氯碱工业的腐蚀与防护

　　关键词：氯碱工业，腐蚀，防护，腐蚀特性，腐蚀介质，防腐措施，电解系统，设备，管道，工序，氯气处理

　　摘要：氯碱产品的生产环境比较复杂，处理的物料如盐水、烧碱、氯气、盐酸、硫酸、次氯酸盐等都是强腐蚀性介质，产生腐蚀的原因也很复杂，腐蚀造成的后果较严重。因此，必须对氯碱工业的腐蚀引起足够的重视，要从各个方面采取有效的防护措施，以避免材料的腐蚀。

　　前言：本文分析了氯碱工业系统制备盐水、盐水电解、碱液蒸发和氯气处理过程中介质的腐蚀特性,提出了具体的防腐蚀措施,诸如应用衬里技术、涂层技术、电化学保护技术等防腐蚀新技术,以及包括工程塑料、玻璃钢、橡胶等耐腐蚀非金属材料,来控制设备的腐蚀,从而确保装置的长周期运行.

　　正文：材料的腐蚀遍及国民经济各个部门，由于腐蚀而导致的损失是现代工业中主要的破坏因素，据统计，全球每年因腐蚀造成的经济损失约7000亿美元，占各国国民生产总值的2%-4%；中国1997年统计，因腐蚀造成的经济损失达2800亿人民币，约占国民经济的4%，在化工、石油、轻工等行业，约60%的装备的失效与腐蚀有关。腐蚀不可避免，但可充分利用现有的防腐蚀技术和手段，控制和减缓腐蚀。

　　金属的腐蚀是指金属与周围介质发生化学或电化学作用而产生的破坏现象。自然界中多数金属以矿石形式存在，即金属化合物的形式存在。而腐蚀则是一种金属回复到自然状态的过程。例如，铁在自然界中大多数为赤铁矿(主要成分Fe2O3)，而铁的腐蚀产物铁锈的主要成分也是Fe2O3，可见铁的腐蚀过程正是恢复到它的自然状态矿石的过程。腐蚀的本质就是单质金属在一定环境中经过反应自发的回复到化合物状态。

　　腐蚀的机理比较复杂，涉及的范围广泛。按腐蚀机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类，按腐蚀环境可分为大气腐蚀、水和蒸汽腐蚀、化学介质(酸、碱、盐)腐蚀等，按腐蚀形式可分为全面腐蚀和局部腐蚀两大类。全面腐蚀可以预测和及时防止，危害性较小；但对于局部腐蚀而言，目前预测和防止存在困难，以至腐蚀破坏事故往往在没有明显预兆迹象下突然发生，危害性相当大。同时，在腐蚀破坏的事例中，局部腐蚀所占的比例比全面腐蚀要大得多。局部腐蚀有以下几种主要形式：电偶腐蚀、缝隙腐蚀、孔蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、冲刷腐蚀等。氯碱工业主要以盐水为主要原料，因此盐水也是造成腐蚀的一大因素。那么盐水腐蚀的特点是什么？

　　1.盐水溶液的腐蚀特点

　　1.1对碳钢的腐蚀

　　碳钢在中性或偏碱性盐水溶液中的腐蚀是腐蚀电池的电极反应的结果。碳钢在饱和食盐水中会产生可溶性化合物，因而使腐蚀加快，即阳极反应使金属铁变成Fe2+，进入盐水溶液，而阴极反应为4e+2H2O+O2→40H-。对含氧的饱和盐水来说，在弯月的液面处腐蚀，由于富氧，在阴极反应而生成OH-，在盐水靠近液面的液相部分，由于缺氧，使金属铁溶解生成Fe2+，生成氢氧化亚铁沉淀，又进一步氧化成Fe2+，这样就生成了铁锈。

