氯离子盐雾及除雾设备综述

2012-02-09何雷

河南化工 2012年10期

何雷

(山西潞安高纯硅业科技有限公司，山西长治 046108)

氯离子盐雾是悬浮在大气中含有氯化物的一种液体微粒，它主要是由海浪相互撞击和拍击海岸产生的大量海水泡沫被气流刮起，飘向空中造成的［1］。盐雾是气候环境因素中的主要因素之一，海洋占地球表面积的70%，海水的主要成份是盐类，而氯离子在海水中占总阴离子的99%以上，此外，陆地、湖泊、河流等地方，也存在盐类［2］。因此，氯离子盐雾的分布相当广泛。

由于盐雾里含有大量的氯离子，人们很早就发现氯离子盐雾对工业产品有着强烈的腐蚀破坏作用，基于此，各国学者对盐雾做了大量的研究。本文就氯离子盐雾的危害性、腐蚀机理以及盐雾的去除设备等方面做了简述并进行了前景展望。

1 氯离子盐雾的危害性

盐雾是一种球体微细液滴，其直径大多数小于5 μm。测量表明，直径1～5 μm的颗粒数占总数的90%以上，离海边越近，大颗粒盐雾含量越高。具体见表1［3］。

表1 盐雾粒度与测试点距海边距离的关系

氯离子盐雾是一种腐蚀性很强的悬浮气体，高盐雾条件对设备主要造成三方面的影响:产生电化学腐蚀、加速应力腐蚀和盐在水中电离后形成的酸/碱溶液的腐蚀影响;由于盐沉积引起的电子装备损坏、导电层产生等绝缘材料和金属腐蚀的电气影响;机械部件和组件的活动部分阻塞或黏结、由电解作用导致漆层起泡的影响［4］。

我国海域辽阔，海岸线长达18 000 km，随着我国综合国力的提高，海防、国防建设将进入高速发展时期，大量配置的舰船设备和海岸工程设备将可能遭受盐雾腐蚀。海军的大量武器装备储存和使用时暴露于恶劣的海洋大气环境中，饱受侵蚀，其中盐雾的破坏作用最大，会严重影响作战性能，将会给海军实战带来严重损失［1］。同时，盐雾对舰船及其设备的腐蚀直接影响了舰船的环境适应性、使用的可靠性和船体的寿命，影响了舰艇编队的战斗力和海上生存能力［5］。此外，重要的仪表也会因盐雾腐蚀而失效。上述情况一旦发生，轻者直接造成经济损失，重者使国家重要部门如军工国防系统运转失灵，将产生不可估量的严重后果。

2 氯离子盐雾的腐蚀机理

氯离子盐雾中含有大量NaCl，其化学性质较不活泼，但它是一种强电解质，极易吸潮。它对金属的腐蚀是以电化学方式进行的，其机理是基于原电池腐蚀。盐雾的电化学腐蚀过程大致如下［6］:阳极上，金属由于负电性强(标准电极电位低)容易失去电子而变为金属阳离子，并以水化离子的形式进入溶液，同时把当量的电子留在金属(Me代表金属)中。

上述反应的总反应式为:

阴极上，留在阴极金属中的剩余电子，被氧去极化，还原并吸收电子，成为氧氧根离子。

氧吸收电子成为氢氧根离子，使金属向Me→Me++的方向进行，即加速腐蚀。

在电解液中，氯化钠离解而生成钠离子(Na+)和氯离子(Cl-)，部分氯离子、金属离子和氧氧根离子反应成金属腐蚀物

氯离子盐雾对金属的腐蚀作用，除了盐雾作为一种电解质加速微电池腐蚀过程外，还因为盐雾溶液中主要腐蚀介质为氯离子;盐雾中的氯离子由于具有较小的离子半径(只有1.81×10-10m)，穿透性强，很容易穿透金属的保护膜;同时有着保护膜的阴极表面(保护膜中总是存在高电位的阴极部位)很容易吸附水合能不大的氯离子，结果使氯离子排挤并取代氧化物中的氧而在吸附点上形成可溶性的氯化物，导致保护膜的这些区域出现小孔，破坏了金属的钝化，加速了金属腐蚀［7］。

氯离子盐雾对于金属的腐蚀，还受盐雾液滴中的溶解氧影响。氯离子盐雾是一种极小的液滴(直径只有几个微米)，比起同体积的盐水，盐雾与空气的接触面积大得多，因此溶解氧也多得多。氧能引起金属表面阴极去极化的过程，从而阻碍由于腐蚀物的产生而使腐蚀速度下降的趋势，促进阳极腐蚀继续进行下去。因此，盐雾腐蚀与盐水浸渍腐蚀在机理上不同，腐蚀强度更高。

