[摘 要]在乳聚丁苯橡胶的生产中硫酸系统是非常重要的部分，它的运行状态直接影响了橡胶的品质，而硫酸所具有的强腐蚀性却经常引起管线的泄漏。以抚顺石化烯烃厂丁苯车间硫酸系统为例，在分析了硫酸引起腐蚀的发生机理和影响腐蚀的因素后认为储罐、管道的设计及选材不合适是导致硫酸系统泄漏的主要原因。改用以聚四氟作为衬里的碳钢管线会降低泄漏的发生。
　　[关键词]乳聚丁苯橡胶；腐蚀泄漏；浓硫酸；碳钢；聚四氟乙烯
　　中图分類号：R817 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）29-0020-01
　　1 引言
　　抚顺石化20万吨/年丁苯橡胶项目（以下简称抚顺丁苯）采用低温乳液聚合法生产丁苯橡胶，该工艺由聚合、单体回收、掺混、凝聚、干燥、包装6个单元组成。硫酸系统用于控制胶乳的凝聚，输送管线由硫酸储罐底引出以直径25mm、厚度3mm的碳钢管为主。尽管低温乳液聚合法生产丁苯橡胶在国内已经相当成熟，但是硫酸泄漏问题作为其最大的隐患仍然困扰着抚顺丁苯，本文将从硫酸系统的选材上入手以避免此类问题。
　　2 硫酸的腐蚀泄漏
　　抚顺丁苯生产所需硫酸浓度为92%～98%，经厂内化验室多次采样分析，厂家提供的硫酸浓度为93.5%±0.5，此浓度的硫酸具有强氧化性及脱水性，对大部分金属可造成严重的腐蚀。而抚顺丁苯选用碳钢作为浓硫酸的主要承载材料是由于在浓硫酸中碳钢可以形成一层致密的膜，能有效防止浓硫酸的腐蚀。但实际上从开工至今泄漏的现象依然时常发生，这里统计出一个数据以说明硫酸泄漏的严重性。温度可以影响硫酸对金属的腐蚀速率，夏季气温高腐蚀速率增大，因此夏季是硫酸系统泄漏的高发时段，所以将2015年5月份至8月份硫酸系统的泄漏情况统计为表1：
　　在经历了以上泄漏事故后抚顺丁苯也多次对管线进行了改造和更换，如将入口、出口管线更换为厚度为5mm的厚壁碳钢管，清理储罐底部积累的杂质等。以上方法虽然降低了泄漏次数，但是并没有达到预期的效果。
　　3 腐蚀原因分析
　　3.1 “膜”对碳钢腐蚀的影响
　　硫酸对金属的腐蚀主要为电化学腐蚀，与化学腐蚀相比电化学腐蚀的特点在于在反应过程中会产生电流。硫酸流过碳钢管线时，铁作为阳极不断失去电子成为亚铁离子Fe2+溶于酸中而被腐蚀，这个过程称阳极过程。碳钢内的碳元素及一些杂质作为阴极接受这些游离出的电子产生H2，这是阴极过程。其电化学式如下：
　　阳极过程：Fe→Fe2++2e-
　　阴极过程：SO2-4+4H++2e-→H2SO3+H2
　　按照这样下去，铁会不断的失去电子变成硫酸亚铁，碳钢也就被不断的腐蚀。但是为什么化工上还将碳钢作为储存和运输浓硫酸的主要材料呢？这是由于室温下碳钢在浓度为98%的浓硫酸的作用下会形成一层具有致密结构的薄膜，紧密覆盖在金属的表面，改变金属的表面状态。我们称这种膜为钝化膜，钝化膜的组成主要是金属的氧化物。但是实际上化工生产中硫酸无法达到钝化所需浓度，以抚顺丁苯的硫酸浓度为例，确切的说碳钢形成的是一种“腐蚀产物膜”，其主要成分为FeSO3。其反应方程式为：
　　Fe+H2SO4→FeSO3+H2
　　这种膜相对于“钝化膜”抗腐蚀能力较弱。抚顺丁苯在遇到硫酸管线泄漏时，先期为保证生产，只是将泄漏管段换下，而新加上的管线短期内又迅速穿孔。这是因为“腐蚀产物膜”大多有着良好的电导率，电位比金属高，使暴露的金属成为阳极促进了膜破口处裸露金属的腐蚀。简单的说就是新管处于长了膜的两段旧管之间，形成新的阳极而被腐蚀穿孔。
　　3.2 流速及温度对碳钢腐蚀的影响
　　对于承载着浓硫酸的碳钢管线来说，其主要遭受两种腐蚀：一个是硫酸对它的电化学腐蚀，另一个就是硫酸作为流体带给它的磨损腐蚀。金属表面受高速和湍流状的流体冲击，同时受到磨损和腐蚀的破坏，产生磨损腐蚀。碳钢管线内部在浓硫酸的高速冲击下“腐蚀产物膜”被撕裂，破口处裸露的金属会加速腐蚀造成穿孔，因此碳钢不适于高流速的硫酸。在管线中磨损腐蚀的高发区在流体改变方向的部位，如弯头、三通、变径等。
　　为了不破坏“腐蚀产物膜”，碳钢管线中浓硫酸的流速一般不能大于1.7m/s。抚顺丁苯采用聚四氟乙烯气动泵作为浓硫酸的输送装置，一开一备，出口压力可调节，最多共四条生产线同时使用。一条生产线所需浓硫酸大约为37.5L/h，经过计算泵出口流速大大超过1.7m/s，如果四条生产线全开，显然碳钢管线内壁的“腐蚀产物膜”会遭到严重的破坏。而且抚顺丁苯管线设计复杂，弯头、三通、变径过多更加剧了腐蚀。
　　由于腐蚀是一种化学反应，所以在特定浓度的硫酸下，腐蚀会在一定范围内随着温度的升高而加速，通常温度每升高10℃，腐蚀速率可增加1～3倍。而抚顺丁苯的硫酸储罐位于室外且完全暴露，因此硫酸泄漏经常发生在高温的夏季。
　　4 针对腐蚀的防护
　　经过以上对碳钢管的耐酸性分析，抚顺丁苯如继续采用碳钢管来输送浓硫酸将无法防止硫酸的再次泄漏。这里推荐使用碳钢衬聚四氟乙烯的复合管作为浓硫酸的承载管线。聚四氟乙烯具有非常优良的耐腐蚀和耐热性能，除了熔金属锂、钾、钠、三氟化氯、高温下的三氟化氧、高流速的液氟外，它几乎可以抵抗所有的化学介质，也包括濃硝酸和王水。可以长期在230℃～260℃下操作，耐热性超过大多数塑料。
　　但是由于内衬四氟工艺的限制，新外壁管的选择要比原管粗，可以选用DN40甚至直径更大的碳钢管，以保证四氟内壁的厚度。短节长度上在保证内应力在可控范围内的前提下尽可能加长，以减少法兰垫片连接。新设计的管线要简单，应多以直线输送为主，尽量少用三通、弯头等影响硫酸流速的管段，并且要多设管线支撑架，减少应力的产生。
　　管线经过如上调整改造后可有效避免事故的发生。以表1作为比较对象，预计重新选材后的管线在泄漏频发的5～8月份其泄漏次数可降低至1～2次，在其他月份如果监管得当可以完全避免泄漏。
　　参考文献
　　[1] 左景伊.腐蚀数据与选材手册.化学工业出版社，1995.10
　　[2] 闫康平.工程材料.化学工业出版社，2005.1
　　作者简介
　　项东，2011年毕业于辽宁石油化工大学，现任抚顺石化烯烃厂丁苯橡胶车间设备工程师。