氯碱生产的腐蚀与防护

2015-01-28睢国慧陈文杰

中国氯碱 2015年8期

睢国慧，陈文杰

（河南神马氯碱发展有限责任公司，河南平顶山467000）

氯碱生产中湿热的烧碱、高温的氯气、合成的盐酸及电解中副反应产生的次氯酸盐等都会对管道、储罐、阀门、自控仪表产生不同程度的腐蚀。材料选择不当，生产中就会出现跑、冒、滴、漏等安全隐患，造成维修和设备保养周期变短，不利于生产的安全稳定持续运行。因此，需要针对不同的腐蚀物质选择可靠的防腐蚀材料。

1 氯碱生产中常见的腐蚀源

1.1 盐水

无论是化盐产生的盐水还是经过管道输送的卤水都会对管道等产生腐蚀，其腐蚀实质是氧去极化腐蚀，也就是盐水中的溶解氧不断地与碳钢发生反应而使碳钢不断溶解而腐蚀，而生产中用的盐水温度较高，流动及搅拌过程中使氧容易补给，所以腐蚀速度会加快。而盐水对不锈钢和钛腐蚀较小，但是会产生孔蚀、应力腐蚀和间隙腐蚀[1]。

1.2 氯气

氯气是一种化学性质非常活泼的气体，既是电解的产物，又是氯氢合成工序的原料。电解产生的湿热的氯气对材料的腐蚀比较明显。所以，在进行合成氯化氢之前，对氯气除水干燥是必须要做的。这是由于湿氯气中的氯与水发生反应生成盐酸和次氯酸钠，盐酸是强腐蚀性物质，次氯酸钠则有强氧化性，二者均在不同程度会腐蚀如不锈钢、铝、镍、铜等。

1.3 盐酸

合成的氯化氢溶解制成盐酸后，由于制得的盐酸的浓度较高，其腐蚀性也较强。能够与多种金属发生氧化还原反应，对生产设备及管道都会产生腐蚀破坏，所以无论是合成炉、换热器还是盐酸贮槽，都要选择耐盐酸腐蚀的材料。

1.4 烧碱

烧碱既是电解法制取氢氧化钠的主要产物，也是电解过程中阴极液的原料。而烧碱与盐酸类似，都有较强的腐蚀性，在高温和有应力存在下对许多金属产生严重的腐蚀[2]，使设备和焊缝产生应力性腐蚀开裂，而高温浓缩的烧碱也会腐蚀相关的设备[3]。

1.5 杂散电流

在氯碱生产过程中，杂散电流的存在会使盐水管道、电解槽等装置发生腐蚀。也就是由于泄漏电流而使金属发生电化学反应导致金属溶解而形成的腐蚀现象，其破坏相对集中，速度也较快。

1.6 尾气

在氯碱工业中主要的尾气是氯气、氯化氢气体、硫酸气体及碱雾。这些气体与空气中的水或其本身因含有水而形成强酸、强碱、强氧化性物质等，从而具有不同程度的腐蚀性，会对设备、厂房、管道等产生腐蚀。

2 设备的选材与防腐

2.1 盐水系统的防腐选材

由于溶解氧与金属反应易产生腐蚀，所以在选择材料时，选择在材料内部进行衬里。现在大多数企业选择钢衬硬橡胶，价格相对较低，通常大修为1 年1 次，衬里质量的优劣表现在磨耗、溶胀剥离等。除此之外，可在盐水系统的容器罐中采用内部的涂刷技术，涂刷氯化橡胶、氟橡胶及玻璃鳞片等[4]，例如某化工集团选用热固性耐蚀树脂作为主要成膜树脂，以鳞片状的玻璃为骨料，采用刷涂的方法，涂到化盐桶中，其抗渗透性和耐磨性良好[1]。工艺管路的配管，饱和槽到反应槽之间的管路以硬橡胶为主，铁为基材的管材占三分之一左右，其余为树脂系的管材。塑料管50%左右选择FRP 与PVC 的复合材料，使用寿命较长，大多数塑料管的使用寿命在10 年以上。对于仪表的选择，由于盐水系统的仪表外部腐蚀较严重，所以仪表的外壳要做树脂处理，例如物位仪表，盐的结晶是主要问题，选择带冲水的法兰液位计或者使用非接触的微波仪表。温度仪表一般选择衬聚四氟乙烯套管，流量仪表则选择电磁流量计内衬聚四氟乙烯[5]。

