1、純堿生產(chǎn)中耐腐蝕性材料的應用1、純堿工業(yè)主體材料純堿工業(yè)從索爾維制堿法工業(yè)化開始，一百多年過去了，純堿工業(yè)的設備仍然以鋼鐵材料為主。絕大部分設備差不多上采納鑄鐵材料。而灰鑄鐵制設備使用壽命比碳鋼設備壽命長，因此，不論是龐大的塔器依舊各種各樣的熱交換器、管道、泵、閥門等，均采納鑄鐵材料，直到120年后的今天，純堿工業(yè)仍然是鑄鐵材料大用戶之一，它所采納的鑄鐵總數(shù)量遠遠超過其他任何化學工業(yè)。到今天為止在純堿工業(yè)中的使用的材料情況來看，不得不承認鑄鐵仍是第一大材料，有些由它制成的設備100多年都沒有變化，如碳化塔，汲取塔現(xiàn)在依舊依舊使用灰口鑄鐵來制造，是現(xiàn)今純堿工業(yè)中由鑄鐵制造的主體設備。在當今的純堿

2、企業(yè)中鑄鐵用量盡管大，但并非是最佳的材料，在使用上也暴露出一系列的問題，如鑄鐵笨重，耐腐蝕能力低，鑄造缺陷比較多而且專門難完全幸免，使用一段時刻后，容易泄漏，維修工作量專門大。因此鑄鐵是否接著作為制堿的主體材料專門值得人們?nèi)タ紤]與探討。幾十年以來，不管人們承不承認，一個要求取代鑄鐵材料或者通過其他防腐的技術來提高鋼鐵設備壽命的改革，已在國內(nèi)外純堿界興起。我國對純堿工業(yè)主體材料的改革始于上個世紀60年代，它是以開拓聯(lián)堿工藝為契機，以強化氨堿法為背景而開展的，通過幾十年的努力，差不多取得專門多的成果，把過去那種只采納鑄鐵材料的舊傳統(tǒng)，轉移到用多種耐蝕材料、多種的防腐技術并用的軌道上來，過去那種靠消

3、耗大量的資金、鋼鐵和勞動力的局面已大大改變。在純堿生產(chǎn)中,由于設備腐蝕,大量鐵銹帶入產(chǎn)品出現(xiàn)“色堿”,造成次品。特不是中、小型聯(lián)堿廠,在大多數(shù)情況下,設備腐蝕損壞是非打算性停工檢修的直接緣故。腐蝕是材料在環(huán)境的作用下引起的破壞和變質(zhì)，腐蝕的危害特不巨大，它使寶貴的材料變成廢物。使生產(chǎn)和生活設施過早的報廢。金屬和合金的腐蝕要緊是化學或電化學作用引起的破壞，有時還同時包含機械、物理或生物作用。單純的物理破壞專門少，單純的機械破壞不屬于腐蝕。據(jù)統(tǒng)計，一個工業(yè)發(fā)達的國家，每年由于金屬腐蝕的直接損失就占全年國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的4，間接損失則更大。眾所周知，純堿廠引起腐蝕的緣故是工藝介質(zhì)溶液中含有氯離子和氧。

4、氯離子是必須存在的，操縱介質(zhì)中的含2、純堿溶液的腐蝕性純堿生產(chǎn)過程中的介質(zhì)大致可分為以下幾種：精制鹽水，要緊是飽和鹽水溶液；蒸餾冷凝液，要緊是游離氨和CO2的混合溶液；氨鹽水、碳化取出液、母液、母液、氨母液、氨母液等溶液，它們要緊是NaCl、MH4Cl、(NH)4CO3、NH4HCO3、NaHCO3等鹽類的混合溶液，其CO2、Cl-含量大致相似，不同的是結合氨、游離氨、Na+含量不一樣。這些溶液它們具有一個共性，確實是均為強電解質(zhì)，比較有利于電化學腐蝕的進行。由于堿廠各種溶液大部分是多元混合溶液，其腐蝕性極強，在生產(chǎn)實際中，由于介質(zhì)、流速、濃度、溫度、壓力等條件不同，以及耐蝕材料種類繁多，因此

