氯碱生产中烧碱的腐蚀与防护

贺桃香

（凯天环保科技有限公司，湖南 株洲 412004）

氯碱生产中烧碱的腐蚀与防护

贺桃香

（凯天环保科技有限公司，湖南 株洲 412004）

介绍了氯碱生产中烧碱的腐蚀情况，烧碱生产中主要使用的材料及防护措施。

烧碱；腐蚀；碱脆；碳钢；不锈钢

烧碱（氢氧化钠）在高温和有应力存在下对许多金属产生严重腐蚀。而所有金属材料中，银对氢氧化钠的耐蚀性最好，其次是镍，银和镍能耐所有浓度和温度的氢氧化钠，甚至是熔融状态（480℃）的烧碱。各种不锈钢对40%~50%以下的烧碱可耐80℃左右，但不耐高浓度高温碱液。碳钢在浓度较低及低温的氢氧化钠溶液中比较稳定。

在氯碱生产中，输送和贮存烧碱的各种设备和管道的主要材质是碳钢、不锈钢和镍。

1 碳钢在烧碱生产中的腐蚀与防护

碳钢在浓度较低、温度较低的氢氧化钠溶液中，可以在表面形成坚实的氧化保护膜，腐蚀较轻，因此，碳钢在工业生产和贮运低浓度、常温氢氧化钠溶液或固体时，用途很广泛,如中盐株化烧碱厂的电解液贮罐和30%的成品碱罐 （用户对色度没有要求时）的材质就是碳钢的。但碳钢设备和管道在焊缝区往往容易出现“碱脆”现象而产生裂纹。“碱脆”是碳钢等材料在碱溶液中由拉伸应力和腐蚀的联合作用而产生的破坏过程。

1.1 “碱脆”产生的原因

焊缝的“碱脆”是焊缝区在碱液中的应力腐蚀开裂现象。设备施焊后，其焊缝会产生残余应力，该应力的大小与施焊时的焊接方法以及焊缝所处的约束状态有关，其中最关键的是焊接线能量，线能量越大，焊缝区的温升就越高，其残余应力也越大。在碱的浓度与温度相同情况下，残余应力越大，该区域的应力腐蚀就越严重，这是因为在残余应力的作用下，焊缝区材料的晶格结构被扭歪，产生变形而降低了该部位电位，当它们与碱液接触时便构成腐蚀电池而加速腐蚀。应力愈大，所形成腐蚀电池的电位差就愈大，腐蚀也愈厉害。在电化腐蚀中，当烧碱中的质量分数大于30%时，阳极区的Fe和NaOH发生下列溶解反应：

生成物中的Na2FeO2为可溶性铁酸盐，不会在焊缝区表面形成保护膜，故该反应会不断地进行，在残余应力的作用下，焊缝区最终会产生裂纹。

1.2 焊缝应力腐蚀开裂倾向最大的区域

残余塑性变形最大的热影响区的金属，即焊接过程中被加热到500~850℃的那部分金属，其应力腐蚀开裂的倾向性最大。在碱液生产和贮运设备检修中发现，在焊接过程中加热温度超过550℃和略低于再结晶区的金属，在碱性溶液中具有最大的开裂倾向。

1.3 防止焊缝区“碱脆”的措施

（1）进行合理的焊接结构设计，采取合理的装配工艺和焊接工艺措施；合理安排焊缝位置和选择焊缝尺寸和形状，尽可能减少焊缝数量，缩短焊缝长度；合理选择装配程序，采用预留收缩余量法、反变形法、刚性固定法等预防焊接变形。焊接工艺措施包括焊接方法、焊接规范、焊接顺序和方向及进行层间锤击等，如碱液贮槽底板焊接就应先焊短焊缝，再焊长焊缝。在成品碱罐等大型碱设备制作时采用这种方法，效果显著。

