氯堿生產中燒堿的腐蝕與防護

賀桃香

（凱天環?？萍加邢薰?，湖南 株洲 412004）

氯堿生產中燒堿的腐蝕與防護

賀桃香

（凱天環?？萍加邢薰荆?株洲 412004）

介紹了氯堿生產中燒堿的腐蝕情況，燒堿生產中主要使用的材料及防護措施。

燒堿；腐蝕；堿脆；碳鋼；不銹鋼

燒堿（氫氧化鈉）在高溫和有應力存在下對許多金屬產生嚴重腐蝕。而所有金屬材料中，銀對氫氧化鈉的耐蝕性最好，其次是鎳，銀和鎳能耐所有濃度和溫度的氫氧化鈉，甚至是熔融狀態（480℃）的燒堿。各種不銹鋼對40%~50%以下的燒堿可耐80℃左右，但不耐高濃度高溫堿液。碳鋼在濃度較低及低溫的氫氧化鈉溶液中比較穩定。

在氯堿生產中，輸送和貯存燒堿的各種設備和管道的主要材質是碳鋼、不銹鋼和鎳。

1 碳鋼在燒堿生產中的腐蝕與防護

碳鋼在濃度較低、溫度較低的氫氧化鈉溶液中，可以在表面形成堅實的氧化保護膜，腐蝕較輕，因此，碳鋼在工業生產和貯運低濃度、常溫氫氧化鈉溶液或固體時，用途很廣泛,如中鹽株化燒堿廠的電解液貯罐和30%的成品堿罐 （用戶對色度沒有要求時）的材質就是碳鋼的。但碳鋼設備和管道在焊縫區往往容易出現“堿脆”現象而產生裂紋?！皦A脆”是碳鋼等材料在堿溶液中由拉伸應力和腐蝕的聯合作用而產生的破壞過程。

1.1 “堿脆”產生的原因

焊縫的“堿脆”是焊縫區在堿液中的應力腐蝕開裂現象。設備施焊后，其焊縫會產生殘余應力，該應力的大小與施焊時的焊接方法以及焊縫所處的約束狀態有關，其中最關鍵的是焊接線能量，線能量越大，焊縫區的溫升就越高，其殘余應力也越大。在堿的濃度與溫度相同情況下，殘余應力越大，該區域的應力腐蝕就越嚴重，這是因為在殘余應力的作用下，焊縫區材料的晶格結構被扭歪，產生變形而降低了該部位電位，當它們與堿液接觸時便構成腐蝕電池而加速腐蝕。應力愈大，所形成腐蝕電池的電位差就愈大，腐蝕也愈厲害。在電化腐蝕中，當燒堿中的質量分數大于30%時，陽極區的Fe和NaOH發生下列溶解反應：

生成物中的Na2FeO2為可溶性鐵酸鹽，不會在焊縫區表面形成保護膜，故該反應會不斷地進行，在殘余應力的作用下，焊縫區最終會產生裂紋。

1.2 焊縫應力腐蝕開裂傾向最大的區域

殘余塑性變形最大的熱影響區的金屬，即焊接過程中被加熱到500~850℃的那部分金屬，其應力腐蝕開裂的傾向性最大。在堿液生產和貯運設備檢修中發現，在焊接過程中加熱溫度超過550℃和略低于再結晶區的金屬，在堿性溶液中具有最大的開裂傾向。

1.3 防止焊縫區“堿脆”的措施

（1）進行合理的焊接結構設計，采取合理的裝配工藝和焊接工藝措施；合理安排焊縫位置和選擇焊縫尺寸和形狀，盡可能減少焊縫數量，縮短焊縫長度；合理選擇裝配程序，采用預留收縮余量法、反變形法、剛性固定法等預防焊接變形。焊接工藝措施包括焊接方法、焊接規范、焊接順序和方向及進行層間錘擊等，如堿液貯槽底板焊接就應先焊短焊縫，再焊長焊縫。在成品堿罐等大型堿設備制作時采用這種方法，效果顯著。

