氯離子鹽霧及除霧設(shè)備綜述

何 雷

(山西潞安高純硅業(yè)科技有限公司，山西長治 046108)

氯離子鹽霧是懸浮在大氣中含有氯化物的一種液體微粒，它主要是由海浪相互撞擊和拍擊海岸產(chǎn)生的大量海水泡沫被氣流刮起，飄向空中造成的［1］。鹽霧是氣候環(huán)境因素中的主要因素之一，海洋占地球表面積的70%，海水的主要成份是鹽類，而氯離子在海水中占總陰離子的99%以上，此外，陸地、湖泊、河流等地方，也存在鹽類［2］。因此，氯離子鹽霧的分布相當(dāng)廣泛。

由于鹽霧里含有大量的氯離子，人們很早就發(fā)現(xiàn)氯離子鹽霧對工業(yè)產(chǎn)品有著強(qiáng)烈的腐蝕破壞作用，基于此，各國學(xué)者對鹽霧做了大量的研究。本文就氯離子鹽霧的危害性、腐蝕機(jī)理以及鹽霧的去除設(shè)備等方面做了簡述并進(jìn)行了前景展望。

1 氯離子鹽霧的危害性

鹽霧是一種球體微細(xì)液滴，其直徑大多數(shù)小于5 μm。測量表明，直徑1～5 μm的顆粒數(shù)占總數(shù)的90%以上，離海邊越近，大顆粒鹽霧含量越高。具體見表1［3］。

表1 鹽霧粒度與測試點(diǎn)距海邊距離的關(guān)系

氯離子鹽霧是一種腐蝕性很強(qiáng)的懸浮氣體，高鹽霧條件對設(shè)備主要造成三方面的影響:產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕、加速應(yīng)力腐蝕和鹽在水中電離后形成的酸/堿溶液的腐蝕影響;由于鹽沉積引起的電子裝備損壞、導(dǎo)電層產(chǎn)生等絕緣材料和金屬腐蝕的電氣影響;機(jī)械部件和組件的活動部分阻塞或黏結(jié)、由電解作用導(dǎo)致漆層起泡的影響［4］。

我國海域遼闊，海岸線長達(dá)18 000 km，隨著我國綜合國力的提高，海防、國防建設(shè)將進(jìn)入高速發(fā)展時期，大量配置的艦船設(shè)備和海岸工程設(shè)備將可能遭受鹽霧腐蝕。海軍的大量武器裝備儲存和使用時暴露于惡劣的海洋大氣環(huán)境中，飽受侵蝕，其中鹽霧的破壞作用最大，會嚴(yán)重影響作戰(zhàn)性能，將會給海軍實戰(zhàn)帶來嚴(yán)重?fù)p失［1］。同時，鹽霧對艦船及其設(shè)備的腐蝕直接影響了艦船的環(huán)境適應(yīng)性、使用的可靠性和船體的壽命，影響了艦艇編隊的戰(zhàn)斗力和海上生存能力［5］。此外，重要的儀表也會因鹽霧腐蝕而失效。上述情況一旦發(fā)生，輕者直接造成經(jīng)濟(jì)損失，重者使國家重要部門如軍工國防系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)失靈，將產(chǎn)生不可估量的嚴(yán)重后果。

2 氯離子鹽霧的腐蝕機(jī)理

氯離子鹽霧中含有大量NaCl，其化學(xué)性質(zhì)較不活潑，但它是一種強(qiáng)電解質(zhì)，極易吸潮。它對金屬的腐蝕是以電化學(xué)方式進(jìn)行的，其機(jī)理是基于原電池腐蝕。鹽霧的電化學(xué)腐蝕過程大致如下［6］:陽極上，金屬由于負(fù)電性強(qiáng)(標(biāo)準(zhǔn)電極電位低)容易失去電子而變?yōu)榻饘訇栯x子，并以水化離子的形式進(jìn)入溶液，同時把當(dāng)量的電子留在金屬(Me代表金屬)中。

上述反應(yīng)的總反應(yīng)式為:

陰極上，留在陰極金屬中的剩余電子，被氧去極化，還原并吸收電子，成為氧氧根離子。

氧吸收電子成為氫氧根離子，使金屬向Me→Me++的方向進(jìn)行，即加速腐蝕。

在電解液中，氯化鈉離解而生成鈉離子(Na+)和氯離子(Cl-)，部分氯離子、金屬離子和氧氧根離子反應(yīng)成金屬腐蝕物

氯離子鹽霧對金屬的腐蝕作用，除了鹽霧作為一種電解質(zhì)加速微電池腐蝕過程外，還因為鹽霧溶液中主要腐蝕介質(zhì)為氯離子;鹽霧中的氯離子由于具有較小的離子半徑(只有1.81×10-10m)，穿透性強(qiáng)，很容易穿透金屬的保護(hù)膜;同時有著保護(hù)膜的陰極表面(保護(hù)膜中總是存在高電位的陰極部位)很容易吸附水合能不大的氯離子，結(jié)果使氯離子排擠并取代氧化物中的氧而在吸附點(diǎn)上形成可溶性的氯化物，導(dǎo)致保護(hù)膜的這些區(qū)域出現(xiàn)小孔，破壞了金屬的鈍化，加速了金屬腐蝕［7］。

