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[摘 要]氯碱化工设备会经常受到酸、碱和盐等强腐蚀性介质的腐蚀。本文主要分析了腐蚀氯碱化工设备的主要原因及主要特点,并提出了氯碱化工设备的防腐管理对策。
[关键词]氯碱 化工设备 腐蚀 管理
中图分类号:T96 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)46-0367-01
在生产氯碱化工产品的时候,存在很大的燃烧、爆炸和泄露的危险,氯碱化工设备本身会面临着很大的腐蚀,而要将污染降到最低,确保化工设备的安全生产,有效提升企业的经济效益,必须重视这些设备耐腐蚀性能。常常会由于材质的不当使用,而引起化工设备的严重腐蚀,最终导致检修停产,消耗过多不必要的人力、财力和物力,也对环境造成了很大的污染。所以,必须做好氯碱化工设备的防腐管理。
1 腐蚀氯碱化工设备的主要原因及主要特点
1.1 腐蚀氯碱化工设备的主要原因
在生产氯碱时,电化学腐蚀是导致氯碱生产设备发生腐蚀的主要原因。在实际的生产过程中,从不同的腐蚀介质上划分,可以分成下述几种:
第一种是盐水腐蚀,这就是盐水和金属发生反应,会对电池产生腐蚀,最终使得金属因为失去电子而被溶解;第二种是指酸类腐蚀,就是盐酸、硫酸与次氯酸等发生氧化作用而构成的保护膜, 很多酸都会跟金属构成析氢反应;第三种指氯气腐蚀,氯气中存在很多水分,是腐蚀金属的重要原因;第四种是碱液腐蚀,以及由此导致的碱脆等现象。另外,在生产氯碱时会将很多废气和电解杂散电流排到空气中,最终严重的腐蚀了氯碱化工设备。
1.2 氯碱化工设备的防腐蚀特点
因为氯碱在生产工艺方面不同于其他产品的生产,与之相反应的腐蚀介质也会有很大的不同,单一的品种常常会存在很强的腐蚀性。正像上文所述的食盐水溶液、氢氧化钠碱液与熔融的烧碱、氯气等一样。所以,氯碱化工设备在防腐蚀方面具有以下特点:
首先,当氯气中含有较多水分时,会具有较强的氧化作用,会在很大程度上腐蚀金属与非金属材料。所以,应该尽量将氯水进行脱水干燥处理后,才能将其作为介质用在设备的防腐上;
其次,电解时的杂散电流会加速电化学的腐蚀反应。所以,在实行氯碱化工设备的防腐蚀工作时,一定要确保电解系统的绝缘状态,尽量降低杂散电流在设备上所导致的腐蚀;
再次,必须就具体生产时碱的浓度和具体杂质,来选择适当的防腐材料,并进行有效的防腐处理,要实现对症下药;
还有,盐酸、硫酸和次氯酸要求金属具有较强的耐腐蚀性,所以,要使用非金属材料来制造管子和贮罐;
最后,生产中所产生的废气,会对员工的健康造成很大的影响,还会严重的危害空气。一定要通过适当的大气防腐蚀措施,强化生产管理与设备管线的密封工作。
2 氯碱化工设备的防腐管理对策
2.1 选择适当的材料
氯碱化工设备的使用材料,会在很大程度上跟设备的寿命和安全性能息息相关。在选择容器的材料时,一定要将介质的抗腐蚀性能和容器的结构类型、内压力和温度等考虑在内。当部分容器内的介质腐蚀性较强,而又没有其他的材料可用时,应该使用碳钢壳体和耐腐蚀金属的衬里。因为外层的高强度碳钢壳体会承受内压应力作用,要使得壳体内的衬层有效防腐,所选的衬里,一定要结合介质特性、工作压力和温度、容器内径等实际情况来确定。比方说,当压力和温度较高时,衬层要使用不锈钢,但是会花费较多的成本,施工开展也比较困难;当压力和温度不高时,应该使用非金属材料做衬里。
2.2 确保结构设计的合理性和科学性