　　当金属铁在添加盐酸的盐水溶液中时，腐蚀则更加强烈，这是由于盐水溶液存在大量的H+，会迅速夺走电子，生成氢气逸出。

　　饱和盐水对碳钢的腐蚀与盐水的温度、氧的扩散以及接触碳钢表面有关，因此，流动、搅拌的盐水，由于容易补给氧，对碳钢的腐蚀更严重。

　　1.2对不锈钢的腐蚀

　　在温度不大于60℃的饱和盐水中不锈钢的腐蚀速率很小，但是，不锈钢在Cl-的作用下，可能产生孔蚀和应力腐蚀破裂。

　　1.3对铜和钛的腐蚀

　　铜在盐水中有较好的耐腐蚀性能，可用于制造精制盐水的换热器，但铜的加工性能差。

　　钛在盐水中有优异的耐腐蚀性能，但在pH值<8的盐水中，温度超过130℃时，会产生缝隙腐蚀。

　　1.4对衬里的渗透破坏

　　酸性的饱和食盐水溶液中含有的盐酸、氯酸和氯酸盐对衬里的腐蚀性并不是很强。但是，盐水是一种强的渗透性介质，当衬里层存在结构或施工孔隙时，盐水会透过衬里层，并随着温度的下降而逐渐结晶并增大体积，最后导致衬里层破裂。

　　2.电解系统的腐蚀与防护

　　2.1杂散电流的腐蚀

　　由杂散电流引起的金属腐蚀破坏比较集中，破坏速度比较快。

　　在盐水电解过程中，电解槽系统与整流器构成直流电路，在该直流电路中，任何一点通过盐水、碱液、管道或金属构件与地面接触，当两者存在电位差时就有可能漏电。这不仅发生在盐水进口处，也可发生在电解槽的支脚、铜排支柱等部位。当漏电时，在直流电路中杂散电流的流向由漏电部位的对地电位确定。在直流供电系统中，直流母线的来路为正电位区，其回路为负电位区，中间则是零电位点。在正电位区的杂散电流是经过设备、管件等导入大地的，出现的腐蚀部位往往是在物料的进口或接近地面处，如盐水支管的根部焊接处的腐蚀；在负电位区的杂散电流由大地经过设备、管件等进入电路系统，因此，腐蚀部位多数是在物料的入口而靠近电路处，如盐水支管的顶部腐蚀，电解液管线上漏斗溢碱处的支管界面和焊接处的腐蚀。电解系统的杂散电流促进了电化学腐蚀，必须改善电解系统的绝缘状态，防止杂散电流的腐蚀。

　　2．2烧碱的腐蚀

　　大多数金属在烧碱溶液中的腐蚀是发生阴极过程的氧去极化反应。常温时，碳钢和铸铁在碱中十分稳定，这是由于表面生成一层由Fe(OH)3和Fe(OH)2组成的不溶性致密产物。随着温度的升高，碳钢的腐蚀速度加快，在NaOH质量分数为30%、温度为80-85℃时，使用寿命仅6-11个月。碳钢在热浓碱中会发生应力腐蚀破裂。在100℃的40%NaOH溶液中，奥氏体不锈钢的腐蚀速率小于0.05 mm/a，奥氏体不锈钢在50%以下的NaOH、中，产生应力腐蚀的最低临界温度为120℃。所以对于出电解槽的高温烧碱，设备及管道的理想材质是310S(即0Cr25Ni20)；低温碱，如罐区烧碱贮罐采用普通碳钢Q235A材质即可。

　　2．3硫酸的腐蚀

　　低浓度的硫酸常被看作非氧化性酸，当其浓度较高时，与钢铁发生反应。碳钢在硫酸中的腐蚀速度与硫酸浓度之间存在一定规律？硫酸质量分数在47%以下时，腐蚀速度随浓度的增加而加快，而后，随着浓度的增加，腐蚀速率下降；质量分数在70%-100%时腐蚀速度极低，浓度继续增加，碳钢的腐蚀速率又会升高。

　　2．4化盐桶

　　当用于隔膜法烧碱系统时，采用碳钢制作的化盐桶不采取防腐措施，亦可使用10年以上；但对于离子膜法烧碱系统，由于不应带入铁离子，有的企业采用橡胶衬里，现在大多数企业采用涂覆玻璃鳞片。在一次盐水系统的其他设备如反应桶、澄清桶、预处理器、盐水贮槽等设备都采用涂覆玻璃鳞片，效果较好。另外，在全卤水离子膜法烧碱生产工艺中的卤水池的防腐也采用涂覆玻璃鳞片的措施。

