不同浓度氯离子、硫离子对挂片的动态试验研究

高 冰， 庞伟玲， 王 攀

(河南心连心化肥有限公司， 河南新乡 453731)

在尿素中加入添加剂时，因有的添加剂中含有一定量的氯、硫离子，会导致设备表面的钝化膜遭到破坏，进而腐蚀设备，影响设备的使用寿命,目前无相应标准规定氯、硫离子对设备的腐蚀速率，参考GB 50050—2007《工业循环冷却水处理设计规范》中循环冷却水对尿素设备的腐蚀速率，碳钢指标≤0.075 mm/a，不锈钢指标≤0.005 mm/a，通过调整氯离子、硫离子的浓度保证设备腐蚀在指标内[1-3]。

本文以304、316不锈钢为试样进行动态挂片试验，初步研究了在不同浓度溶液中的腐蚀情况，确定了氯离子、硫离子对设备腐蚀的可控浓度。

1 试验过程

1.1 标准水的制备

称取二水氯化钙14.7 g、七水硫酸镁9.86 g、氯化钠13.16 g、碳酸氢钠3.36 g，分别用少量水溶解完全后，混合于同一个容器中，用水稀释至20 L，混匀，每次试验配制60 L。

1.2 对比溶液的配制

分别称取一定量的氯化钾(KCl)和硫酸钾(K2SO4)溶于标准水中，配制成质量浓度为1、2、3、4、5、10、20 g/L的KCl溶液和10、15、20、25、30、35、40、50 g/L的K2SO4溶液。

1.3 挂片处理

试验选用材质为304、316的不锈钢试片，尺寸为50 mm×25 mm×2 mm，其表面积为28 cm2，将试片分别用在丙酮和无水乙醇中浸过的脱脂棉擦洗，擦洗后置于干净滤纸上，用滤纸吸干，放在干燥器中4 h以后称量(精确到0.000 2 g)。动态试验过程：每个烧杯中装有2 L溶液，每个烧杯中放置2～3个同种材质挂片，试验装置见图1。

图1 挂片试验装置图

2 数据处理

腐蚀速率的计算公式：

式中：X——试片的腐蚀速率，mm/a；

m——试片质量损失，g；

m0——试片酸洗空白试验的质量损失平均值，g；

s——挂片表面积，cm2；

ρ——钢密度，g/cm3(ρ304=7.93 g/cm3，ρ316=7.98 g/cm3)；

t——试验时间，h；

87 600——单位换算系数。

参考国家标准GB 50050—2007中循环冷却水对尿素设备的腐蚀速率，不锈钢的腐蚀速率≤0.005 mm/a，将试验数据进行处理，得出挂片在不同浓度溶液中的腐蚀速率，结果见表1、表2和图2、图3。

通过调整氯离子的质量浓度为5、10、20、30、40 g/L，硫离子的质量浓度为2、4、6、8、10 g/L保证设备腐蚀速率在指标之内。

另外，增加酸洗对照试验的同时，再增加空白对照试验，不做任何处理，尽量消除两次称量前后的误差。将试验数据进行整理，结果见表3和图4、图5。

表1 挂片在不同质量浓度K2SO4溶液中的动态试验数据

表2 挂片在不同质量浓度KCl溶液中的动态试验数据

图2 挂片在K2SO4溶液中的腐蚀速率

表3 挂片在不同浓度溶液中的动态试验数据

由图2～图5可知，无论是在KCl溶液中还是在K2SO4溶液中，整体上304的腐蚀速率大于316的、含硫溶液的腐蚀速率大于含氯溶液的。

结合以上试验数据，参照GB 50050—2007中循环冷却水对尿素设备的腐蚀速率，不锈钢腐蚀速率≤0.005 mm/a，得出氯离子、硫离子单独作用时保证设备腐蚀在指标小于0.005 mm/a内，见表4。

图4挂片在K2SO4溶液中的腐蚀速率

图5 挂片在KCl溶液中的腐蚀速率

材质项目K2SO4KCl304允许质量浓度/(g·L-1)≤6 ≤1 允许质量分数/%≤0.6≤0.1 316允许质量浓度/(g·L-1)≤15 ≤20 允许质量分数/%≤1.5 ≤2.0

3 试验结论

(1) 304材质在两种溶液中允许的质量分数相差较大，Cl-对304腐蚀较严重；316材质在两种溶液中，允许质量分数相差不大；两种材质在两种溶液中允许的质量分数相差较大，这与两种材质的成分有关。

(2) 无论是在KCl溶液中还是在K2SO4溶液中，整体上304的腐蚀速率大于316的、含硫溶液的腐蚀速率大于含氯溶液的。

(3) 随着氯、硫质量分数的增大，腐蚀速率呈增大趋势，个别出现偏差，可能与试验中存在的误差有关。

4 结 语

试验得到的允许质量分数与尿素生产厂家规定的质量分数可能会出现较大的差异，得出的质量分数仅作为参考。尿素生产工艺中涉及到高温、高压条件，还有尿液、氨等介质，这些也是影响氯离子、硫离子对设备腐蚀的因素。由于试验条件有限，试验仅在不同质量浓度的氯离子、硫离子中进行，并没有涉及到高温、高压等与实际生产相关的因素，还需要进一步完善。