氯碱容器的结构设计会跟设备的安全性和寿命息息相关。设计的失当会引起局部应力的集中,最终导致容器中出现缝隙,或者容器中的局部物料发生滞留,最终会降低局部应力与热应力,容易引起缝隙腐蚀和应力腐蚀等部分腐蚀问题。所以,在涉及氯碱化工设备的结构时,一者要确保设备零件外形的简单和完整,再者要使用双面对接焊方式,来焊接设备中封头和接管与简体。另外,要高度重视截面的圆滑过渡,尽量降低由于结构设计而导致的尖角与缝隙等问题。应该将容器底部设计成锥形。再者,在连接管壳式换热器的管板和管子时,应该先胀接后焊接,以便减少接缝,实现缝隙防腐。
2.3 防应力腐蚀
由于应力腐蚀而导致的破裂,是拉应力和腐蚀一起发生反应的结果。因为应力腐蚀导致的断裂属于脆性断裂,所以,应力腐蚀是很危险的腐蚀类型。要形成应力腐蚀断裂必须满足以下要求:首先,拉伸应力必须足够大;其次,需要一个特定的腐蚀环境;再次,金属材料必须要存在特定的合金成分和组织。导致应力的主要原因是载荷,还有就是制造时导致的残余应力,而后面一个因素导致的应力腐蚀会占到八成这样。所以,一旦发现容器存在应力腐蚀的可能,必须进行消除应力的焊后热处理。再者,焊接时一定要选用适当的焊条,确保焊缝金属和母材具有一致的化学成分,避免出现电化学腐蚀。
2.4 保护层
在金属的表层用紧密的保护表层覆盖,可以尽量减少主体金属的腐蚀。普遍来说,常常会用到金属保护层和非金属保护层两种方式来增加保护层。主要包括:
其一,金属保护层。一般常使用阳极保護层和阴极保护层两种方式。近几年来,阴极保护被普遍用在氯碱生产中。阴极保护是将设备与直流电源的负极相连,电源正极和一个辅助阳极相连。电路接通后,电源便给金属设备以阴极电流,使金属设备的电板电位向负的方向移动,当电位降低至腐蚀电池的阳极起始电位时,金属设备的腐蚀即停止。外加电流阴极保护的实质为整个金属设备被外加电流极化为阴极,而辅助电极为阳极,称为辅助阳极。辅助材料必须是良好的导电体,在腐蚀介质中耐腐蚀,常用的有石墨、硅等。阳极保护在我国应用广泛。
与阴极保护相比,阳极保护是在二十世纪五十年代发展起来的最新防腐蚀技术。阳极保护是依据金属钝化的原理,向能够在某些电解质溶液中产生钝化的金属通以一定的电流,当电流密度达到致钝电流密度时,则使该金属钝化,在其表面形成一钝化膜阻止腐蚀。阳极保护是把金属设备与外加直流电源正极连接,另有一辅助阳极与外加直流电源负极连接。辅助阴极材料要求在阴极极化下耐腐蚀,有一定的强度,对浓硫酸可采用白金或铸铁,对稀硫酸可用石墨、铜等,对盐和碱可用碳钢。依据钝化原理,阳极保护只能用在某种金属在某些介质中能钝化的场合,能有效防止强氧化性介质如浓硫酸的腐蚀。但是要求介质中卤素离子含量必须很低,如果超出了一定的范围,就会引起钝化膜的破坏,最终导致很大程度的腐蚀。阳极保护不能保护气相部分,对液相,要求介质必须与被保护设备连续接触且液面稳定,否则液面因波动而下降使介质离开金属的时间超过钝化膜的寿命时,将会发生活化。此外,阳极保护适用于致钝电流密度及维钝电流密度不大的场合,这样可以节省投资和耗电量。
其二,非金属保护层。比方说,通过一些特殊的涂料来有效保护氯碱化工设备中的钢铁设备、管线内部及外表面,降低因为工业大气、水和弱腐蚀性介质而导致的腐蚀。另外,还能使用耐酸瓷砖和耐酸陶板作为衬里,来构成无机的非金属材料保护层,这个方法主要用在接缝部位的渗透,但是使用后会大大降低保护性;而使用有机非金属材料又会产生热稳定性差等问题,所以,常用的方法是联合上述两种方法,才会具有极佳的防腐蚀性能。
参考文献
[1] 赵思韬,田荣娟.化工设备的防腐[J].河北化工.2010,04:55-56.
[2] 杜郭平.化工设备防腐及应用研究[J].企业导报.2012,17:284.
[3] 年月宏,张世琦.探讨化工设备设计中的注意问题[J].中国石油和化工标准与质量.2013,01:47.