氯離子鹽霧對于金屬的腐蝕，還受鹽霧液滴中的溶解氧影響。氯離子鹽霧是一種極小的液滴(直徑只有幾個微米)，比起同體積的鹽水，鹽霧與空氣的接觸面積大得多，因此溶解氧也多得多。氧能引起金屬表面陰極去極化的過程，從而阻礙由于腐蝕物的產(chǎn)生而使腐蝕速度下降的趨勢，促進(jìn)陽極腐蝕繼續(xù)進(jìn)行下去。因此，鹽霧腐蝕與鹽水浸漬腐蝕在機(jī)理上不同，腐蝕強(qiáng)度更高。

懸浮著的鹽霧顆粒，實際上對金屬并不發(fā)生作用，只有沉降在金屬表面上，形成電解液膜時才對金屬產(chǎn)生腐蝕。一般鹽霧沉降率越大，則在金屬表面形成的液膜越厚(在一定范圍內(nèi))。由于溶液的流淌，能維持液膜不斷更新，使液膜中的含氧量始終保持在接近于空氣的飽和狀態(tài)。因此，腐蝕作用能夠不斷地進(jìn)行。當(dāng)沉降率降低時，膜層較薄，氧透過水膜很快能夠到達(dá)陰極表面;當(dāng)膜層厚度達(dá)到一定程度后，則氧到達(dá)陰極表面較難，電化學(xué)反應(yīng)速度則不會因離子增多而加快。所以，只有當(dāng)沉降率增加到金屬表面有中等厚度的鹽液膜層以及氧達(dá)到具有適宜擴(kuò)散到陰極表面的速度后，其腐蝕速度才會較緩慢地上升［8］。

3 氯離子鹽霧去除的各種設(shè)備

由于氯離子鹽霧的腐蝕破壞作用，很多學(xué)者對鹽霧腐蝕破壞范圍、程度、規(guī)律進(jìn)行逐步深入廣泛的調(diào)查研究，同時研究自然界中鹽霧的形成原因、分布情況及腐蝕破壞機(jī)理，提出模擬大氣中鹽霧腐蝕的實驗室鹽霧試驗方法。更進(jìn)一步針對一些金屬設(shè)備、電子產(chǎn)品、電線以及海上艦船設(shè)備等的防腐開展研究。關(guān)于除氯離子鹽霧方面的報道較少，不過在化工生產(chǎn)中常用到的一些除霧設(shè)備，也常用來去除氯離子鹽霧，其具體如下:

3.1 重力沉降器

重力沉降器是所有除霧器中最簡單的一種，操作原理是通過降低氣體流速，使其在沉降室內(nèi)有足夠的停留時間，靠重力作用將懸浮于氣流中的液滴沉降下來。通常它僅用于分離直徑大于250 μm的液滴。因為要用這種設(shè)備來分離小液滴，其尺寸將極其龐大［9］。

3.2 新型離心除霧機(jī)

新型離心除霧機(jī)通過含霧(包括塵)氣流切向進(jìn)入腔內(nèi)，形成初步旋轉(zhuǎn)。一些粗大的霧?；驂m粒在慣性、拖動旋轉(zhuǎn)影響下到達(dá)邊壁，從而實現(xiàn)分離。該除霧機(jī)具有分離效果好，適應(yīng)分離負(fù)荷波動與流量波動范圍大、體積小、負(fù)阻力的特點(diǎn)，曾在干法分離顆粒物時就取得大量分離1 μm以下顆粒的效果。一臺處理量12 000～15 000 m3/h的除霧機(jī)，安裝尺寸只有2.5 m高［10］。但該設(shè)備一般較適用于氣—固機(jī)械分離技術(shù)領(lǐng)域［11］。

