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技術知識

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化工泵耐硫酸腐蝕材料的選用

日期:2020-10-26 8:47:48

由于硫酸的強烈腐蝕性,使生產硫酸和使用硫酸的設備造成了嚴重的腐蝕。為了防止或減輕這種腐蝕,保證生產的順利進行,各種硫酸化工泵的材料必須根據硫酸的腐蝕特性以及各種材料的耐蝕性能進行正確的選擇和合理的使用。

一、硫酸的腐蝕特性:

   硫酸主要是用接觸法和鉛室法生產的。硫或硫化物,如硫化銅礦石經過燃燒生成二氧化硫,在氧和催化劑的作用下,二氧化硫變成了三氧化硫,三氧化硫溶介于水即得硫酸。當硫酸濃度大于100%,并含有游離三氧化硫氣體時被稱為發煙硫酸。例如含有20%游離三氧化硫氣體的酸被稱為20%發煙硫酸或104.5%硫酸。

   稀硫酸是一種非氧化性酸,隨著濃度的提高,硫酸就會變成氧化性酸,它可以被還原成二氧化硫。因此濃硫酸可以使鋼和鐵鈍化,使普通鋼鐵在濃硫酸中成為耐蝕。但是硫酸會吸收空氣中的水份,一旦硫酸被稀釋到68%以下濃度時,碳鋼和鑄鐵的設備就會受到嚴重的腐蝕。在非氧化性的稀硫酸中,鋼和鐵不能通過在表面生成氧化膜而鈍化。氧和其他氧化劑的存在會改變稀硫酸的腐蝕特性。但是在濃硫酸中,由于濃硫酸本身是一種氧化劑,因此氧和氧化劑就不會改變濃硫酸對金屬的腐蝕特性,正如不銹鋼在硝酸中那樣不受通氧或不通氧的影響。

二、碳素鋼的化工泵耐硫酸腐蝕特性:

   碳素鋼廣泛地被用作室溫下濃度大于70%的硫酸設備,如貯槽、管線、槽車和船倉等。通常盛裝78%、93%、 98%的硫酸和發煙硫酸。圖1表示碳素鋼在濃硫酸中硫酸濃度和溫度對腐蝕率的影響。等腐蝕曲線顯示,在硫酸濃度為101%附近,曲線明顯下凹,表明此處腐蝕迅速增加,選用碳素鋼時要特別注意。在硫酸濃度85%附近,曲線也稍有下凹,表明此處腐蝕稍有增加。曲線的虛線部分表示數據不足,曲線位置多少是帶有推測性的。圖1也表明,不論在什么溫度下,在小于65%的硫酸中,碳素鋼是不能使用的。溫度在65℃以上時,不論硫酸濃度多大,碳素鋼一般也不能使用。

   較高的流動速度會增加硫酸對碳素鋼的腐蝕,如碳素鋼制的泵使用壽命很短,但是每秒幾英尺的流動速度,似乎還不會改變它的腐蝕特性。固體懸浮物會引起碳素鋼的磨損腐蝕。

   充空氣對碳素鋼在濃硫酸中的腐蝕影響很小,因為濃硫酸本身是氧化性的。但是發現“空氣泡”對通濃硫酸的管線卻有破壞作用。例如一根通93%硫酸的碳素鋼管線,使用一段時間后發現沿著管子內壁的頂部出現溝槽,溝槽深而銳利,而在管子的其他內表面上幾乎沒有腐蝕。這顯然是由沿著管子內壁上方浮動的“空氣泡”引起的??諝馐峭ㄟ^泵的墊料處吸入,并隨著流動的硫酸進入系統內部、這種“空氣泡”的破壞作用可以通過排出空氣或防止空氣從泵、閥等處進入管線而得到克服。

   碳素鋼在濃硫酸中使用,因焊接等原因受熱后,在局部地區會出現“牛皮癬”腐蝕,這是由于珠光體組織受熱后球化引起的,將碳鋼經850℃左右的正火處理后可以防止“牛皮癬”腐蝕的發生。

三、鑄鐵的化工泵耐硫酸腐蝕特性:

