氯堿生產(chǎn)中燒堿的腐蝕與防護(hù)

賀桃香

（凱天環(huán)?？萍加邢薰荆?株洲 412004）

氯堿生產(chǎn)中燒堿的腐蝕與防護(hù)

賀桃香

（凱天環(huán)?？萍加邢薰?，湖南 株洲 412004）

介紹了氯堿生產(chǎn)中燒堿的腐蝕情況，燒堿生產(chǎn)中主要使用的材料及防護(hù)措施。

燒堿；腐蝕；堿脆；碳鋼；不銹鋼

燒堿（氫氧化鈉）在高溫和有應(yīng)力存在下對(duì)許多金屬產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。而所有金屬材料中，銀對(duì)氫氧化鈉的耐蝕性最好，其次是鎳，銀和鎳能耐所有濃度和溫度的氫氧化鈉，甚至是熔融狀態(tài)（480℃）的燒堿。各種不銹鋼對(duì)40%~50%以下的燒堿可耐80℃左右，但不耐高濃度高溫堿液。碳鋼在濃度較低及低溫的氫氧化鈉溶液中比較穩(wěn)定。

在氯堿生產(chǎn)中，輸送和貯存燒堿的各種設(shè)備和管道的主要材質(zhì)是碳鋼、不銹鋼和鎳。

1 碳鋼在燒堿生產(chǎn)中的腐蝕與防護(hù)

碳鋼在濃度較低、溫度較低的氫氧化鈉溶液中，可以在表面形成堅(jiān)實(shí)的氧化保護(hù)膜，腐蝕較輕，因此，碳鋼在工業(yè)生產(chǎn)和貯運(yùn)低濃度、常溫氫氧化鈉溶液或固體時(shí)，用途很廣泛,如中鹽株化燒堿廠的電解液貯罐和30%的成品堿罐 （用戶對(duì)色度沒有要求時(shí)）的材質(zhì)就是碳鋼的。但碳鋼設(shè)備和管道在焊縫區(qū)往往容易出現(xiàn)“堿脆”現(xiàn)象而產(chǎn)生裂紋。“堿脆”是碳鋼等材料在堿溶液中由拉伸應(yīng)力和腐蝕的聯(lián)合作用而產(chǎn)生的破壞過程。

1.1 “堿脆”產(chǎn)生的原因

焊縫的“堿脆”是焊縫區(qū)在堿液中的應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象。設(shè)備施焊后，其焊縫會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，該應(yīng)力的大小與施焊時(shí)的焊接方法以及焊縫所處的約束狀態(tài)有關(guān)，其中最關(guān)鍵的是焊接線能量，線能量越大，焊縫區(qū)的溫升就越高，其殘余應(yīng)力也越大。在堿的濃度與溫度相同情況下，殘余應(yīng)力越大，該區(qū)域的應(yīng)力腐蝕就越嚴(yán)重，這是因?yàn)樵跉堄鄳?yīng)力的作用下，焊縫區(qū)材料的晶格結(jié)構(gòu)被扭歪，產(chǎn)生變形而降低了該部位電位，當(dāng)它們與堿液接觸時(shí)便構(gòu)成腐蝕電池而加速腐蝕。應(yīng)力愈大，所形成腐蝕電池的電位差就愈大，腐蝕也愈厲害。在電化腐蝕中，當(dāng)燒堿中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于30%時(shí)，陽(yáng)極區(qū)的Fe和NaOH發(fā)生下列溶解反應(yīng)：

生成物中的Na2FeO2為可溶性鐵酸鹽，不會(huì)在焊縫區(qū)表面形成保護(hù)膜，故該反應(yīng)會(huì)不斷地進(jìn)行，在殘余應(yīng)力的作用下，焊縫區(qū)最終會(huì)產(chǎn)生裂紋。

1.2 焊縫應(yīng)力腐蝕開裂傾向最大的區(qū)域

殘余塑性變形最大的熱影響區(qū)的金屬，即焊接過程中被加熱到500~850℃的那部分金屬，其應(yīng)力腐蝕開裂的傾向性最大。在堿液生產(chǎn)和貯運(yùn)設(shè)備檢修中發(fā)現(xiàn)，在焊接過程中加熱溫度超過550℃和略低于再結(jié)晶區(qū)的金屬，在堿性溶液中具有最大的開裂傾向。

1.3 防止焊縫區(qū)“堿脆”的措施

（1）進(jìn)行合理的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采取合理的裝配工藝和焊接工藝措施；合理安排焊縫位置和選擇焊縫尺寸和形狀，盡可能減少焊縫數(shù)量，縮短焊縫長(zhǎng)度；合理選擇裝配程序，采用預(yù)留收縮余量法、反變形法、剛性固定法等預(yù)防焊接變形。焊接工藝措施包括焊接方法、焊接規(guī)范、焊接順序和方向及進(jìn)行層間錘擊等，如堿液貯槽底板焊接就應(yīng)先焊短焊縫，再焊長(zhǎng)焊縫。在成品堿罐等大型堿設(shè)備制作時(shí)采用這種方法，效果顯著。