5、，金屬的腐蝕破壞類型也是多種多樣的。要緊有以下幾種形式：均勻腐蝕是純堿工業(yè)設備最常見的腐蝕形態(tài)之一，是電化學腐蝕的差不多形態(tài)，在全部暴露于介質(zhì)中的表面上均勻進行，金屬均勻減薄，重量逐步減輕，最后破壞；石墨化腐蝕 是一般鑄鐵中的石墨以網(wǎng)絡形狀分布在鐵素體內(nèi)，在介質(zhì)為鹽水、礦水、土壤或極稀的酸性溶液中，發(fā)生了鐵素體選擇性腐蝕。磨損腐蝕 是由于腐蝕流體和金屬表面的相對運動，引起金屬的加速破壞現(xiàn)象，它是腐蝕和磨損、化學作用和機械作用共同或交替進行的結果，其腐蝕激烈程度遠超過單一的腐蝕過程。生產(chǎn)中流體通常是氣、液、固多相并存，在純堿廠出現(xiàn)的腐蝕常見為沖刷腐蝕、沖擊腐蝕、空泡腐蝕等類型。沖刷腐蝕也稱為進口

6、管腐蝕，要緊集中出現(xiàn)在換熱管列管入口管端處，引起的要緊緣故是流體由大截面進入小截面的列管中，產(chǎn)生的湍流與夾帶的結晶細粒猛烈的對管端進行沖刷，專門快就把管端蝕穿。而沖擊腐蝕產(chǎn)生的緣故是更高流速中產(chǎn)生的一種磨損腐蝕。要緊是泵等的轉動部件；空泡腐蝕又稱穴蝕，是由于蒸汽泡的形成和破滅而引起的，是由于金屬設備的幾何形狀不能滿足流體力學的要求，局部產(chǎn)生旋渦，氣體在壓力高時破滅，產(chǎn)生沖擊波小孔和縫隙腐蝕 是在金屬表面上產(chǎn)生小孔或縫隙的一種局部的電化學腐蝕形態(tài)。 在純堿生產(chǎn)中，以上幾種腐蝕極為常見同時時常存在，伴隨著純堿生產(chǎn)全過程進行，而且腐蝕問題也越來越對生產(chǎn)有著極大的阻礙，設備的損壞，物料的損失，生產(chǎn)穩(wěn)定

7、性均與腐蝕問題息息相關，因此，研究和解決純堿生產(chǎn)的腐蝕問題有著極其重大的意義。鈦材料、不銹鋼材料、非金屬材料以及各種防腐技術的引用和開發(fā)，將純堿工業(yè)的技術進展又推向了一個新的進展高度，因此，我們在搞好純堿生產(chǎn)技術的同時，也要搞好新技術、新工藝、新設備、新材料的推廣使用工作，使純堿生產(chǎn)設備達到真正意義上的“積極投資”。 3、鈦材料在純堿工業(yè)的使用1）鈦材料的特點 鈦是輕金屬，在元素周期表中處于第四族的過渡元素，化學活性極高，易與氧、氫、氮和碳等元素形成穩(wěn)定的化合物。鈦的儲量特不豐富，我國的鈦儲量居世界首位。鈦具有質(zhì)輕、強度高、比強高等特點，在國外被廣泛應用。盡管鈦的化學性質(zhì)特不爽朗，平衡電位E=

8、1.63V(SCE)，但鈦的自鈍化能力專門強，鈍化膜穩(wěn)定性專門高，且在遭受機械損傷后，有迅速的自修復能力，特不是在含有強烈破壞鈍化膜的Cl-的溶液中也有專門好的抗點蝕能力，這是一般不銹鋼無法匹敵的，故廣泛應用于耐蝕的工況，特不是用于鹽水和含有Cl-的溶液中。 鈦作為一種優(yōu)良的耐腐蝕材料，在化工設備的制作和使用中已越來越為人們所認識和同意。日本早在1957年就將工業(yè)鈦作為一種防腐材料用于化工生產(chǎn)，解決了某些化工生產(chǎn)設備中存在的嚴峻腐蝕問題。美國、前蘇聯(lián)及西歐各國也都看好鈦的優(yōu)良耐蝕性能和較好的傳熱性能，也將其應用于化工生產(chǎn)設備中。我國對鈦材的研究、使用開始于1960年，到1972年方開始應用于化

