氯離子在水溶液中對金屬設備的腐蝕

賀娟 馬鋒(陜西煤業(yè)化工集團神木天元化工有限公司，陜西榆林719319)

氯離子在水溶液中對金屬設備的腐蝕

賀娟 馬鋒(陜西煤業(yè)化工集團神木天元化工有限公司，陜西榆林719319)

水溶液中的氯離子在與氫氧離子競爭的吸附過程中，能夠破壞金屬鈍化膜，進而導致點蝕、孔蝕和縫隙腐蝕的現(xiàn)象發(fā)生，使金屬設備更易被腐蝕。其中既包含有電化學腐蝕，也有部分原因是氯離子的配位能力所導致。氯離子的危害不容忽視，對于設備壽命以及生產(chǎn)安全都會造成直接的影響。因此，通過研究氯離子的腐蝕機理，最終為控制和降低氯離子對金屬設備的影響十分必要。

氯離子；金屬；腐蝕

氯離子基于其半徑小、穿透能力強的特點，因此能夠優(yōu)先地選擇吸附在鈍化膜上，把氧原子排擠掉，然后和鈍化膜中的陽離子結合成可溶性氯化物，結果在新露出的基底金屬的特定點上生成小蝕坑，進而造成對設備的腐蝕。氯離子對金屬腐蝕的影響主要表現(xiàn)在以下兩個方面：一方面是降低材質(zhì)表面鈍化膜的形成或加速鈍化膜的破壞，從而促進局部腐蝕；另一方面使得二氧化硫和二氧化碳在水溶液中的溶解度降低，從而緩解材質(zhì)的腐蝕。氯離子長期在水溶液中可以加速促進腐蝕反應，容易穿透金屬表面的保護膜，造成縫隙腐蝕和孔蝕。特別是對奧氏體不銹鋼等金屬會造成開裂危害，加速設備在短期內(nèi)報廢的可能。因此，預防氯離子對金屬設備的腐蝕勢在必行。

1 水溶液中氯離子腐蝕金屬設備的機理

氯離子、水溶液硬度以及溶解氧都是造成金屬設備腐蝕的重要因素，其中氯離子的影響效果相對較低，但也不容忽視。氯離子腐蝕金屬的機理大致可分兩種，分別是成相膜理論和吸附理論。二者觀點雖然不同，但是反應過程基本是一致的。氯離子濃度越高，水溶液的導電性就越強，電解質(zhì)的電阻就越低，氯離子就越容易到達金屬表面，加快局部腐蝕的進程。尤其在酸性環(huán)境中氯離子會在金屬表面形成氯化物鹽層，并替代具有保護性能的碳酸鐵膜，從而導致點蝕、應力腐蝕、孔蝕失和縫隙腐蝕的發(fā)生。腐蝕過程中，氯離子不僅在蝕坑區(qū)域富積，而且還會在周圍區(qū)域附近富積，這就是腐蝕形成的前期過程。

2 對影響氯離子腐蝕金屬設備的原因分析

首先，金屬設備在加工制作過程中雖然經(jīng)過了熱處理消除應力，但仍有殘留。而且設備在安裝過程中，由于溫度機械等因素不可避免地會對設備產(chǎn)生內(nèi)應力，進而造成這些部位氯離子很容易積聚進而造成腐蝕。其次，氯離子具有催化作用而使金屬設備產(chǎn)生應力腐蝕開裂，最開始的表現(xiàn)為腐蝕縫隙或腐蝕溝槽，使被破壞的鈍化膜無法修復。隨著腐蝕的持續(xù)進行，金屬設備隨之會呈枝狀裂紋。再次，溫度會對氯離子腐蝕產(chǎn)生的誘導作用。在應力和氯離子都存在的條件下，溫度較低時腐蝕并不明顯，隨著溫度的升高，腐蝕開裂日益加劇。最后，溶液的水流速度也是造成腐蝕現(xiàn)象的重要因素。水流速度低的時候氯離子不易擴散，這就為氯離子富集創(chuàng)設了有利條件，進而加劇了氯離子的腐蝕危害。