　　玻璃鳞片涂料是以耐蚀树脂为主要成膜物质，以薄片状的玻璃鳞片为骨料，再加上各种添加剂组成的厚浆型涂料，玻璃鳞片树脂涂料可用于化工设备衬里、工厂烟道排气装置衬里、酸碱贮槽、污水贮槽、海洋设备衬里等防腐蚀工程。一次施工厚度为0.1-0.2 mm，最后为0.5-2.0 mm，使用寿命一般在10年以上。

　　玻璃鳞片的厚度一般为2-5μm，片径长度为100-3000μm，由于涂层中的玻璃鳞片上下交错排列，形成了独特的屏蔽结构，这种结构可以代替橡胶、塑料和玻璃钢衬里。

　　玻璃鳞片树脂涂料具有以下特点：①优良的抗介质的渗透性；②优良的耐磨性；③硬化时收缩率小；④衬里与基体的粘接性好，耐温度骤变性好；⑤良好的施工工艺，可采用喷、滚、刷和抹等工艺，不但施工方便，而且容易修补

　　2．5凯膜过滤器

　　凯膜过滤器是离子膜法烧碱系统一次盐水精制的关键设备，将盐水中的钙镁离子的质量浓度降到4mg/L以下。为了保证设备本身不带人杂质离子，凯膜过滤器采用钢衬低钙镁含量的橡胶。

　　2．6螯合树脂塔

　　螯合树脂塔是二次精制盐水的重要设备，它利用离子交换树脂除去盐水中的杂质离子，使盐水中的Ca2+、Mg2+含量降至20μg/L，然后再经酸碱再生操作，使离子交换树脂恢复活性。该塔操作温度在60-65℃，国外多用低钙镁含量的橡胶衬里，少数有采用玻璃钢材质的。采用低钙镁含量橡胶衬里，的使用寿命一般在8-10年，其损坏的主要原因不是衬里腐蚀，而是介质的局部渗透腐蚀了碳钢基体。

　　2．7 盐水加热器

　　进入离子膜电解槽前，盐水要在盐水加热器中加热至80℃。盐水加热器多采用列管式或板式换热器，壳体采用不锈钢或钛材制作，换热管与管板多用钛材，也有用哈氏C合金、蒙乃尔合金、钛钯合金，使用寿命在10年以上，垫片采用三元乙丙橡胶(EPDM)，使用寿命一般在5年以下。

　　2．8 脱氯塔

　　由离子膜电解槽出来的淡盐水经真空加热脱氯时的温度高达85-90℃，国外有采用玻璃钢结构的，国内多采用普通橡胶衬里，使用寿命一般2-3年。钛制脱氯塔是理想的选择，使用寿命可达20年。

　　2．9 盐水管道

　　盐水对碳钢管道的腐蚀和冲刷严重，离子膜法烧碱中盐水管道通常采用衬里管道或非金属管道。衬里管道有钢衬聚乙烯(20/PE)、钢衬聚丙烯(20/PP)、钢衬聚烯烃(20/PO)，其中钢衬聚烯烃(20/PO)效果较好。管道的使用寿命关键在于衬里工艺和质量。

　　结论和展望：氯碱产品的生产环境比较复杂，处理的物料如盐水、烧碱、氯气、盐酸、硫酸、次氯酸盐等都是强腐蚀性介质，产生腐蚀的原因也很复杂，腐蚀造成的后果较严重。因此，必须对氯碱工业的腐蚀引起足够的重视，要从各个方面采取有效的防护措施，以避免材料的腐蚀。

　　（1）要采用先进的工艺，合理选择材质。

　　（2）精心施工和安装，正确使用，经常维护和定期检查设备、管道。

　　（3）严格遵守工艺规程，杜绝因违章操作造成的腐蚀。

　　（4）普及防腐专业知识，加强防腐蚀专业力量。

　　了解了造成腐蚀的原因之后，我们采取正确的防腐措施可以延长电解系统的寿命，减少投资，将给工业生产带来极大的利益。