3.3 波紋板除霧器

波紋板除霧器也稱為折板除霧器，其工作原理是帶有液滴的氣體進(jìn)入除霧器通道后，由于流線偏折，在慣性的作用下，實現(xiàn)氣液分離，部分液滴撞擊在除霧器葉片上被捕集下來。該除霧器適合用于直徑≥10 μm的鹽霧的除去。樊水沖等［12］實驗測得:依賴慣性作用工作的波紋板除霧器，液滴的去除效率受液滴尺寸和氣流流速影響很大:對于d＞10 μm的液滴、在Vgas＞3 m/s時，可達(dá)到90%以上的去除效率;在不同流速下對液滴的去除效率研究發(fā)現(xiàn):當(dāng)Vgas＞6 m/s時，直徑為10 μm的液滴去除效率達(dá)到了95%以上。該除霧器結(jié)構(gòu)簡單、處理量大，但其所能分離的液滴直徑比較大，不適于一些要求較高的場合［13］。

3.4 旋流板除霧器

旋流板除霧器的主要構(gòu)件是一塊形狀像風(fēng)扇葉子片的旋流板，它的工作原理是氣流通過旋流板時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，利用旋轉(zhuǎn)氣體的離心作用，將氣流中夾帶的霧沫甩向四壁聚集成液膜流下。從而達(dá)到除霧的目的［14］。旋流板除霧器是一種典型的基于離心分離原理的氣液分離器，它是一種結(jié)構(gòu)較簡單而除霧效率較高的除霧裝置［15］。對平均霧徑30 μm的粒子，其除霧效率可達(dá)90% ～99%。具有除霧效率高、結(jié)構(gòu)簡單、壓降低、操作彈性大等特點(diǎn)［16］。但其分離效果不穩(wěn)定，分離負(fù)荷一旦增加，分離效率直線下降，體積比較大，而且對內(nèi)件設(shè)計的要求較高［10］。

3.5 絲網(wǎng)除霧器

絲網(wǎng)除霧器是最廣泛使用的一種除霧器，其工作原理是帶液滴的氣體經(jīng)過絲網(wǎng)時，氣體中的液滴與絲網(wǎng)撞擊附著于其上，液滴沿著細(xì)絲向下流至兩根絲的接觸處，由于接觸處隙縫的毛細(xì)作用和液體的表面張力的作用，液滴就不再往下流，直到聚集的液滴達(dá)到一定程度后，其重力超過表面張力和氣體上升的聯(lián)合作用力時，液滴下落而達(dá)到分離的目的［17］。絲網(wǎng)除霧器可分離直徑大于3～5 μm的顆粒，且壓降不大，通常低于245 Pa，能同時兼?zhèn)溥@兩項指標(biāo)［18］;其具有表面積大、質(zhì)量輕、自由體積大、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，其用以分離氣體中夾帶之霧在含有大于5 μm直徑霧粒的氣液分離效率可達(dá)98%以上［19］。

絲網(wǎng)除霧器分為金屬絲網(wǎng)除霧器和非金屬絲網(wǎng)除霧器。金屬絲網(wǎng)除霧器對直徑大于3 μm的霧粒具有壓力較低、除霧效率高、經(jīng)濟(jì)合理等優(yōu)點(diǎn)。而對于處理小于3 μm的霧粒的效率則不夠理想［20］。采用這種設(shè)備時，首先應(yīng)考慮霧粒徑大小，其次應(yīng)考慮霧粒對金屬網(wǎng)的腐蝕等問題。而非金屬絲網(wǎng)除霧器由于可以避免腐蝕問題，比金屬絲網(wǎng)除霧器的優(yōu)越性更好，應(yīng)用范圍更廣。

絲網(wǎng)除霧器裝置常被應(yīng)用于船舶發(fā)動機(jī)及各艙室空調(diào)進(jìn)氣過濾系統(tǒng)中，它的作用主要是除去海洋大氣中的鹽份，以避免鹽霧對發(fā)動機(jī)及電子設(shè)備的腐蝕，提高設(shè)備的使用壽命。

3.6 纖維除霧器

纖維除霧器是專門用來除去氣流中各種霧粒的設(shè)備，該設(shè)備不僅可以除去氣流中的大顆粒霧粒(直徑＞3 μm)，而且對于除去亞微粒也非常有效。它對直徑≥3μm的霧粒清除效率為100%，對亞微粒的清除效率也能達(dá)到99%。纖維除霧器的作用原理是根據(jù)含霧氣體通過纖維床層時發(fā)生慣性碰撞、直接攔截和布朗擴(kuò)散等作用，使霧粒捕集在纖維上，從而達(dá)到氣霧分離、凈化氣體的目的。纖維除霧器優(yōu)于其他除霧器，具有安裝方便、維修費(fèi)用低、除霧效率穩(wěn)定、除霧粒徑范圍大、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，盡管如此，它仍存在不少缺點(diǎn)，如容易堵塞、產(chǎn)生偏流現(xiàn)象等。