3 預防和控制氯離子腐蝕金屬設備的對策及建議

眾所周知，氯離子的化學性質(zhì)十分穩(wěn)定，想要通過藥劑化學反應來降低氯離子很難實現(xiàn)。因此通過設備改進及投入緩蝕劑等方法來降低氯離子對金屬設備的腐蝕具有極強的可行性和操控性。

3.1 合理選材,控制應力

一方面，要選用耐應力腐蝕材料，主要為高純奧氏體鉻鎳鋼,高硅奧氏體鉻鎳鋼,高鉻鐵素體鋼和鐵素體——奧氏體雙相鋼。其中,以鐵素體——奧氏體雙相鋼的抗應力腐蝕能力最好。此外還要優(yōu)化金屬設備材質(zhì)，完善和改進金屬設備的防腐功能，可以在金屬中加入鉬、氮、硅等元素，同時提高鉻含量。另一方面，在裝配時,盡量減少應力集中,并使其與介質(zhì)接觸部分具有最小的殘余應力，防止磕碰劃傷,嚴格遵守焊接工藝規(guī)范。嚴格遵守操作規(guī)程，并控制原料成分、流速、介質(zhì)溫度、壓力、pH值等工藝指標。在工藝條件允許的范圍內(nèi)添加緩蝕劑。鉻鎳不銹鋼在溶解有氧的氯化物中使用時,應把氧的質(zhì)量分數(shù)降低到規(guī)定的標準值。

3.2 降低氯離子在水溶液中的含量

通過加入緩蝕劑,可以增加鈍化膜的穩(wěn)定性，進而達到控制腐蝕的目的，同時有利于受損鈍化膜得以再鈍化。此外還可以采用外加陰極電流保護,抑制孔蝕。另外，藥劑原理是通過與水中的鈣離子或腐蝕產(chǎn)物亞鐵離子相結合，生成以聚合磷酸鈣鐵為主要成份的化合物，依靠腐蝕電流電沉積于陰極表面形成沉淀膜保護金屬不被腐蝕。最后加大成本投入，通過離子交換和反滲透等方式進一步降低氯離子的含量。

3.3 無機防腐涂料的使用

無機防腐涂料可以有效預防氯離子對不銹鋼的腐蝕，它具有高強度，高韌性，耐溫高、耐沖磨，耐老化，耐酸堿鹽腐蝕，附著力強等特點，應用范圍十分廣泛。防腐涂料的技術十分先進，且防腐效果也很好。通過特制的無機防腐和金屬鈍化鋅粉所組成的溶液，對硅原子上連接整合的羥基、烷基產(chǎn)生很好的三元協(xié)同效應。該溶液穩(wěn)定性強，減輕了對高聚物內(nèi)部的影響，成膜物更致密，防腐抗腐蝕性能好，保護金屬不腐蝕，且附著力強。

總之，氯離子對金屬設備的腐蝕具有很大的影響，為了確保生產(chǎn)的穩(wěn)定健康發(fā)展，企業(yè)要加大對氯離子腐蝕危害的重視，并根據(jù)設備材質(zhì)、工藝情況以及設備工作情況做好氯離子的控制工作。此外還要設定好適宜的溫度、濃度和壓力值，以確保氯離子的濃度要低于25ppm，這才能夠?qū)崿F(xiàn)金屬設備的安全運行。此外，還可在工藝條件允許的情況下，加入適當?shù)木徫g劑或選擇合理的新型材料，可并適當考慮選用非金屬材質(zhì)，以達到經(jīng)濟效益最佳化。

[1] 趙麥群，雷阿麗.金屬的腐蝕與防護[J].北京:國防工業(yè)出版社，2002,9:167-196.

[2] 李國德，王艷，曹中秋.晶粒細化對金屬Cr在含Cl-介質(zhì)中腐蝕電化學行為的影響[J].化工學報，2012,63(2):560-566.

[3] 王瑩，曹祖賓，孫薇薇，張繁軍.緩蝕劑的分類和發(fā)展方向[J].全面腐蝕控制2009,23:24-26.