   普通鑄鐵在硫酸中的耐蝕性和普通碳素鋼相似。但是灰鑄鐵在濃硫酸中會發生開裂現象。這是因為酸能夠沿著連續的片狀石墨組織滲入鑄鐵內部,使鑄鐵內部發生腐蝕(公眾號:泵管家)。由于腐蝕產物體積增大,而使局部產生很高的應力。隨著腐蝕產物的增加,局部內應力不斷增加,最后導致鑄鐵開裂損壞。因此在硫酸中普通灰鑄鐵通常不宜采用。如果通過熱處理,使連續的片狀石墨組織變成不連續的球狀組織,這樣硫酸就不會滲入鑄鐵內部,從而就可以防止鑄鐵在硫酸中發生開裂現象。因此,所謂可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵或延性鑄鐵在硫酸中就具有較好的使用性能。

   鑄鐵和碳鋼一起在100%左右的硫酸中使用時,可能會發生電偶腐蝕。由于鑄鐵較脆以及考慮到安全等的原因,因此在可能的條件下應該寧用碳鋼而少用鑄鐵。

四、不銹鋼化工泵耐硫酸腐蝕特性:

   普通不銹鋼通常不用于接觸硫酸的設備上,18-12Mo型不銹鋼偶爾被用于室溫含很稀的硫酸的介質中,或者是含有氧化性成份的稀硫酸溶液中。由于不銹鋼在硫酸中耐蝕性不穩定,要獲得可靠的數據并制成腐蝕圖是比較困難的。

   在室溫濃硫酸中,不銹鋼具有尚好的耐蝕性,但在通常的情況下,寧可采用碳鋼而不采用不銹鋼。除非介質要求防止鐵離子污染時,或者是在101%左右硫酸中碳鋼不能使用時,才能選用不銹鋼。鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼和鉻鎳鉬不銹鋼相似,在室溫濃硫酸中具有較好的耐蝕性,隨著溫度的升高腐蝕率也明顯升高。在60℃以上的濃硫酸中,使用壽命較短,不宜采用。

   含硅的不銹鋼1Cr18Ni11Si4A1Ti,在濃硫酸中具有比普通不銹鋼好得多的耐蝕性,即使在較高的溫度下也有較好的耐蝕性。表3表明在97%左右的濃硫酸中1Cr18Ni11Si4A1Ti鋼具有比其他不銹鋼更好的耐蝕性。因此在60~100℃的濃硫酸中使用的設備,可采用1Cr18Ni11Si4A1Ti而不必采用昂貴的鎳鉬合金。我國合成酒精設備上用的泵、閥就是這樣,效果顯著。表4為1Cr18Ni11Si4A1Ti鋼的成份和性能。

   含銅、鉬的不銹鋼,如OCr18Ni18Mo2Cu2Ti和1Cr17Mn9Ni3Mo3Cu2N鋼等,主要用在稀硫酸中。這類鋼在溫度低于40℃、濃度小于70%的硫酸中可以使用。在濃度小%的硫酸中,溫度高達80℃時也可使用。表5列出1Cr17Mn9Ni3Mo3Cu2N 鋼的成份和性能。該鋼適宜制造泵、閥等鑄件或鍛件。

伍、非金屬材料化工泵在硫酸中的耐腐蝕特性:

   表8列出了一些非金屬材料在硫酸中的耐蝕性。應該注意的是非金屬材料的機械性能不及金屬材料好、如塑料不僅容易老化,而且在稍高溫度時即易產生蠕變破壞。玻璃、陶瓷則很脆。

另外也要注意,一些非金屬材料,如塑料和合成橡膠等的耐蝕性也和金屬材料一樣受它們的成份、增塑劑和填料等的影響而變化。因此不同牌號的非金屬材料的耐蝕性能應該在給定的腐蝕條件下試驗確定。

耐硫酸材料的選用:

   由于各種不同的材料在不同濃度或溫度的硫酸中顯示出不同的耐蝕性,彼此之間又沒有相同的規律,因此耐硫酸材料的選用必須以實驗和經驗為基礎。George. A. Nelson首先根據大量的實驗資料和工廠的使用經驗繪制了耐硫酸材料選用圖。他把硫酸的濃度-溫度狀態圖(常壓沸點以下)劃分成10個區域,各區內腐蝕率≤0.5毫米/年的材料用表列出。

但是須注意此腐蝕率僅指材料在靜止或流速不大的單純硫酸中適用,如果酸中含有其他會明顯改變材料腐蝕特性的雜質或酸的流速很高會使材料發生磨損腐蝕時,本選用圖就不能直接搬用。經過補充的耐硫酸材料選用圖見圖9和表9所示。有關某些耐硫酸合金的成份見表10所示。

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