9、工行業(yè)。 2）鈦材在純堿工業(yè)上的應用鈦材在氨母液中的年腐蝕率幾乎為零(0.0001mm/a)，傳熱效果好，如此相同換熱面積的換熱器要比碳鋼的換熱器的效率高20%，鈦制的設備表面光潔，不宜結疤，使設備作業(yè)周期長及減少了設備倒換時物料、能量的損耗。既能夠提高生產(chǎn)的經(jīng)濟效益亦減輕了工人的勞動強度。 由于鈦材具有優(yōu)良的性能，使得許多企業(yè)相繼在純堿生產(chǎn)設備中大量地使用鈦材，例如聯(lián)合制堿中的過程的母液差不多上以氯化銨、氯化鈉為主的含氯離子濃度較高的溶液，這種溶液對碳鋼、鑄鐵的腐蝕專門嚴峻。在此往常，結晶外冷器是由碳鋼制作而成，盡管通過打砂防腐，但因受到循環(huán)母液中氯離子及結晶粒子的沖刷作用，腐蝕仍專門嚴峻，

10、一般使用2.5年左右，花板外的列管就會被腐蝕穿孔，無法使用而被迫報廢。自1975年上海浦東化工廠首次使用鈦外冷器，鈦列管外冷器投用至今的生產(chǎn)實踐表明，該外冷器各方面的特性均優(yōu)于碳鋼外冷器。再如，鈦泵分不在制堿工藝中的廢淡液、二次鹽水、淡液、氨鹽水、中和水等母液系統(tǒng)應用已10多年，顯示出專門多優(yōu)點，加工件的刀紋至今清晰可見，就足以講明其殼體和葉輪等要緊零部件耐制堿過程中各種介質(zhì)的腐蝕、沖刷、磨損，且結垢率低，不易堵塞，表面也無被大氣腐蝕現(xiàn)象，均衡滿負荷連續(xù)生產(chǎn)時刻長，運行平穩(wěn)，對生產(chǎn)波動的適應性強，減少了停車檢修頻次。 在閥門方面，純堿工業(yè)中使用的閥門種類有10幾種，要緊品種有膠膜閥、截止閥、閘

11、閥、碟閥、漿液閥、球閥和旋塞等。從材質(zhì)上分，要緊有鑄鐵、不銹鋼和鈦。規(guī)格由DN25至DN700。使用于堿廠各種液體和氣體管路上。閥門質(zhì)量的好壞，對各工序的平衡操作，降低消耗，減少跑、冒、滴、漏和環(huán)境污染都起重要作用。其中最難解決的閥門之一是碳化塔的出堿閥，其閥開關頻繁，使用條件見表2。 表2 出堿閥使用條件介 質(zhì)溫度壓力MPa粒度(平均)m流速m/s開關頻次堿 液27-340.27-0.32 氨堿94.11聯(lián)堿96.68l-1.490-100 出堿閥門傳統(tǒng)使用膠膜閥(亦稱隔膜閥)，其閥座由鑄鐵制成，膠膜由橡膠夾3層蓬布制成。使用中要緊損壞部位是膠膜和與之接觸的閥座進、出口之間的隔筋面，被堿顆粒

12、沖刷出現(xiàn)溝痕，失去其密封效果，使膠膜閥出現(xiàn)內(nèi)漏現(xiàn)象，一個鑄鐵閥座最多使用3個月，平均2個多月，給生產(chǎn)造成不應有的波動和損失。鈦閥在碳化塔出堿管線上推廣應用后，從各個純堿企業(yè)的使用來看無腐蝕沖刷現(xiàn)象，且刀紋清晰可見，可能可使用20多年，清除了內(nèi)漏外泄現(xiàn)象，保證了化工生產(chǎn)平穩(wěn)。近幾年來，通過鈦閥的推廣使用，杜絕了物料流失所造成的環(huán)境污染，增加了產(chǎn)量，降低了消耗，制造了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。 上個世紀80年代以后，每年純堿行業(yè)的技術改造及新開工裝置的鈦材使用量占國內(nèi)鈦生產(chǎn)總量的25%。在純堿企業(yè)鈦材大量用于碳化塔冷卻小管，汲取冷卻小管，板式換熱器，波浪管換熱器，堿泵，閥門，母液蒸餾塔，聯(lián)堿的外冷