[4] 孙媛媛.化工设备的防腐控制研究[J].价值工程.2013,01:19-21.
[关键词]氯碱 化工设备 腐蚀 管理
中图分类号:T96 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)46-0367-01
在生产氯碱化工产品的时候,存在很大的燃烧、爆炸和泄露的危险,氯碱化工设备本身会面临着很大的腐蚀,而要将污染降到最低,确保化工设备的安全生产,有效提升企业的经济效益,必须重视这些设备耐腐蚀性能。常常会由于材质的不当使用,而引起化工设备的严重腐蚀,最终导致检修停产,消耗过多不必要的人力、财力和物力,也对环境造成了很大的污染。所以,必须做好氯碱化工设备的防腐管理。
1 腐蚀氯碱化工设备的主要原因及主要特点
1.1 腐蚀氯碱化工设备的主要原因
在生产氯碱时,电化学腐蚀是导致氯碱生产设备发生腐蚀的主要原因。在实际的生产过程中,从不同的腐蚀介质上划分,可以分成下述几种:
第一种是盐水腐蚀,这就是盐水和金属发生反应,会对电池产生腐蚀,最终使得金属因为失去电子而被溶解;第二种是指酸类腐蚀,就是盐酸、硫酸与次氯酸等发生氧化作用而构成的保护膜, 很多酸都会跟金属构成析氢反应;第三种指氯气腐蚀,氯气中存在很多水分,是腐蚀金属的重要原因;第四种是碱液腐蚀,以及由此导致的碱脆等现象。另外,在生产氯碱时会将很多废气和电解杂散电流排到空气中,最终严重的腐蚀了氯碱化工设备。
1.2 氯碱化工设备的防腐蚀特点
因为氯碱在生产工艺方面不同于其他产品的生产,与之相反应的腐蚀介质也会有很大的不同,单一的品种常常会存在很强的腐蚀性。正像上文所述的食盐水溶液、氢氧化钠碱液与熔融的烧碱、氯气等一样。所以,氯碱化工设备在防腐蚀方面具有以下特点:
首先,当氯气中含有较多水分时,会具有较强的氧化作用,会在很大程度上腐蚀金属与非金属材料。所以,应该尽量将氯水进行脱水干燥处理后,才能将其作为介质用在设备的防腐上;
其次,电解时的杂散电流会加速电化学的腐蚀反应。所以,在实行氯碱化工设备的防腐蚀工作时,一定要确保电解系统的绝缘状态,尽量降低杂散电流在设备上所导致的腐蚀;
再次,必须就具体生产时碱的浓度和具体杂质,来选择适当的防腐材料,并进行有效的防腐处理,要实现对症下药;
还有,盐酸、硫酸和次氯酸要求金属具有较强的耐腐蚀性,所以,要使用非金属材料来制造管子和贮罐;
最后,生产中所产生的废气,会对员工的健康造成很大的影响,还会严重的危害空气。一定要通过适当的大气防腐蚀措施,强化生产管理与设备管线的密封工作。
2 氯碱化工设备的防腐管理对策
2.1 选择适当的材料
氯碱化工设备的使用材料,会在很大程度上跟设备的寿命和安全性能息息相关。在选择容器的材料时,一定要将介质的抗腐蚀性能和容器的结构类型、内压力和温度等考虑在内。当部分容器内的介质腐蚀性较强,而又没有其他的材料可用时,应该使用碳钢壳体和耐腐蚀金属的衬里。因为外层的高强度碳钢壳体会承受内压应力作用,要使得壳体内的衬层有效防腐,所选的衬里,一定要结合介质特性、工作压力和温度、容器内径等实际情况来确定。比方说,当压力和温度较高时,衬层要使用不锈钢,但是会花费较多的成本,施工开展也比较困难;当压力和温度不高时,应该使用非金属材料做衬里。
2.2 确保结构设计的合理性和科学性
氯碱容器的结构设计会跟设备的安全性和寿命息息相关。设计的失当会引起局部应力的集中,最终导致容器中出现缝隙,或者容器中的局部物料发生滞留,最终会降低局部应力与热应力,容易引起缝隙腐蚀和应力腐蚀等部分腐蚀问题。所以,在涉及氯碱化工设备的结构时,一者要确保设备零件外形的简单和完整,再者要使用双面对接焊方式,来焊接设备中封头和接管与简体。另外,要高度重视截面的圆滑过渡,尽量降低由于结构设计而导致的尖角与缝隙等问题。应该将容器底部设计成锥形。再者,在连接管壳式换热器的管板和管子时,应该先胀接后焊接,以便减少接缝,实现缝隙防腐。