（2）施焊前進行預熱。施焊前，采用≥50℃的溫度進行預熱，施焊時，則采用較小的線能量進行施焊，從而降低焊縫區的殘余應力。

（3）整體高溫回火。這種方法消除焊接殘余應力的效果最好，一般可消除80%~90%的殘余應力。其基本原理是由于焊件殘余應力的最大值（高峰應力）通?？蛇_到該種材料的屈服強度，而金屬在高溫下的屈服強度將降低，焊件的溫度若升高到某一定數值時，高峰應力也應該減少到該溫度下的屈服強度數值。如果要完全消除結構中的殘余應力，必須將焊件加熱到其屈服強度等于零的溫度，所以，一般所取的回火溫度為600~650℃。但此方法只適用于小型設備，對大型設備則不適用。

（4）局部高溫回火。對于大型設備，可采用局部高溫回火來消除其殘余應力，這種方法只對焊縫及其附近的局部區域進行加熱，消除應力的效果不如整體回火，僅可降低殘余應力的峰值，使應力分布比較平緩，但它不需要大型的熱處理設備，對長筒形容器、管道接頭等不能整體進行回火的設備比較適合。

2 不銹鋼在燒堿生產設備中的應用

不銹鋼在燒堿介質中的耐腐蝕性能遠遠優于碳鋼，在NaOH質量分數小于50%，溫度低于80℃的燒堿溶液中，具有優良的耐腐蝕性，在40%~50%燒堿生產中或用戶對產品有色度要求時，應用廣泛。如離子膜堿生產中的堿貯罐、堿高位槽、燒堿熱交換器和成品堿冷卻器等均采用不銹鋼材質。

燒堿生產中使用的是奧氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼具有18Cr-8Ni結構，耐腐蝕性較好，當鋼中鉻含量為12%左右時，鉻與腐蝕介質中的氧作用，在鋼表面形成一層很薄的氧化膜（自鈍化膜），可阻止鋼的基體進一步腐蝕。這種氧化層雖薄，但即使損壞了表層保護膜，所暴露的鋼表面仍能自我修復，可重新形成自鈍化膜，繼續起保護作用。一般選用超低碳奧氏體不銹鋼作為輸送堿液的管道。雖然不銹鋼對應力腐蝕也很敏感，但由于其含碳量低于碳在奧氏體中的溶解度，不會有鉻的碳化物（Cr23C6）在晶間析出。一旦發生應力腐蝕破裂，裂紋擴展速度不會受碳化物的影響而加快。另一方面，從斷裂力學觀點來看，提高材料的韌性，會增加在應力腐蝕環境的斷裂韌性。0Cr18Ni9、00Cr17Ni14Mo2等低碳不銹鋼的屈服強度較低，因此韌性好，抗應力腐蝕破裂的能力強。目前，在燒堿生產系統中，國內外多選用00Cr17Ni14Mo2型超低碳不銹鋼。在電解槽堿出口附近的設備、管道不采用不銹鋼，主要是由于在電解槽周圍不僅要耐高溫的強腐蝕，還要防止雜散電流的腐蝕。

3 鎳在燒堿生產中的應用

鎳有優良的的機械加工性能和良好的耐腐蝕性能，鎳幾乎能耐所有濃度和溫度的燒堿腐蝕，但鎳的價格昂貴，所以主要用在離子膜電解槽出口附近的設備、管道和堿濃縮設備中。堿循環罐、離子膜電解槽堿液出口管、堿濃縮一效蒸發器和一效分離器、產品預熱器等的主材都是用鎳制造的。由于隔膜堿液中含有0.3~0.6 g/L的氯酸鹽，而鎳在燒堿溶液中的腐蝕主要是氯酸鹽的作用，在隔膜堿生產中應用較少。

雖然鎳在燒堿溶液中耐蝕性好，但在高溫高濃度的堿液中，在拉應力的作用下，鎳設備同樣會發生應力腐蝕而開裂，所以，鎳設備和管道在焊后應進行消除應力處理，并盡可能保持鎳在軟態下使用，以提高斷裂韌性。

Corrosion and protection of caustic soda production

HE Tao-xiang
(Kaitian environmental technology Co.,Ltd.,Zhuzhou 412004,China)

The corrosion,anti-rot material and protective measures of caustic soda production in chlor-alkali industry were introduced.

caustic soda,corrosion,alkali fragile;carbon steel;stainless steel

TQ114.26

B

1009－1785(2011)07-0028-02

2011-05-25