定期抽查相结合的方式进行腐蚀监测[4]。一般情况下，可以采用定期检查和不定期抽查相结合的方式，在每年生产结束之后都要对化工企业中的设备进行检查，而每年生产开始之前则要对化工企业中的设备进行一次全面检查。在化工企业中还可以采用在线腐蚀监测技术。

2.3 调整数值变化

由于青海盐湖卤水设备运行环境特殊，设备腐蚀的主要原因是空气中的氧气对设备内壁腐蚀造成的，而卤水中含有大量的氯化钠，所以设备内壁出现结晶物后，对设备内壁也会造成一定程度的腐蚀。针对设备内壁的腐蚀情况，可以通过改变pH 值以及温度来进行防腐。

2.3.1 pH 值

在温度和浓度一定时，pH 值的变化对卤水防腐效果影响较大。通过实验发现，卤水中氯化钠的含量对pH 值有一定的影响。当氯化钠含量超过10% 时，卤水的pH 值会逐渐降低；当氯化钠含量超过25%时，卤水中氯化钠含量较高，pH 值也会降低。通常，pH 值在7.2～8.3 之间是比较适宜的。

2.3.2 卤水浓度

盐湖卤水设备防结盐及防腐蚀分析卤水溶解盐浓度调整是指通过采取措施防止卤水中的溶解盐在设备表面结垢和腐蚀，以提高设备的使用寿命和可靠性。当卤水中的氯化钠含量低于10%时，设备内壁就不会发生结晶物生成；当氯化钠含量高于20%时，设备内壁就会发生结晶物生成；当氯离子含量高于20%时，设备内壁就会发生结垢现象。以下是一些常见的盐湖卤水设备防结盐和防腐蚀方法。

(1)过滤。通过安装过滤器，将卤水中的固体杂质和溶解盐分离。

(2)低温蒸发。可以使用低温蒸发的方式来将卤水中的溶解盐浓度降低到接近饱和状态，从而防止结垢和腐蚀。

(3)离子交换。通过安装离子交换器，将卤水中溶解盐转化为离子状态，从而防止腐蚀和结垢。

(4) 化学处理。通过安装化学处理设备，如电渗析、膜过滤等，对卤水中盐分进行分离和去除。

(5)搅拌。通过安装搅拌器，将卤水中盐分与气体进行混合，从而防止结垢和腐蚀。

(6)缓蚀剂。通过安装缓蚀剂罐或缓蚀剂泵，对卤水进行缓蚀处理，以减少卤水对设备的腐蚀。

总之，盐湖卤水设备防结盐和防腐蚀需要采取多种措施综合考虑，以确保设备的使用寿命和可靠性。

2.4 优化设备材料构造

盐湖卤水设备防结盐及防腐蚀设备材料选择是一个重要的问题，需要根据实际情况进行综合考虑。以下是一些常用的材料选择。

(1)玻璃纤维。玻璃纤维是一种常见的防腐蚀材料，可以有效防止金属表面结盐。在盐湖卤水设备中，通常可以采用玻璃纤维作为纺织材料。

(2)不锈钢。不锈钢是一种耐腐蚀的材料，可以用于防止金属表面结盐。

(3) 铝制品。铝制品也可以用作防腐蚀设备的材料。

(4)复合材料。复合材料是一种混合材料，可以用于两种或多种不同类型的金属表面防腐蚀处理[5]。

对于腐蚀较为严重的金属材料，应采用特殊的材料，如不锈钢、镍基合金等，为了避免腐蚀，可以在金属表面覆盖一层抗腐蚀的薄膜，例如：陶瓷、搪瓷、玻璃等。这些材料具有抗腐蚀性强、耐高温等特点，在防腐方面具有很好的效果。对于设备材料本身的使用寿命，要考虑到设备运行的实际情况，不能一味地追求使用年限，要综合考虑到设备的使用寿命及腐蚀程度。对不同腐蚀程度的金属材料应采用不同的防腐措施。对于可能出现腐蚀的部位，应采取有效措施进行防腐蚀处理。在易腐蚀部位采用耐腐蚀性能较好的材料，如采用“水泥+有机耐材”的复合内衬。

