氯碱工艺介质对设备腐蚀侵害防护措施
氯碱行业生产过程中的工艺介质及产品(例如NaOH、湿Cl2、饱和盐水、HCl、H2SO4等)均具有极强的腐蚀性。腐蚀不仅给设备和管道带来危害,而且还会严重危害员工的身心健康,污染环境,危及安全生产,造成各类事故。因此,要从根本上解决腐蚀造成的损失和危害,确保安全生产。
一、NaOH的腐蚀及防护措施
1.NaOH的腐蚀分析
NaOH是氯碱生产中腐蚀性较强的介质。在常温下,质量浓度≤30%(m/m),简称浓度,下同)的稀碱液可使钢铁表面生成不溶性钝化膜,而使其有良好的耐蚀性。但是,钢铁的耐蚀性能随碱液的浓度和温度的升高而降低。当碱液浓度>30%时,则钝化膜的保护性能随浓度的升高而降低,如果温度也同时升高(>80℃),则普通钢铁就会受到严重的腐蚀侵害。NaOH对钢铁设备的腐蚀侵害形成有两种,即均匀腐蚀和局部腐蚀,其有多种原因引起的局部腐蚀是主要的,它容易造成设备的突然破坏,危害极大。钢铁受高温、浓碱腐蚀后会发脆,如果同时有应力(外加应力或残余应力)作用,则会产生不同程度的应力腐蚀,于是将加速材料的破坏,这种现象一般称“碱脆”。据资料介绍:15%~48%的NaOH,温度低于82℃时不发生“碱脆”,而50%的NaOH在52℃时就发生“碱脆”。“碱脆”可使设备焊缝两边加热区出现裂缝,造成漏碱,一经漏碱,难以补焊。
2.防护措施
NaOH生产系统应根据碱液的浓度和温度选用合适的材料。NaOH浓度在30%~33%、温度在85~95℃,属于应力腐蚀环境,因此该系统的非标设备和管道最好选用超低碳奥氏体不锈钢,一般可选00Cr18Ni10、0Cr18Ni9、00Cr17Ni14Mo2;NaOH浓度在30%~33%、温度50%、温度>85℃时可选用Ni材料等。该系统也可选用非金属材料,如聚丙烯(PPH)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、玻璃钢增强的聚氯乙烯(FRP/PVC)等,但缺点是寿命短、可靠性差。为防止钢铁设备发生“碱脆”,应采用合理的结构设计和制造工艺,在严格控制材料质量的同时必须提高制造质量,焊后进行适当的热处理(如低碳和低合金钢,采用600~650℃退火处理),严格焊缝检测,消除外界应力和残余应力。
二、湿Cl2的腐蚀及防护措施
电解槽阳极产生的Cl2,为水蒸气所饱和,称湿Cl2。湿Cl2中常夹杂有HCl和HClO,全使许多金属材料迅速被腐蚀,当Cl2中含水<1.5×10-4(称干燥Cl2)时,对普通结构材料腐蚀极微,因此对接触湿Cl2的设备及管道材料应予以重视。
2.防护措施
由于湿Cl2几乎对所有金属都能腐蚀,其中只有Ti材料耐蚀,这是因为湿Cl2是氧化性介质,使Ti表面一成一层耐蚀的氧化膜。在常温下,耐湿Cl2腐蚀的材料多采用非金属材料,如钢衬橡胶(SS/HRL)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、CPVC、钢衬聚四氟乙烯(SS/PTFE)、FRP/PVC、玻璃钢(FRP)等,它们主要做设备和管道的衬里和整体材料。湿Cl2对钢铁的腐蚀最严重,所以不能直接使用。干燥Cl2不腐蚀钢铁,但腐蚀Ti材,所以可以用钢铁制造输送干燥Cl2的压缩机和管道。
三、盐水的腐蚀及时性防护措施
1.盐水的腐蚀分析
由于电解系统包括一个庞大的盐水工序,其设备防腐性能的好与坏,直接影响着盐水质量和电解槽的正常运行。钢铁在盐水中的腐蚀速度受盐水中溶解氧的控制,因盐水中存在氧的浓度差,易构成氧浓差腐蚀电池,其反应过程是:
阴极为氧的还原反应:O2+2H2O+4e→4OH-;阳极为铁的氧化反应:Fe-2e→Fe2+,铁被离子化溶解在盐水中而被腐蚀。
应当引起注意的是,在盐水设备的气相部分,如容器顶盖和液面以上的器壁比液面中的部分腐蚀得严重,其原因是上面有凝结的水膜,氧易透过而达到饱和状态,发生氧的去极化反应:4Fe+6H2O+3O2→4Fe(OH)3↓,脱水后变为Fe2O3(铁锈):2Fe(OH)3→3H2O+Fe2O3。