13、器結晶器，儀表等設備。 從鈦材在純堿工業(yè)應用30年的實踐經(jīng)驗來看，已達到專門成熟的時期，鈦因具有優(yōu)良的防腐蝕性能，在制堿工業(yè)中是性能最理想的材料，不管是由鈦制成的靜止設備依舊傳動設備，不管是純腐蝕介質(zhì)依舊沖刷與腐蝕兼有，使用壽命都專門高，取得了巨大的經(jīng)濟效益與社會效益。由于鈦材價格比鋼鐵材料價格高約40多倍，這是任何一個純堿企業(yè)在選擇鈦材時所無法回避的問題，因此到今天為止，鈦材的使用也只能是在設備的最關鍵部位，高昂的成本問題是阻礙純堿工業(yè)進一步推廣鈦材料的要緊障礙。 4、不銹鋼材料在純堿工業(yè)的使用1)奧氏體不銹鋼的使用 在純堿工業(yè)中使用的不銹鋼品種以奧氏體不銹鋼和奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼為主。

14、其中奧氏體不銹鋼中含鉬的00Mo5(00Cr18Ni18Mo5)不銹鋼、高鎳鉬904L(00Cr20Ni25Mo4)不銹鋼及316L(00Cr18Ni12Mo2)不銹鋼使用最為廣泛，雙相不銹鋼要緊有奧氏體鐵素體雙相不銹鋼3RE60(00Cr18Ni8Mo3Si2)和CD4Mcu鑄造不銹鋼這兩種材料。 00Mo5不銹鋼在純堿中要緊是作碳化塔的冷卻管，它具有特不優(yōu)越的抗孔蝕和縫隙腐蝕能力，甚至能夠用于接觸海水介質(zhì)的冷卻小管。然而該材料不是一個標準的不銹鋼系列產(chǎn)品，市場上采購較為困難，其使用受到一定程度的限制，沒有大量推廣使用。 904L不僅具有高的鉻鎳含量，而且有專門高的Mo含量，具有比00Mo5

15、不銹鋼更好的耐蝕性，在純堿生產(chǎn)中，904L表現(xiàn)出較好的耐全面腐蝕和抗點蝕能力。另外，904 L有專門好的冷熱加工性。在歐洲904L在純堿設備上被認為具有與鈦材相媲美的優(yōu)異的耐蝕性能，在一些貧鈦國家它被大量地用于替代鈦材在純堿工業(yè)應用。它不僅能夠用作板材成為壓力容器的殼體材料，也能夠作為鍛件和鑄件用在換熱器的管板和泵上。 除此以外316L、304等不銹鋼也廣泛的使用在純堿設備、管道、儀表及閥門等上面。 在與純堿生產(chǎn)緊密相關的苛化法燒堿多效蒸發(fā)的生產(chǎn)中，高濃度的NaOH含量45%、NaCl含量20%、溫度150(沸騰)條件下用0Cr18Ni9Ti不銹鋼制作的泵閥用不到1個月，而1Cr18Ni9Ti

16、制作的管材，使用壽命僅11個月。用超純鐵素體不銹鋼(000Cr26Mo1)在濃堿(42%-46%)生產(chǎn)線的蒸發(fā)器上，管壁腐蝕率僅為0.018mm/a，使用壽命超過10年。 2)雙相不銹鋼的使用 3RE60(00Cr18Ni8Mo3Si2)是奧氏體鐵素體雙相不銹鋼，國外有的工廠將這種不銹鋼用于塔器的內(nèi)件，如格柵、塔盤等，國內(nèi)曾將該材料用于氨堿的母液蒸餾塔蒸餾段，但投入運行后產(chǎn)生應力腐蝕破裂，經(jīng)檢查分析，應力腐蝕破壞部位是在溫度最高處。盡管雙相不銹鋼有著比碳含量相當?shù)膴W氏體不銹鋼更好抗晶間腐蝕的能力，但雙相不銹鋼耐氯化物應力腐蝕性能與一般18-8奧氏體不銹鋼相比，只有在低應力下才顯示出一定的優(yōu)越性