3.7 電除霧器

電除霧器主要由電暈電極(陰極)、陽極、上下氣室和供電系統(tǒng)組成。電除霧器的工作原理是:利用直流高壓電進(jìn)行電暈放電使氣體電離產(chǎn)生負(fù)電離子，分散在氣體中的塵粒及酸霧與負(fù)電離子相遇而荷電，在電場力作用下移向沉淀極與氣體分離，從而達(dá)到凈化氣體的目的。它具有除霧效率高，而且除霧效率幾乎與粒徑大小無關(guān)，性能穩(wěn)定，壓力降低等優(yōu)點(diǎn)，但是，它也有不足之處，一般設(shè)備大而復(fù)雜，其設(shè)備和操作費(fèi)用頗為可觀，故最適合于分離直徑小于1 μm的粒子［9］。電除霧器雖然對于不同粒徑的霧粒都有很高的除霧效率，但由于投資成本、運(yùn)行費(fèi)用高，使其應(yīng)用受到了限制。

4 結(jié)語

氯離子鹽霧以其強(qiáng)烈的腐蝕破壞作用，阻礙了我國國防事業(yè)的發(fā)展，并給人們的生產(chǎn)、生活造成很大的影響?，F(xiàn)有的除霧設(shè)備中，上述幾者都無法滿足有特殊環(huán)境要求對空氣中去除鹽霧的要求。因此，若要選擇適用氯離子除霧技術(shù)時，需要在現(xiàn)有氯離子除霧技術(shù)的基礎(chǔ)上綜合比選，并與自己使用的工況相匹配，方能作為最佳的氯離子除霧技術(shù)。

［1］陸璋麗.防鹽霧腐蝕在魚雷研制生產(chǎn)中的重要性［J］.魚類技術(shù)，2003，11(2):36-37.

［2］宋金明，李鵬程，詹濱秋.青島霧水中的氯離子［J］.海洋環(huán)境科學(xué)，1992，11(4):14-21.

［3］巫銘禮.自然界中的鹽霧［J］.環(huán)境技術(shù)，1993，(4):3-8.

［4］董言治，尉志蘋，沈同圣.高鹽霧條件下艦船設(shè)備的腐蝕防護(hù)研究進(jìn)展［J］.現(xiàn)代涂料與涂裝，2003，03:35-37.

［5］董言治，周曉東，沈同圣，等.艦船設(shè)備鹽霧防護(hù)及實驗技術(shù)研究進(jìn)展［J］.防腐科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2004，16(1):29-32.

［6］梁成浩.金屬腐蝕學(xué)導(dǎo)論［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出社，1999，126.

［7］程叢高.關(guān)于鹽霧、霉菌、濕度對設(shè)備腐蝕的解析［J］.環(huán)境技術(shù)，2001，(2):1-4.

［8］姚連芬.鹽霧沉降率對產(chǎn)品腐蝕危害的研究［J］.環(huán)境科技，1994，03:8-12.

［9］董誼仁，孫鳳珍.塔設(shè)備除霧技術(shù)(續(xù)二)［J］.化工生產(chǎn)與技術(shù)，2000，7(4):3-5.

［10］高根樹.高效離心除霧技術(shù)的設(shè)計與實踐［J］.石油和化工設(shè)備，2008，06:8-10.

［11］高根樹.機(jī)械轉(zhuǎn)子離心分離器［P］.CN:200520000972.7.2006-03-29.

［12］樊沖水，楊學(xué)忠，郭勇.波紋板除霧器流場與效率的數(shù)值計算［J］.煉油與化工，2006，17(2):5-9.

［13］姚 凱，李 良，侯鐘明.常用除霧技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2008，21(3):34-38.

［14］張保存，趙景利.垂直柵板型除沫器性能的實驗研究［J］.化工裝備技術(shù)，2006，27(4):9-11.

［15］劉應(yīng)杰.甘油蒸餾釜中旋流板除霧器的改進(jìn)［J］.中國油脂，2004，29(7):60.

［16］郝兆炎.旋流板除霧器在酒精蒸餾中的應(yīng)用［J］.釀酒科技，1985，(1):10-12.

［17］梁 立.高效低阻的除霧裝置——旋流板簡介［J］.廣東化工，1981，(4):59-60.

［18］朱文浩.一種高效的氣液分離裝置——絲網(wǎng)除霧器［J］.武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報，1982，01，39-42.

［19］董誼仁，孫鳳珍.塔設(shè)備除霧技術(shù)(續(xù)一)［J］.化工生產(chǎn)與技術(shù)，2000，7(3):3-6.

［20］董德昌.絲網(wǎng)除霧技術(shù)原理［J］.化學(xué)工程，1983，(2):51-56.