悬浮着的盐雾颗粒，实际上对金属并不发生作用，只有沉降在金属表面上，形成电解液膜时才对金属产生腐蚀。一般盐雾沉降率越大，则在金属表面形成的液膜越厚(在一定范围内)。由于溶液的流淌，能维持液膜不断更新，使液膜中的含氧量始终保持在接近于空气的饱和状态。因此，腐蚀作用能够不断地进行。当沉降率降低时，膜层较薄，氧透过水膜很快能够到达阴极表面;当膜层厚度达到一定程度后，则氧到达阴极表面较难，电化学反应速度则不会因离子增多而加快。所以，只有当沉降率增加到金属表面有中等厚度的盐液膜层以及氧达到具有适宜扩散到阴极表面的速度后，其腐蚀速度才会较缓慢地上升［8］。

3 氯离子盐雾去除的各种设备

由于氯离子盐雾的腐蚀破坏作用，很多学者对盐雾腐蚀破坏范围、程度、规律进行逐步深入广泛的调查研究，同时研究自然界中盐雾的形成原因、分布情况及腐蚀破坏机理，提出模拟大气中盐雾腐蚀的实验室盐雾试验方法。更进一步针对一些金属设备、电子产品、电线以及海上舰船设备等的防腐开展研究。关于除氯离子盐雾方面的报道较少，不过在化工生产中常用到的一些除雾设备，也常用来去除氯离子盐雾，其具体如下:

3.1 重力沉降器

重力沉降器是所有除雾器中最简单的一种，操作原理是通过降低气体流速，使其在沉降室内有足够的停留时间，靠重力作用将悬浮于气流中的液滴沉降下来。通常它仅用于分离直径大于250 μm的液滴。因为要用这种设备来分离小液滴，其尺寸将极其庞大［9］。

3.2 新型离心除雾机

新型离心除雾机通过含雾(包括尘)气流切向进入腔内，形成初步旋转。一些粗大的雾粒或尘粒在惯性、拖动旋转影响下到达边壁，从而实现分离。该除雾机具有分离效果好，适应分离负荷波动与流量波动范围大、体积小、负阻力的特点，曾在干法分离颗粒物时就取得大量分离1 μm以下颗粒的效果。一台处理量12 000～15 000 m3/h的除雾机，安装尺寸只有2.5 m高［10］。但该设备一般较适用于气—固机械分离技术领域［11］。

3.3 波纹板除雾器

波纹板除雾器也称为折板除雾器，其工作原理是带有液滴的气体进入除雾器通道后，由于流线偏折，在惯性的作用下，实现气液分离，部分液滴撞击在除雾器叶片上被捕集下来。该除雾器适合用于直径≥10 μm的盐雾的除去。樊水冲等［12］实验测得:依赖惯性作用工作的波纹板除雾器，液滴的去除效率受液滴尺寸和气流流速影响很大:对于d＞10 μm的液滴、在Vgas＞3 m/s时，可达到90%以上的去除效率;在不同流速下对液滴的去除效率研究发现:当Vgas＞6 m/s时，直径为10 μm的液滴去除效率达到了95%以上。该除雾器结构简单、处理量大，但其所能分离的液滴直径比较大，不适于一些要求较高的场合［13］。

3.4 旋流板除雾器

旋流板除雾器的主要构件是一块形状像风扇叶子片的旋流板，它的工作原理是气流通过旋流板时产生旋转，利用旋转气体的离心作用，将气流中夹带的雾沫甩向四壁聚集成液膜流下。从而达到除雾的目的［14］。旋流板除雾器是一种典型的基于离心分离原理的气液分离器，它是一种结构较简单而除雾效率较高的除雾装置［15］。对平均雾径30 μm的粒子，其除雾效率可达90% ～99%。具有除雾效率高、结构简单、压降低、操作弹性大等特点［16］。但其分离效果不稳定，分离负荷一旦增加，分离效率直线下降，体积比较大，而且对内件设计的要求较高［10］。

3.5 丝网除雾器

丝网除雾器是最广泛使用的一种除雾器，其工作原理是带液滴的气体经过丝网时，气体中的液滴与丝网撞击附着于其上，液滴沿着细丝向下流至两根丝的接触处，由于接触处隙缝的毛细作用和液体的表面张力的作用，液滴就不再往下流，直到聚集的液滴达到一定程度后，其重力超过表面张力和气体上升的联合作用力时，液滴下落而达到分离的目的［17］。丝网除雾器可分离直径大于3～5 μm的颗粒，且压降不大，通常低于245 Pa，能同时兼备这两项指标［18］;其具有表面积大、质量轻、自由体积大、使用方便等优点，其用以分离气体中夹带之雾在含有大于5 μm直径雾粒的气液分离效率可达98%以上［19］。