这种复合内衬将水泥、耐材、有机耐材的优点结合在一起，既解决了传统地坑或槽罐底部易结盐的问题，又解决了传统地坑或槽罐底部易产生结垢及腐蚀的问题。在复合内衬与地坑或槽罐之间加装隔热层，这种隔热层不仅起到了防结盐及腐蚀作用，同时还起到了保温作用，从而使复合内衬与地坑或槽罐之间的温差不会太大，从而避免了因为温差太大而造成的结垢和腐蚀。

对于传统的地坑或槽罐，由于其材质一般都是Q235 钢板，在使用过程中，会因氯化钠和硫酸根离子的侵蚀，造成不锈钢内衬表面出现锈蚀，并产生大量的垢和锈渣。如果不及时对其进行清理，就会对地坑或槽罐的正常使用造成一定的影响。如果对地坑或槽罐进行清理，需要花费大量的人力物力和财力。为了解决地坑或槽罐在使用过程中易结盐及腐蚀的问题，可将其上部进行内衬处理。内衬采用304 不锈钢材料，采用内置式设计，在地坑或槽罐内部增加一层不锈钢内衬，利用不锈钢具有的抗腐蚀、抗结盐的性能，将地坑或槽罐上部与其进行隔开[6]。内衬采用与地坑或槽罐同材质同厚度的不锈钢板材制作而成，且内衬表面经过打磨处理后呈镜面效果。

为避免地坑或槽罐在使用过程中出现结盐及腐蚀现象，青海盐湖资源分公司根据盐湖卤水输送设备的工况，采用了抗腐蚀性能较好的新型材料。如一种特殊的抗腐蚀材料，对盐湖卤水的化学成分具有良好的抗腐蚀性和耐磨性，而且此材料具有耐高温、耐高压等特点；另一种新型抗结盐及防腐蚀材料可以较好地解决地坑或槽罐在使用过程中的结盐问题。

2.5 除垢剂

随着青海盐湖的开发，卤水浓度逐渐增大，而卤水中的无机盐类成分也不断增加，由于青海盐湖卤水水品比较高，其所含的无机盐成分也相对较高。所以，在盐湖中卤水输送设备中容易形成结盐问题，如果不能及时对其进行清理和控制，那么就会使设备出现腐蚀损坏现象，甚至会出现安全事故。 经过对青海盐湖卤水输送设备进行长期的观察和研究发现：青海盐湖中的盐类物质在不断浓缩的过程中会形成结晶体，当盐类物质浓度较高时就会造成设备的腐蚀损坏；如果在温度较低的条件下，盐类物质浓度很低时就会形成结垢层，当盐类物质浓度较高时就会造成设备的腐蚀损坏；另外还可以通过添加除垢剂来降低卤水中无机盐类物质的浓度。该产品的主要成分是一种有机化合物，如天然精油、植物提取物、矿物质等。它可以通过渗透和吸附作用，将杂质从卤水设备中清除。

在盐湖卤水的输送过程中，如果没有除垢剂，盐湖卤水中的盐类就会溶解在水中，并且会出现盐类沉积现象，影响正常的生产，甚至会造成设备无法运行。为了避免这种情况发生，在使用除垢剂时应注意以下3 点：

(1) 将除垢剂与水按照1∶10 的比例混合搅拌均匀；

(2)将除垢剂加入到设备中，在生产过程中不间断地使用；

(3)根据不同的设备和产品特性添加不同浓度的除垢剂。

青海盐湖卤水输送设备防结盐除垢剂的主要成分是有机酸和表面活性剂，有机酸可与金属离子发生反应形成络合物，从而使盐类在金属表面上形成一层致密的保护膜。当溶解盐类时，污垢便从金属表面上脱落下来。表面活性剂可降低盐类的溶解度并溶解污垢，两者相结合使用时可明显提高除垢效率。

3 结语

在盐湖卤水输送设备的运行过程中，不仅要确保设备的正常运行，还要提高其抗腐蚀能力。为了实现这一目标，需要采取相应的防腐措施。在保证设备正常运行的同时，还要根据实际情况确定防腐措施，以确保设备能够在恶劣的环境中正常工作，减少因设备腐蚀而导致的经济损失和安全事故，提高卤水输送设备的使用寿命，保证其安全可靠的运行。