氯碱生产中的腐蚀与防护技术分析

赵利军

关键词：氯碱生产;腐蚀;防护技术

1 氯碱工业的腐蚀特点

一般来说，氯碱工业中的氯、碱、氯系腐蚀介质、卤水、盐酸等腐蚀性很强，会对常规金属物质造成严重的腐蚀。但湿氯或氧化性氯碱材料会对设备产生强烈的氧化腐蚀。化工界的专家、学者和工作人员对上述问题进行了深入的分析和研究。在经济和科技发展的推动下，我国氯碱工业生产能力显著提高，高浓度烧碱等物质的使用量显著增加，氯碱腐蚀问题日益严重。氯碱工业设备的防腐问题已引起人们的高度重视。目前氯碱工业生产和电解系统的杂散电流对电化学腐蚀有很大的促进作用。对此，工作人员分析研究了改善电解系统绝缘以避免杂散电流腐蚀的问题，这已成为需要解决的重要问题之一。

2 氯碱工业的腐蚀及防护

2.1 盐水溶液的腐蚀

在离子膜技术方面，对盐水溶液的组成要求很高。一般情况下，溶液中钙离子和镁离子的含量应小于2×10-8，精制盐水过程中使用的盐酸必须保证其纯度非常高。因此，在盐水精制系统的设备和管道中，必须使用耐盐酸的材料，同时要彻底消除其中所含的钙离子、铁离子和镁离子的分裂。一般来说，金属在中性和碱性盐水溶液中都会受到腐蚀，这主要是电极对电池腐蚀反应的结果。当金属在饱和盐水中时，会产生一定量的可溶性化合物，进一步加速腐蚀。盐水溶液会对碳钢、铜等金属物质产生氧化反应，腐蚀速率受氧含量的影响。如果盐水溶液与金属物质接触后，各部分溶解氧含量不同，就会发生腐蚀。金属在盐溶液中的腐蚀主要是由阴极反应和极化反应引起的。如果是静态缺氧盐水溶液，阴极的极化反应相对显著，但腐蚀程度相对较轻。将金属材料置于盐水中，溶液含氧量高，腐蚀速率明显加快。另一方面，腐蚀速率随着盐水温度的升高而增大。当温度超过一定范围时，氧的溶解度降低，腐蚀速率降低。

不锈钢材料处于饱和盐水中，当温度不超过60℃时，腐蚀速度相对较慢。由于氯离子的作用，可能发生应力腐蚀、点蚀和晶间腐蚀。为了控制腐蚀，人们可以使用相对稳定的材料制造氯碱工业设备。钛具有较高的稳定性和耐腐蚀性，通常用作精制盐水的换热材料。钛金属在盐水中也能起到很好的抗腐蚀作用，但要注意的是，如果溶液的pH值小于8，温度大于130℃，就会发生缝隙腐蚀。

2.2 杂散电流腐蚀

电解槽和整流器之间会有一个电路，因此一部分电流会从电解槽泄漏到外部，电解系统外部也会产生相应的泄漏电路。杂散电流的出现会使电解系统外回路的金属部分被电流密度阳极极化，从而发生电化学腐蚀。杂散电流的方向可由漏电部分的接地电位确定。一般来说，泄漏最终会流入主电路和整流器。这种腐蚀对金属的腐蚀速率较快，损伤区域相对集中。

为有效避免预热器两端头部杂散电流腐蚀，可采用碳钢内衬胶防止杂散电流的引入，一般可持续3-5年。离子膜电解装置中的预热器一般采用钛板换热器，电解后用含热氢的高温水对精制盐水进行加热，再通过反向间接换热将盐水温度控制在60～65℃之间，它能转移先前集中的杂散电流腐蚀，从而对设备起到一定的防护程度。对于电罐区的盐水管道，可以采用外保温的方式进行防腐和排水，达到非常理想的效果。此时杂散电流的腐蚀转移到螺栓、管法兰等部位。同时，牺牲陽极的局部增加也需要相应的保护。

2.3 氯的腐蚀

氯的化学性质更活泼，质量更小。如果含水量超过标准值，就会形成湿氯，与铁金属发生反应，释放出一定量的氢气。不锈钢中氯离子含量超过标准值，会对金属造成腐蚀。主要原因是氯离子会直接破坏不锈钢表面的钝化膜，导致应力腐蚀开裂或点蚀。