2.防护措施
根据盐水的腐蚀特点,一般的金属材料都不透用,目前盐水系统的设备、管道、阀门等均采用耐蚀高分子材料作为整体材料或衬里材料,构成了以SS/HRL、钢衬聚丙烯(SS/PP)、SS/PTFE、FRP/PVC等为主要的防腐方法。
四、酸类及尾气的腐蚀与防护措施
1.酸类及尾气的腐蚀分析
酸类的腐蚀主要以HCl、H2SO4、HClO为主,铁在浓H2SO4中的腐蚀极低,主要是由于浓H2SO4的氧化作用生成钝化膜的缘故。除浓H2SO4外,稀H2SO4、HCl和HClO等均能与铁反应,生成可溶性的铁盐,并析出H2。属气腐蚀发生在操作控制不严或发生不正常现象时,出现的废气排空现象,主要以Cl2、HCl气体、碱雾为主。
2.防护措施
为防止各类酸对生产设备、储存设备和管道的腐蚀侵害,HCl气体生产可采用铁炉或石墨炉,吸收段必须采用石墨材料,储槽采用SS/HRL、PPH、FRP,泵可选用聚四衬乙烯氟泵、陶瓷泵、衬胶泵等,管道可用SS/PTFE、FRP、SS/PP、聚乙烯(PE)、SS/HRL等,阀门可用PPH隔膜阀、衬聚四氟乙烯阀、PVDF隔膜前期。浓H2SO4储存设备可用钢铁制造,为防止尾气腐蚀设备、厂房、管架,多用涂料加以保护。
总之,有效避免和减缓氯碱工艺介质对设备的腐蚀侵害,认真做好控制防护措施,不单是技术上的问题,而且对于保护人员和设备安全,保护环境,节约能源和材料,确保安全生产以及推动企业的持续、稳定、健康发展具有十分重要的现实意义。
篇2:氯碱工艺介质对设备腐蚀侵害防护措施
氯碱行业生产过程中的工艺介质及产品(例如NaOH、湿Cl2、饱和盐水、HCl、H2SO4等)均具有极强的腐蚀性。腐蚀不仅给设备和管道带来危害,而且还会严重危害员工的身心健康,污染环境,危及安全生产,造成各类事故。因此,要从根本上解决腐蚀造成的损失和危害,确保安全生产。
一、NaOH的腐蚀及防护措施
1.NaOH的腐蚀分析
NaOH是氯碱生产中腐蚀性较强的介质。在常温下,质量浓度≤30%(m/m),简称浓度,下同)的稀碱液可使钢铁表面生成不溶性钝化膜,而使其有良好的耐蚀性。但是,钢铁的耐蚀性能随碱液的浓度和温度的升高而降低。当碱液浓度>30%时,则钝化膜的保护性能随浓度的升高而降低,如果温度也同时升高(>80℃),则普通钢铁就会受到严重的腐蚀侵害。NaOH对钢铁设备的腐蚀侵害形成有两种,即均匀腐蚀和局部腐蚀,其有多种原因引起的局部腐蚀是主要的,它容易造成设备的突然破坏,危害极大。钢铁受高温、浓碱腐蚀后会发脆,如果同时有应力(外加应力或残余应力)作用,则会产生不同程度的应力腐蚀,于是将加速材料的破坏,这种现象一般称“碱脆”。据资料介绍:15%~48%的NaOH,温度低于82℃时不发生“碱脆”,而50%的NaOH在52℃时就发生“碱脆”。“碱脆”可使设备焊缝两边加热区出现裂缝,造成漏碱,一经漏碱,难以补焊。
2.防护措施
NaOH生产系统应根据碱液的浓度和温度选用合适的材料。NaOH浓度在30%~33%、温度在85~95℃,属于应力腐蚀环境,因此该系统的非标设备和管道最好选用超低碳奥氏体不锈钢,一般可选00Cr18Ni10、0Cr18Ni9、00Cr17Ni14Mo2;NaOH浓度在30%~33%、温度50%、温度>85℃时可选用Ni材料等。该系统也可选用非金属材料,如聚丙烯(PPH)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、玻璃钢增强的聚氯乙烯(FRP/PVC)等,但缺点是寿命短、可靠性差。为防止钢铁设备发生“碱脆”,应采用合理的结构设计和制造工艺,在严格控制材料质量的同时必须提高制造质量,焊后进行适当的热处理(如低碳和低合金钢,采用600~650℃退火处理),严格焊缝检测,消除外界应力和残余应力。