（2）施焊前进行预热。施焊前，采用≥50℃的温度进行预热，施焊时，则采用较小的线能量进行施焊，从而降低焊缝区的残余应力。

（3）整体高温回火。这种方法消除焊接残余应力的效果最好，一般可消除80%~90%的残余应力。其基本原理是由于焊件残余应力的最大值（高峰应力）通常可达到该种材料的屈服强度，而金属在高温下的屈服强度将降低，焊件的温度若升高到某一定数值时，高峰应力也应该减少到该温度下的屈服强度数值。如果要完全消除结构中的残余应力，必须将焊件加热到其屈服强度等于零的温度，所以，一般所取的回火温度为600~650℃。但此方法只适用于小型设备，对大型设备则不适用。

（4）局部高温回火。对于大型设备，可采用局部高温回火来消除其残余应力，这种方法只对焊缝及其附近的局部区域进行加热，消除应力的效果不如整体回火，仅可降低残余应力的峰值，使应力分布比较平缓，但它不需要大型的热处理设备，对长筒形容器、管道接头等不能整体进行回火的设备比较适合。

2 不锈钢在烧碱生产设备中的应用

不锈钢在烧碱介质中的耐腐蚀性能远远优于碳钢，在NaOH质量分数小于50%，温度低于80℃的烧碱溶液中，具有优良的耐腐蚀性，在40%~50%烧碱生产中或用户对产品有色度要求时，应用广泛。如离子膜碱生产中的碱贮罐、碱高位槽、烧碱热交换器和成品碱冷却器等均采用不锈钢材质。

烧碱生产中使用的是奥氏体不锈钢，奥氏体不锈钢具有18Cr-8Ni结构，耐腐蚀性较好，当钢中铬含量为12%左右时，铬与腐蚀介质中的氧作用，在钢表面形成一层很薄的氧化膜（自钝化膜），可阻止钢的基体进一步腐蚀。这种氧化层虽薄，但即使损坏了表层保护膜，所暴露的钢表面仍能自我修复，可重新形成自钝化膜，继续起保护作用。一般选用超低碳奥氏体不锈钢作为输送碱液的管道。虽然不锈钢对应力腐蚀也很敏感，但由于其含碳量低于碳在奥氏体中的溶解度，不会有铬的碳化物（Cr23C6）在晶间析出。一旦发生应力腐蚀破裂，裂纹扩展速度不会受碳化物的影响而加快。另一方面，从断裂力学观点来看，提高材料的韧性，会增加在应力腐蚀环境的断裂韧性。0Cr18Ni9、00Cr17Ni14Mo2等低碳不锈钢的屈服强度较低，因此韧性好，抗应力腐蚀破裂的能力强。目前，在烧碱生产系统中，国内外多选用00Cr17Ni14Mo2型超低碳不锈钢。在电解槽碱出口附近的设备、管道不采用不锈钢，主要是由于在电解槽周围不仅要耐高温的强腐蚀，还要防止杂散电流的腐蚀。

3 镍在烧碱生产中的应用

镍有优良的的机械加工性能和良好的耐腐蚀性能，镍几乎能耐所有浓度和温度的烧碱腐蚀，但镍的价格昂贵，所以主要用在离子膜电解槽出口附近的设备、管道和碱浓缩设备中。碱循环罐、离子膜电解槽碱液出口管、碱浓缩一效蒸发器和一效分离器、产品预热器等的主材都是用镍制造的。由于隔膜碱液中含有0.3~0.6 g/L的氯酸盐，而镍在烧碱溶液中的腐蚀主要是氯酸盐的作用，在隔膜碱生产中应用较少。

虽然镍在烧碱溶液中耐蚀性好，但在高温高浓度的碱液中，在拉应力的作用下，镍设备同样会发生应力腐蚀而开裂，所以，镍设备和管道在焊后应进行消除应力处理，并尽可能保持镍在软态下使用，以提高断裂韧性。

Corrosion and protection of caustic soda production

HE Tao-xiang
(Kaitian environmental technology Co.,Ltd.,Zhuzhou 412004,China)

The corrosion,anti-rot material and protective measures of caustic soda production in chlor-alkali industry were introduced.

caustic soda,corrosion,alkali fragile;carbon steel;stainless steel

TQ114.26

B

1009－1785(2011)07-0028-02

2011-05-25