2.3 防应力腐蚀
由于应力腐蚀而导致的破裂,是拉应力和腐蚀一起发生反应的结果。因为应力腐蚀导致的断裂属于脆性断裂,所以,应力腐蚀是很危险的腐蚀类型。要形成应力腐蚀断裂必须满足以下要求:首先,拉伸应力必须足够大;其次,需要一个特定的腐蚀环境;再次,金属材料必须要存在特定的合金成分和组织。导致应力的主要原因是载荷,还有就是制造时导致的残余应力,而后面一个因素导致的应力腐蚀会占到八成这样。所以,一旦发现容器存在应力腐蚀的可能,必须进行消除应力的焊后热处理。再者,焊接时一定要选用适当的焊条,确保焊缝金属和母材具有一致的化学成分,避免出现电化学腐蚀。
2.4 保护层
在金属的表层用紧密的保护表层覆盖,可以尽量减少主体金属的腐蚀。普遍来说,常常会用到金属保护层和非金属保护层两种方式来增加保护层。主要包括:
其一,金属保护层。一般常使用阳极保護层和阴极保护层两种方式。近几年来,阴极保护被普遍用在氯碱生产中。阴极保护是将设备与直流电源的负极相连,电源正极和一个辅助阳极相连。电路接通后,电源便给金属设备以阴极电流,使金属设备的电板电位向负的方向移动,当电位降低至腐蚀电池的阳极起始电位时,金属设备的腐蚀即停止。外加电流阴极保护的实质为整个金属设备被外加电流极化为阴极,而辅助电极为阳极,称为辅助阳极。辅助材料必须是良好的导电体,在腐蚀介质中耐腐蚀,常用的有石墨、硅等。阳极保护在我国应用广泛。
与阴极保护相比,阳极保护是在二十世纪五十年代发展起来的最新防腐蚀技术。阳极保护是依据金属钝化的原理,向能够在某些电解质溶液中产生钝化的金属通以一定的电流,当电流密度达到致钝电流密度时,则使该金属钝化,在其表面形成一钝化膜阻止腐蚀。阳极保护是把金属设备与外加直流电源正极连接,另有一辅助阳极与外加直流电源负极连接。辅助阴极材料要求在阴极极化下耐腐蚀,有一定的强度,对浓硫酸可采用白金或铸铁,对稀硫酸可用石墨、铜等,对盐和碱可用碳钢。依据钝化原理,阳极保护只能用在某种金属在某些介质中能钝化的场合,能有效防止强氧化性介质如浓硫酸的腐蚀。但是要求介质中卤素离子含量必须很低,如果超出了一定的范围,就会引起钝化膜的破坏,最终导致很大程度的腐蚀。阳极保护不能保护气相部分,对液相,要求介质必须与被保护设备连续接触且液面稳定,否则液面因波动而下降使介质离开金属的时间超过钝化膜的寿命时,将会发生活化。此外,阳极保护适用于致钝电流密度及维钝电流密度不大的场合,这样可以节省投资和耗电量。
其二,非金属保护层。比方说,通过一些特殊的涂料来有效保护氯碱化工设备中的钢铁设备、管线内部及外表面,降低因为工业大气、水和弱腐蚀性介质而导致的腐蚀。另外,还能使用耐酸瓷砖和耐酸陶板作为衬里,来构成无机的非金属材料保护层,这个方法主要用在接缝部位的渗透,但是使用后会大大降低保护性;而使用有机非金属材料又会产生热稳定性差等问题,所以,常用的方法是联合上述两种方法,才会具有极佳的防腐蚀性能。
参考文献
[1] 赵思韬,田荣娟.化工设备的防腐[J].河北化工.2010,04:55-56.
[2] 杜郭平.化工设备防腐及应用研究[J].企业导报.2012,17:284.
[3] 年月宏,张世琦.探讨化工设备设计中的注意问题[J].中国石油和化工标准与质量.2013,01:47.
[4] 孙媛媛.化工设备的防腐控制研究[J].价值工程.2013,01:19-21.