17、，在高應力作用下則區(qū)不不大或差不多相同。因此用此材料制成的母液蒸餾塔在使用2年后塔壁出現(xiàn)裂紋，發(fā)生滲漏，使用5年后各塔出現(xiàn)了30多處的泄漏點。裂縫與裂紋多出現(xiàn)在塔體的焊縫及熱阻礙區(qū)，其中環(huán)焊縫熱阻礙區(qū)的裂紋最多，嚴峻處的裂紋呈向外放射狀，導致內(nèi)外穿孔，焊縫熱阻礙區(qū)裂紋較集中，方向與焊縫平行且長度與其相對應，局部筒體母材多處發(fā)生點腐蝕。分析其產(chǎn)生緣故認為要緊是氯化物的應力腐蝕破壞造成損壞，應力腐蝕破裂的緣故要緊是焊接應力，尤其是補焊造成的殘余應力及設備制造時產(chǎn)生的結構應力二者疊加的應力源，同時在塔壁上結垢和干濕交替局部濃縮氯離子介質(zhì)的作用，從而產(chǎn)生應力腐蝕破壞。最后得出雙相不銹鋼不能承受在堿廠母

18、液蒸餾的工況條件，關于該材料在純堿中應用，建議使用溫度不要超過80，且應在設計和制造時注意幸免應力集中。這同樣也講明，在工業(yè)生產(chǎn)中，適宜材料的選用對生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定、成本的降低來講是極其重要的。 不銹鋼的耐腐蝕，要緊是靠Fe-Cr合金的鈍化來實現(xiàn)的，不銹鋼的鈍化膜特不薄，大約1-10nm，膜并不十分均勻，局部總有缺陷，因此，鈍化膜專門容易遭受破壞，如化學破壞和機械破壞等，鈍化膜的化學破壞要緊是由于氯化物等侵蝕性陰離子與鈍化膜交互作用，導致點蝕，縫隙腐蝕和晶間腐蝕等局部腐蝕破壞。至于氯離子等關于鈍化膜破壞的機理也是一個正在探討的問題。鈍化膜的機械破壞是由于腐蝕環(huán)境和機械力共同作用的結果，在這種破

19、壞形式中，鹵化物離子起著重要作用，因此針對不同的工況條件選用適宜的材料是極其重要的。 5、非金屬材料在純堿工業(yè)中的使用 由于純堿生產(chǎn)中的工藝介質(zhì)對金屬材料的嚴峻腐蝕，通過人們的不斷探究，幾年來非金屬材料的使用也越來越廣泛。 1)工程塑料的使用 耐蝕塑料。耐蝕塑料分為熱塑性與熱固性兩大類，熱塑性塑料中聚乙烯、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)的應用占主流，氟塑料、氯化聚醚、聚苯硫醚等工程塑料具有優(yōu)異的耐蝕性能，應用日益廣泛，尤其是氟樹脂應用最廣，增長速度也最快；熱固性的樹脂有環(huán)氧、酚醛、聚酯、呋喃為主的四大樹脂，大多數(shù)制成復合材料使用，因其剛度與強度差，通常通過纖維增強來做化工設備。耐蝕塑料制的

20、化工設備要緊有管道、通用設備、槽罐、換熱器、泵、閥等。聚氯乙烯除強氧化劑(如濃度大于50%的硝酸、發(fā)煙硫酸等)及活性極大的物質(zhì)外，它可耐各種濃度的酸、堿、鹽類溶液的腐蝕，特不適合純堿廠生產(chǎn)中任何濃度的各種介質(zhì)，由于硬聚氯乙烯的抗拉強度隨溫度升高而下降(溫度每升高1，強度下降6.25MPa)，沖擊韌性隨溫度降低而下降，僅適合溫度小于60場合下使用。純堿企業(yè)給排水車間的循環(huán)水塔內(nèi)的噴淋管線，原使用碳鋼管，由于長期生產(chǎn)，維護防腐時刻不足，銹蝕比較嚴峻，現(xiàn)改用PVC管效果良好。在溫度不太高的狀態(tài)下(如小于100)，可在管外采納玻璃鋼或碳鋼管加強以增加其抗拉強度。如重堿車間中和水管線及熱母液管線采納外纏