2.2 电解系统的防腐选材

随着技术的不断提高，离子膜电解工艺是现行的主流工艺。尽管开发厂家不同而对工艺流程及工艺操作要求不同，但是就其腐蚀原理来说基本相同。阳极液系统中设备因与饱和氯的酸性淡盐水或者湿氯气相接触，如气液分离器、阳极液循环槽等，被腐蚀的速度较快，所以要选择抗腐蚀性特别强的材料，选择钛材或者钛-钢复合材料。相应地，该系统的泵和管道的选材也应选择钛泵，并且由于受电解槽漏电的影响，会产生缝隙腐蚀，所以，对泵及管道的过流部件的密封面和缝隙处要做缝隙腐蚀处理和涂覆烧结处理，将钌或者钯烧结在密封面上，或者选用抗缝隙腐蚀的材料如Ti-0.15Pd 合金。而阀门的选择可以选择钛材，但由于价格昂贵，相比之下PVDF 阀门使用寿命也较长，且价格相对比较低，多数厂家选择PVDF 材质的阀门。阴极液系统中，其腐蚀的主要来源是氢氧化钠，温度较高，属于应力腐蚀的环境，且又要考虑到杂散电流的影响，设备、管道、阀门可选择超低碳的奥氏体不锈钢如SUS310S。针对电解槽在工艺操作上要在电解槽断电时及时处理抵消反向电流形成的原电池对涂层的破坏，投入极化电流并保证盐水的循环，直至游离氯为零；控制阳极液的pH 值，也能减少对阳极涂层的腐蚀；保持单元槽框工作位置的相对稳定[4]。对电解槽的的槽框的密封面也应做缝隙腐蚀的处理。还要针对电解槽泄漏电流的腐蚀采取相应的措施，如旭硝子公司的AZEC 系列在碱液出口管上设有断电器来减少漏电。电解系统仪表中温度仪表一般可选择钛套管四氟法兰接线盒铠装电阻体衬四氟，流量仪表选择电磁流量计内衬聚四氟乙烯抗强电磁干扰，调节阀选择衬聚四氟乙烯蝶阀或隔膜阀[5]。

2.3 氯气处理工序的防腐选材

氯气处理工序的腐蚀主要是高温湿氯气、干氯气、99%硫酸、次氯酸、浓盐酸等的腐蚀。针对腐蚀源不同在不同设备上选择不同的材质。脱氯塔、一段二段冷却器、氯气热交换器可使用钛材，因为钛在反应中会生成保护性强的氧化膜，具有很强的耐腐蚀性能，能够耐次氯酸盐、湿氯气等的腐蚀。但是由于钛不耐还原性酸如硫酸、盐酸和干氯气的腐蚀，干燥后的设备不适用钛材。在氯气干燥的填料塔、泡罩塔、气液分离器因接触的是湿氯气和浓硫酸，易选用耐腐蚀玻璃钢[6]、耐酸陶瓷、硬PVC 等。合成盐酸装置中，合成炉、换热器、吸收器选择石墨材质，盐酸贮槽则可选用玻璃钢[7]。配管方面电解槽与热交换器之间使用FRP 或者PVC 系列材质，热交换器与水洗塔之间，因氯气温度下降，可采用PVC 材质。合成盐酸的管道多数选择PVC 材质，但因不耐高温，易变形，可选用钢衬的聚丙烯管。仪表方面物位仪表选择法兰液位计，温度、流量、压力仪表选择SUS316L，调节阀的选择是在湿氯气系统选择钛材而干氯气系统不能含有钛，防止着火，干氯气系统选择SUS316L或者碳钢。