（2）施焊前進(jìn)行預(yù)熱。施焊前，采用≥50℃的溫度進(jìn)行預(yù)熱，施焊時(shí)，則采用較小的線能量進(jìn)行施焊，從而降低焊縫區(qū)的殘余應(yīng)力。

（3）整體高溫回火。這種方法消除焊接殘余應(yīng)力的效果最好，一般可消除80%~90%的殘余應(yīng)力。其基本原理是由于焊件殘余應(yīng)力的最大值（高峰應(yīng)力）通常可達(dá)到該種材料的屈服強(qiáng)度，而金屬在高溫下的屈服強(qiáng)度將降低，焊件的溫度若升高到某一定數(shù)值時(shí)，高峰應(yīng)力也應(yīng)該減少到該溫度下的屈服強(qiáng)度數(shù)值。如果要完全消除結(jié)構(gòu)中的殘余應(yīng)力，必須將焊件加熱到其屈服強(qiáng)度等于零的溫度，所以，一般所取的回火溫度為600~650℃。但此方法只適用于小型設(shè)備，對(duì)大型設(shè)備則不適用。

（4）局部高溫回火。對(duì)于大型設(shè)備，可采用局部高溫回火來消除其殘余應(yīng)力，這種方法只對(duì)焊縫及其附近的局部區(qū)域進(jìn)行加熱，消除應(yīng)力的效果不如整體回火，僅可降低殘余應(yīng)力的峰值，使應(yīng)力分布比較平緩，但它不需要大型的熱處理設(shè)備，對(duì)長(zhǎng)筒形容器、管道接頭等不能整體進(jìn)行回火的設(shè)備比較適合。

2 不銹鋼在燒堿生產(chǎn)設(shè)備中的應(yīng)用

不銹鋼在燒堿介質(zhì)中的耐腐蝕性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于碳鋼，在NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于50%，溫度低于80℃的燒堿溶液中，具有優(yōu)良的耐腐蝕性，在40%~50%燒堿生產(chǎn)中或用戶對(duì)產(chǎn)品有色度要求時(shí)，應(yīng)用廣泛。如離子膜堿生產(chǎn)中的堿貯罐、堿高位槽、燒堿熱交換器和成品堿冷卻器等均采用不銹鋼材質(zhì)。

燒堿生產(chǎn)中使用的是奧氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼具有18Cr-8Ni結(jié)構(gòu)，耐腐蝕性較好，當(dāng)鋼中鉻含量為12%左右時(shí)，鉻與腐蝕介質(zhì)中的氧作用，在鋼表面形成一層很薄的氧化膜（自鈍化膜），可阻止鋼的基體進(jìn)一步腐蝕。這種氧化層雖薄，但即使損壞了表層保護(hù)膜，所暴露的鋼表面仍能自我修復(fù)，可重新形成自鈍化膜，繼續(xù)起保護(hù)作用。一般選用超低碳奧氏體不銹鋼作為輸送堿液的管道。雖然不銹鋼對(duì)應(yīng)力腐蝕也很敏感，但由于其含碳量低于碳在奧氏體中的溶解度，不會(huì)有鉻的碳化物（Cr23C6）在晶間析出。一旦發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂，裂紋擴(kuò)展速度不會(huì)受碳化物的影響而加快。另一方面，從斷裂力學(xué)觀點(diǎn)來看，提高材料的韌性，會(huì)增加在應(yīng)力腐蝕環(huán)境的斷裂韌性。0Cr18Ni9、00Cr17Ni14Mo2等低碳不銹鋼的屈服強(qiáng)度較低，因此韌性好，抗應(yīng)力腐蝕破裂的能力強(qiáng)。目前，在燒堿生產(chǎn)系統(tǒng)中，國(guó)內(nèi)外多選用00Cr17Ni14Mo2型超低碳不銹鋼。在電解槽堿出口附近的設(shè)備、管道不采用不銹鋼，主要是由于在電解槽周圍不僅要耐高溫的強(qiáng)腐蝕，還要防止雜散電流的腐蝕。

3 鎳在燒堿生產(chǎn)中的應(yīng)用

鎳有優(yōu)良的的機(jī)械加工性能和良好的耐腐蝕性能，鎳幾乎能耐所有濃度和溫度的燒堿腐蝕，但鎳的價(jià)格昂貴，所以主要用在離子膜電解槽出口附近的設(shè)備、管道和堿濃縮設(shè)備中。堿循環(huán)罐、離子膜電解槽堿液出口管、堿濃縮一效蒸發(fā)器和一效分離器、產(chǎn)品預(yù)熱器等的主材都是用鎳制造的。由于隔膜堿液中含有0.3~0.6 g/L的氯酸鹽，而鎳在燒堿溶液中的腐蝕主要是氯酸鹽的作用，在隔膜堿生產(chǎn)中應(yīng)用較少。

雖然鎳在燒堿溶液中耐蝕性好，但在高溫高濃度的堿液中，在拉應(yīng)力的作用下，鎳設(shè)備同樣會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕而開裂，所以，鎳設(shè)備和管道在焊后應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力處理，并盡可能保持鎳在軟態(tài)下使用，以提高斷裂韌性。

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