21、玻璃鋼加強的聚氯乙烯管取代原來的鑄鐵管，效果亦較好。聚丙烯(PP)與聚氯乙烯相比，重量輕(密度約為聚氯乙烯的60%)、具有較高的使用溫度(推舉使用溫度為110-120)，聚丙烯用玻璃纖維增強后其耐熱性和機械強度都有明顯改善，擴大了聚丙烯的應用范圍，特不適合純堿生產(chǎn)中各種介質(zhì)、溫度小于100的場合下應用。如母液洗滌塔的鮑爾環(huán)采納聚丙烯材料代替不銹鋼，使用效果好，節(jié)約費用?；蛘咴阡摴軆?nèi)襯聚丙烯管道在給排水車間稀鹽酸管線及煅燒車間熱母液管線中應用均比較成功。目前市場上，已有許多廠家生產(chǎn)的改性聚丙烯(PPR)管線及鋼箍架聚丙烯管線均特不適合純堿生產(chǎn)中溫度小于100的各種介質(zhì)管線用。在聚乙烯塑料的大伙兒

22、庭中，超高分子量聚乙烯由于其熔融指數(shù)(接近于零)極低，熔點高(190-210)，粘度大、流淌性差而極難加工成型一直沒有推廣應用，然而超高分子量聚乙烯除具有一般的高密度聚乙烯性能外，還具有突出的耐磨性(磨耗4.4-5.2mm)、低摩擦系數(shù)(0.14-0.15)、較高的沖擊強度(無缺口沖擊強度18.6-19.6MPa)和熱穩(wěn)定性、優(yōu)良的耐應力開裂性和自潤滑性、無表面吸附力，卓越的化學穩(wěn)定性和抗疲勞性，可用在磨損、腐蝕嚴峻的重堿溜子、檔板等，內(nèi)襯超高分子量聚乙烯板還可推廣到其它需要耐磨、耐沖擊的場合，如石灰石倉、焦炭倉、石灰倉，目前已有廠家生產(chǎn)出超高分子量聚乙烯泵能夠取代昂貴的鈦泵。 MC尼龍是單體

23、澆鑄尼龍的俗名，是已內(nèi)酰胺單體在模具內(nèi)聚合成型直接得制品。MC尼龍除具有一般尼龍材料的通性(如較高的強度、剛性、韌性、低蠕變、耐磨耗，以及化學穩(wěn)定性)外，由于其高分子量和高結晶度，故比一般尼龍吸水率低，尺寸穩(wěn)定性好，機械強度比一般尼龍高1.5倍。目前國內(nèi)已有廠家生產(chǎn)出增強MC尼龍管線，使用溫度高至160?？扇〈儔A生產(chǎn)中的鑄鐵管，尤其適合溫度較高、腐蝕性較強的場合。 2 )玻璃鋼、搪玻璃的應用 玻璃鋼即纖維增強高分子材料，玻璃鋼是一種以合成樹脂(包括熱固性與熱塑性樹脂)為粘合劑，以玻璃纖維為增強材料的新型復合結構材料，它具有高強、輕質(zhì)、耐蝕、優(yōu)良的耐熱性能和電絕緣性能等許多優(yōu)點。目前國際上每年生產(chǎn)數(shù)百萬噸，有四五萬個品種，國外化工用玻璃鋼樹脂大多數(shù)采納間苯二酸聚酯，部分采納環(huán)氧和雙酚A，乙烯基樹脂的應用也在逐年增加。國內(nèi)要緊為聚酯、環(huán)氧、酚醛等樹脂，其中聚酯玻璃鋼占總產(chǎn)量的80%，耐蝕玻璃鋼制品要緊有儲罐、槽車、耐蝕風機、管道等。純堿生產(chǎn)中的母液洗滌塔內(nèi)的篩板與液體分布器，原設計使用材料為不銹鋼(0Cr18Ni9Ti)，一般使用不到1年。改用玻璃鋼篩板與液體分布器，通過近10年的使用，效果良好，經(jīng)濟效益顯著。熱氨鹽水管線