氯堿生產(chǎn)中的腐蝕與防護(hù)技術(shù)分析

趙利軍

關(guān)鍵詞：氯堿生產(chǎn);腐蝕;防護(hù)技術(shù)

1 氯堿工業(yè)的腐蝕特點(diǎn)

一般來(lái)說(shuō)，氯堿工業(yè)中的氯、堿、氯系腐蝕介質(zhì)、鹵水、鹽酸等腐蝕性很強(qiáng)，會(huì)對(duì)常規(guī)金屬物質(zhì)造成嚴(yán)重的腐蝕。但濕氯或氧化性氯堿材料會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈的氧化腐蝕。化工界的專家、學(xué)者和工作人員對(duì)上述問題進(jìn)行了深入的分析和研究。在經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的推動(dòng)下，我國(guó)氯堿工業(yè)生產(chǎn)能力顯著提高，高濃度燒堿等物質(zhì)的使用量顯著增加，氯堿腐蝕問題日益嚴(yán)重。氯堿工業(yè)設(shè)備的防腐問題已引起人們的高度重視。目前氯堿工業(yè)生產(chǎn)和電解系統(tǒng)的雜散電流對(duì)電化學(xué)腐蝕有很大的促進(jìn)作用。對(duì)此，工作人員分析研究了改善電解系統(tǒng)絕緣以避免雜散電流腐蝕的問題，這已成為需要解決的重要問題之一。

2 氯堿工業(yè)的腐蝕及防護(hù)

2.1 鹽水溶液的腐蝕

在離子膜技術(shù)方面，對(duì)鹽水溶液的組成要求很高。一般情況下，溶液中鈣離子和鎂離子的含量應(yīng)小于2×10-8，精制鹽水過(guò)程中使用的鹽酸必須保證其純度非常高。因此，在鹽水精制系統(tǒng)的設(shè)備和管道中，必須使用耐鹽酸的材料，同時(shí)要徹底消除其中所含的鈣離子、鐵離子和鎂離子的分裂。一般來(lái)說(shuō)，金屬在中性和堿性鹽水溶液中都會(huì)受到腐蝕，這主要是電極對(duì)電池腐蝕反應(yīng)的結(jié)果。當(dāng)金屬在飽和鹽水中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定量的可溶性化合物，進(jìn)一步加速腐蝕。鹽水溶液會(huì)對(duì)碳鋼、銅等金屬物質(zhì)產(chǎn)生氧化反應(yīng)，腐蝕速率受氧含量的影響。如果鹽水溶液與金屬物質(zhì)接觸后，各部分溶解氧含量不同，就會(huì)發(fā)生腐蝕。金屬在鹽溶液中的腐蝕主要是由陰極反應(yīng)和極化反應(yīng)引起的。如果是靜態(tài)缺氧鹽水溶液，陰極的極化反應(yīng)相對(duì)顯著，但腐蝕程度相對(duì)較輕。將金屬材料置于鹽水中，溶液含氧量高，腐蝕速率明顯加快。另一方面，腐蝕速率隨著鹽水溫度的升高而增大。當(dāng)溫度超過(guò)一定范圍時(shí)，氧的溶解度降低，腐蝕速率降低。

不銹鋼材料處于飽和鹽水中，當(dāng)溫度不超過(guò)60℃時(shí)，腐蝕速度相對(duì)較慢。由于氯離子的作用，可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)蝕和晶間腐蝕。為了控制腐蝕，人們可以使用相對(duì)穩(wěn)定的材料制造氯堿工業(yè)設(shè)備。鈦具有較高的穩(wěn)定性和耐腐蝕性，通常用作精制鹽水的換熱材料。鈦金屬在鹽水中也能起到很好的抗腐蝕作用，但要注意的是，如果溶液的pH值小于8，溫度大于130℃，就會(huì)發(fā)生縫隙腐蝕。

2.2 雜散電流腐蝕

電解槽和整流器之間會(huì)有一個(gè)電路，因此一部分電流會(huì)從電解槽泄漏到外部，電解系統(tǒng)外部也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的泄漏電路。雜散電流的出現(xiàn)會(huì)使電解系統(tǒng)外回路的金屬部分被電流密度陽(yáng)極極化，從而發(fā)生電化學(xué)腐蝕。雜散電流的方向可由漏電部分的接地電位確定。一般來(lái)說(shuō)，泄漏最終會(huì)流入主電路和整流器。這種腐蝕對(duì)金屬的腐蝕速率較快，損傷區(qū)域相對(duì)集中。

為有效避免預(yù)熱器兩端頭部雜散電流腐蝕，可采用碳鋼內(nèi)襯膠防止雜散電流的引入，一般可持續(xù)3-5年。離子膜電解裝置中的預(yù)熱器一般采用鈦板換熱器，電解后用含熱氫的高溫水對(duì)精制鹽水進(jìn)行加熱，再通過(guò)反向間接換熱將鹽水溫度控制在60～65℃之間，它能轉(zhuǎn)移先前集中的雜散電流腐蝕，從而對(duì)設(shè)備起到一定的防護(hù)程度。對(duì)于電罐區(qū)的鹽水管道，可以采用外保溫的方式進(jìn)行防腐和排水，達(dá)到非常理想的效果。此時(shí)雜散電流的腐蝕轉(zhuǎn)移到螺栓、管法蘭等部位。同時(shí)，犧牲陽(yáng)極的局部增加也需要相應(yīng)的保護(hù)。

2.3 氯的腐蝕

氯的化學(xué)性質(zhì)更活潑，質(zhì)量更小。如果含水量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，就會(huì)形成濕氯，與鐵金屬發(fā)生反應(yīng)，釋放出一定量的氫氣。不銹鋼中氯離子含量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值，會(huì)對(duì)金屬造成腐蝕。主要原因是氯離子會(huì)直接破壞不銹鋼表面的鈍化膜，導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂或點(diǎn)蝕。

