不同濃度氯離子、硫離子對掛片的動態(tài)試驗研究

高 冰， 龐偉玲， 王 攀

(河南心連心化肥有限公司， 河南新鄉(xiāng) 453731)

在尿素中加入添加劑時，因有的添加劑中含有一定量的氯、硫離子，會導致設備表面的鈍化膜遭到破壞，進而腐蝕設備，影響設備的使用壽命,目前無相應標準規(guī)定氯、硫離子對設備的腐蝕速率，參考GB 50050—2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設計規(guī)范》中循環(huán)冷卻水對尿素設備的腐蝕速率，碳鋼指標≤0.075 mm/a，不銹鋼指標≤0.005 mm/a，通過調(diào)整氯離子、硫離子的濃度保證設備腐蝕在指標內(nèi)[1-3]。

本文以304、316不銹鋼為試樣進行動態(tài)掛片試驗，初步研究了在不同濃度溶液中的腐蝕情況，確定了氯離子、硫離子對設備腐蝕的可控濃度。

1 試驗過程

1.1 標準水的制備

稱取二水氯化鈣14.7 g、七水硫酸鎂9.86 g、氯化鈉13.16 g、碳酸氫鈉3.36 g，分別用少量水溶解完全后，混合于同一個容器中，用水稀釋至20 L，混勻，每次試驗配制60 L。

1.2 對比溶液的配制

分別稱取一定量的氯化鉀(KCl)和硫酸鉀(K2SO4)溶于標準水中，配制成質(zhì)量濃度為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 掛片處理

試驗選用材質(zhì)為304、316的不銹鋼試片，尺寸為50 mm×25 mm×2 mm，其表面積為28 cm2，將試片分別用在丙酮和無水乙醇中浸過的脫脂棉擦洗，擦洗后置于干凈濾紙上，用濾紙吸干，放在干燥器中4 h以后稱量(精確到0.000 2 g)。動態(tài)試驗過程：每個燒杯中裝有2 L溶液，每個燒杯中放置2～3個同種材質(zhì)掛片，試驗裝置見圖1。

圖1 掛片試驗裝置圖

2 數(shù)據(jù)處理

腐蝕速率的計算公式：

式中：X——試片的腐蝕速率，mm/a；

m——試片質(zhì)量損失，g；

m0——試片酸洗空白試驗的質(zhì)量損失平均值，g；

s——掛片表面積，cm2；

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

t——試驗時間，h；

87 600——單位換算系數(shù)。

參考國家標準GB 50050—2007中循環(huán)冷卻水對尿素設備的腐蝕速率，不銹鋼的腐蝕速率≤0.005 mm/a，將試驗數(shù)據(jù)進行處理，得出掛片在不同濃度溶液中的腐蝕速率，結果見表1、表2和圖2、圖3。

通過調(diào)整氯離子的質(zhì)量濃度為5、10、20、30、40 g/L，硫離子的質(zhì)量濃度為2、4、6、8、10 g/L保證設備腐蝕速率在指標之內(nèi)。

另外，增加酸洗對照試驗的同時，再增加空白對照試驗，不做任何處理，盡量消除兩次稱量前后的誤差。將試驗數(shù)據(jù)進行整理，結果見表3和圖4、圖5。

表1 掛片在不同質(zhì)量濃度K2SO4溶液中的動態(tài)試驗數(shù)據(jù)

表2 掛片在不同質(zhì)量濃度KCl溶液中的動態(tài)試驗數(shù)據(jù)

圖2 掛片在K2SO4溶液中的腐蝕速率

表3 掛片在不同濃度溶液中的動態(tài)試驗數(shù)據(jù)

由圖2～圖5可知，無論是在KCl溶液中還是在K2SO4溶液中，整體上304的腐蝕速率大于316的、含硫溶液的腐蝕速率大于含氯溶液的。

結合以上試驗數(shù)據(jù)，參照GB 50050—2007中循環(huán)冷卻水對尿素設備的腐蝕速率，不銹鋼腐蝕速率≤0.005 mm/a，得出氯離子、硫離子單獨作用時保證設備腐蝕在指標小于0.005 mm/a內(nèi)，見表4。

圖4掛片在K2SO4溶液中的腐蝕速率

圖5 掛片在KCl溶液中的腐蝕速率

材質(zhì)項目K2SO4KCl304允許質(zhì)量濃度/(g·L-1)≤6 ≤1 允許質(zhì)量分數(shù)/%≤0.6≤0.1 316允許質(zhì)量濃度/(g·L-1)≤15 ≤20 允許質(zhì)量分數(shù)/%≤1.5 ≤2.0

3 試驗結論

(1) 304材質(zhì)在兩種溶液中允許的質(zhì)量分數(shù)相差較大，Cl-對304腐蝕較嚴重；316材質(zhì)在兩種溶液中，允許質(zhì)量分數(shù)相差不大；兩種材質(zhì)在兩種溶液中允許的質(zhì)量分數(shù)相差較大，這與兩種材質(zhì)的成分有關。

(2) 無論是在KCl溶液中還是在K2SO4溶液中，整體上304的腐蝕速率大于316的、含硫溶液的腐蝕速率大于含氯溶液的。

(3) 隨著氯、硫質(zhì)量分數(shù)的增大，腐蝕速率呈增大趨勢，個別出現(xiàn)偏差，可能與試驗中存在的誤差有關。

4 結 語

試驗得到的允許質(zhì)量分數(shù)與尿素生產(chǎn)廠家規(guī)定的質(zhì)量分數(shù)可能會出現(xiàn)較大的差異，得出的質(zhì)量分數(shù)僅作為參考。尿素生產(chǎn)工藝中涉及到高溫、高壓條件，還有尿液、氨等介質(zhì)，這些也是影響氯離子、硫離子對設備腐蝕的因素。由于試驗條件有限，試驗僅在不同質(zhì)量濃度的氯離子、硫離子中進行，并沒有涉及到高溫、高壓等與實際生產(chǎn)相關的因素，還需要進一步完善。