在湿氯气的冷却和脱水过程中，钛可以得到充分利用，但不能用于氯气的干燥。由于钛与氯的反应非常强烈，不仅会引起腐蚀，还会引起火灾。因此，为了保证钛在氯气中的正常使用，必须将氯气中的含水量控制在1.5%左右，才能在其表面形成钝化膜。氯气会逐渐渗透，然后与高分子材料发生一系列反应。其表面有一定厚度的油浆，具有一定的耐腐蚀性。

2.4 次氯酸盐腐蚀

在氯碱系统中，次氯酸盐主要有次氯酸钙和次氯酸钠。处于中性或弱酸状态，不稳定，腐蚀性强。如果在高温环境中，其腐蚀性会增强。

当次氯酸钠溶液的pH值大于10时，其稳定性较好。中性最容易分解，pH值越小，越容易分解，温度越高，越容易分解。在紫外线照射下，次氯酸钠溶液可以逐渐分解。如果溶液中含有重金属离子，分解速度将进一步加快。

对于这种腐蚀，工作人员可以使用天然橡胶作为衬里来保护设备。如果在次氯酸钠溶液中，其表面会先被氧化和腐蚀，其厚度会逐渐减小，内衬层内外侧会形成氧浓度差，加速氧渗透反应，天然橡胶会膨胀起泡，因此，天然橡胶衬里设备的使用寿命不能超过两年，工作人员必须定期更换。氯化丁基橡胶板是目前橡胶衬里的主要材料之一，具有很强的耐腐蚀性和透氧性，在氯碱工业设备中得到了广泛的应用。

2.5 苛性钠腐蚀

在常温环境下，碳钢和铸铁在碱性环境下的稳定性相对较高，铁在30%以下的苛性钠中具有较强的耐腐蚀性。其主要原因是其表面会形成不溶性的致密腐蚀产物，能保护铁不受腐蚀。当碱的pH值大于14时，腐蚀程度逐渐增大，保护膜转变为铁酸钠。因此，当碱浓度超过30%时，保护膜会逐渐溶解。随着温度的升高，铁的腐蚀速率逐渐增大。

镍在烧碱中具有良好的耐腐蚀性能，在表面形成黑色保护膜，具有较高的抗应力腐蚀开裂性能。在含氯酸盐的碱性溶液中，由于氯酸盐在一定温度下分解，释放一次氧，镍在该环境中发生反应，镍的耐蚀性降低，氯酸盐含量增加，镍的耐蚀性逐渐降低。根据不同的情况，员工可以有效的应用，从而有效的保护设备。

2.6 烧碱腐蚀防护措施

烧碱腐蚀的主要防护措施是：根据碱溶液的浓度和温度选择合适的防腐材料，如奥氏体不锈钢中含有一定量的铬，这种铬可以在一百层薄的自钝化膜中形成，并能有效防止烧碱进一步腐蚀。结果表明，奥氏体不锈钢在40%NaOH溶液中100℃腐蚀速率低于0.05mm/a，NaOH浓度为30%～35%，温度为80～90℃，属于应力腐蚀环境，而SUS304、SUS316L等低碳不锈钢屈服强度较低，具有较强的压应力腐蚀能力。因此，超低碳奥氏体不锈钢可用于氯碱化工生产中的非标设备和输送管道。镍材料可用于电解槽附近的设备和管道。电解槽周围不仅要有耐高温、耐强腐蚀的性能，还要防止杂散电流的腐蚀。此外，为防止钢设备发生碱脆，在提高设备耐腐蚀性的基础上，采用合理的结构设计和制造工艺，提高制造质量和使用寿命。

3 结论

随着化工工艺技术的发展，氯碱工业对防腐材料的应用提出了越来越高的要求。相关专家学者对防腐材料的应用和升级进行了深入的分析和研究，使其环保性和经济性显著提高。由于氯碱工业设备腐蚀原因比较复杂，工作人员在采取防护措施时必须进行综合分析和考虑，以确保防腐措施和防腐结构设计具有高度的合理性。

参考文献：

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[2]赵涛，黄志亮，夏同成，张敏.耐腐蚀材料在氯碱行业中的应用[J].武汉轻工大学学报，2018，37（03）：98-100+105.