在濕氯氣的冷卻和脫水過(guò)程中，鈦可以得到充分利用，但不能用于氯氣的干燥。由于鈦與氯的反應(yīng)非常強(qiáng)烈，不僅會(huì)引起腐蝕，還會(huì)引起火災(zāi)。因此，為了保證鈦在氯氣中的正常使用，必須將氯氣中的含水量控制在1.5%左右，才能在其表面形成鈍化膜。氯氣會(huì)逐漸滲透，然后與高分子材料發(fā)生一系列反應(yīng)。其表面有一定厚度的油漿，具有一定的耐腐蝕性。

2.4 次氯酸鹽腐蝕

在氯堿系統(tǒng)中，次氯酸鹽主要有次氯酸鈣和次氯酸鈉。處于中性或弱酸狀態(tài)，不穩(wěn)定，腐蝕性強(qiáng)。如果在高溫環(huán)境中，其腐蝕性會(huì)增強(qiáng)。

當(dāng)次氯酸鈉溶液的pH值大于10時(shí)，其穩(wěn)定性較好。中性最容易分解，pH值越小，越容易分解，溫度越高，越容易分解。在紫外線照射下，次氯酸鈉溶液可以逐漸分解。如果溶液中含有重金屬離子，分解速度將進(jìn)一步加快。

對(duì)于這種腐蝕，工作人員可以使用天然橡膠作為襯里來(lái)保護(hù)設(shè)備。如果在次氯酸鈉溶液中，其表面會(huì)先被氧化和腐蝕，其厚度會(huì)逐漸減小，內(nèi)襯層內(nèi)外側(cè)會(huì)形成氧濃度差，加速氧滲透反應(yīng)，天然橡膠會(huì)膨脹起泡，因此，天然橡膠襯里設(shè)備的使用壽命不能超過(guò)兩年，工作人員必須定期更換。氯化丁基橡膠板是目前橡膠襯里的主要材料之一，具有很強(qiáng)的耐腐蝕性和透氧性，在氯堿工業(yè)設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.5 苛性鈉腐蝕

在常溫環(huán)境下，碳鋼和鑄鐵在堿性環(huán)境下的穩(wěn)定性相對(duì)較高，鐵在30%以下的苛性鈉中具有較強(qiáng)的耐腐蝕性。其主要原因是其表面會(huì)形成不溶性的致密腐蝕產(chǎn)物，能保護(hù)鐵不受腐蝕。當(dāng)堿的pH值大于14時(shí)，腐蝕程度逐漸增大，保護(hù)膜轉(zhuǎn)變?yōu)殍F酸鈉。因此，當(dāng)堿濃度超過(guò)30%時(shí)，保護(hù)膜會(huì)逐漸溶解。隨著溫度的升高，鐵的腐蝕速率逐漸增大。

鎳在燒堿中具有良好的耐腐蝕性能，在表面形成黑色保護(hù)膜，具有較高的抗應(yīng)力腐蝕開裂性能。在含氯酸鹽的堿性溶液中，由于氯酸鹽在一定溫度下分解，釋放一次氧，鎳在該環(huán)境中發(fā)生反應(yīng)，鎳的耐蝕性降低，氯酸鹽含量增加，鎳的耐蝕性逐漸降低。根據(jù)不同的情況，員工可以有效的應(yīng)用，從而有效的保護(hù)設(shè)備。

2.6 燒堿腐蝕防護(hù)措施

燒堿腐蝕的主要防護(hù)措施是：根據(jù)堿溶液的濃度和溫度選擇合適的防腐材料，如奧氏體不銹鋼中含有一定量的鉻，這種鉻可以在一百層薄的自鈍化膜中形成，并能有效防止燒堿進(jìn)一步腐蝕。結(jié)果表明，奧氏體不銹鋼在40%NaOH溶液中100℃腐蝕速率低于0.05mm/a，NaOH濃度為30%～35%，溫度為80～90℃，屬于應(yīng)力腐蝕環(huán)境，而SUS304、SUS316L等低碳不銹鋼屈服強(qiáng)度較低，具有較強(qiáng)的壓應(yīng)力腐蝕能力。因此，超低碳奧氏體不銹鋼可用于氯堿化工生產(chǎn)中的非標(biāo)設(shè)備和輸送管道。鎳材料可用于電解槽附近的設(shè)備和管道。電解槽周圍不僅要有耐高溫、耐強(qiáng)腐蝕的性能，還要防止雜散電流的腐蝕。此外，為防止鋼設(shè)備發(fā)生堿脆，在提高設(shè)備耐腐蝕性的基礎(chǔ)上，采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝，提高制造質(zhì)量和使用壽命。

3 結(jié)論

隨著化工工藝技術(shù)的發(fā)展，氯堿工業(yè)對(duì)防腐材料的應(yīng)用提出了越來(lái)越高的要求。相關(guān)專家學(xué)者對(duì)防腐材料的應(yīng)用和升級(jí)進(jìn)行了深入的分析和研究，使其環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性顯著提高。由于氯堿工業(yè)設(shè)備腐蝕原因比較復(fù)雜，工作人員在采取防護(hù)措施時(shí)必須進(jìn)行綜合分析和考慮，以確保防腐措施和防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有高度的合理性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張俊平.氯堿工業(yè)中的設(shè)備腐蝕與防護(hù)[J].中國(guó)氯堿， 2019（07）：23-26.

[2]趙濤，黃志亮，夏同成，張敏.耐腐蝕材料在氯堿行業(yè)中的應(yīng)用[J].武漢輕工大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，37（03）：98-100+105.