丝网除雾器分为金属丝网除雾器和非金属丝网除雾器。金属丝网除雾器对直径大于3 μm的雾粒具有压力较低、除雾效率高、经济合理等优点。而对于处理小于3 μm的雾粒的效率则不够理想［20］。采用这种设备时，首先应考虑雾粒径大小，其次应考虑雾粒对金属网的腐蚀等问题。而非金属丝网除雾器由于可以避免腐蚀问题，比金属丝网除雾器的优越性更好，应用范围更广。

丝网除雾器装置常被应用于船舶发动机及各舱室空调进气过滤系统中，它的作用主要是除去海洋大气中的盐份，以避免盐雾对发动机及电子设备的腐蚀，提高设备的使用寿命。

3.6 纤维除雾器

纤维除雾器是专门用来除去气流中各种雾粒的设备，该设备不仅可以除去气流中的大颗粒雾粒(直径＞3 μm)，而且对于除去亚微粒也非常有效。它对直径≥3μm的雾粒清除效率为100%，对亚微粒的清除效率也能达到99%。纤维除雾器的作用原理是根据含雾气体通过纤维床层时发生惯性碰撞、直接拦截和布朗扩散等作用，使雾粒捕集在纤维上，从而达到气雾分离、净化气体的目的。纤维除雾器优于其他除雾器，具有安装方便、维修费用低、除雾效率稳定、除雾粒径范围大、性能稳定等特点，尽管如此，它仍存在不少缺点，如容易堵塞、产生偏流现象等。

3.7 电除雾器

电除雾器主要由电晕电极(阴极)、阳极、上下气室和供电系统组成。电除雾器的工作原理是:利用直流高压电进行电晕放电使气体电离产生负电离子，分散在气体中的尘粒及酸雾与负电离子相遇而荷电，在电场力作用下移向沉淀极与气体分离，从而达到净化气体的目的。它具有除雾效率高，而且除雾效率几乎与粒径大小无关，性能稳定，压力降低等优点，但是，它也有不足之处，一般设备大而复杂，其设备和操作费用颇为可观，故最适合于分离直径小于1 μm的粒子［9］。电除雾器虽然对于不同粒径的雾粒都有很高的除雾效率，但由于投资成本、运行费用高，使其应用受到了限制。

4 结语

氯离子盐雾以其强烈的腐蚀破坏作用，阻碍了我国国防事业的发展，并给人们的生产、生活造成很大的影响。现有的除雾设备中，上述几者都无法满足有特殊环境要求对空气中去除盐雾的要求。因此，若要选择适用氯离子除雾技术时，需要在现有氯离子除雾技术的基础上综合比选，并与自己使用的工况相匹配，方能作为最佳的氯离子除雾技术。

［1］陆璋丽.防盐雾腐蚀在鱼雷研制生产中的重要性［J］.鱼类技术，2003，11(2):36-37.

［2］宋金明，李鹏程，詹滨秋.青岛雾水中的氯离子［J］.海洋环境科学，1992，11(4):14-21.

［3］巫铭礼.自然界中的盐雾［J］.环境技术，1993，(4):3-8.

［4］董言治，尉志苹，沈同圣.高盐雾条件下舰船设备的腐蚀防护研究进展［J］.现代涂料与涂装，2003，03:35-37.

［5］董言治，周晓东，沈同圣，等.舰船设备盐雾防护及实验技术研究进展［J］.防腐科学与防护技术，2004，16(1):29-32.

［6］梁成浩.金属腐蚀学导论［M］.北京:机械工业出社，1999，126.

［7］程丛高.关于盐雾、霉菌、湿度对设备腐蚀的解析［J］.环境技术，2001，(2):1-4.

［8］姚连芬.盐雾沉降率对产品腐蚀危害的研究［J］.环境科技，1994，03:8-12.

［9］董谊仁，孙凤珍.塔设备除雾技术(续二)［J］.化工生产与技术，2000，7(4):3-5.

［10］高根树.高效离心除雾技术的设计与实践［J］.石油和化工设备，2008，06:8-10.

［11］高根树.机械转子离心分离器［P］.CN:200520000972.7.2006-03-29.

［12］樊冲水，杨学忠，郭勇.波纹板除雾器流场与效率的数值计算［J］.炼油与化工，2006，17(2):5-9.