發煙硝酸管路的優化選擇

摘 要：針對聯合酸洗生產線管路系統在實際生產中存在的腐蝕問題，通過選擇不同材質的管路進行試驗比較，最終綜合考慮安全生產、維護成本等諸多方面的因素選擇最適宜的管材，達到人員安全、生產優化、設備穩定運行的目的。

關鍵詞：聯合酸洗線；發煙硝酸；工業純鋁管

1 設備概述

寶鈦集團某廠聯合酸洗線是熱卷帶材處理的第一道工序，其具備的基本功能為開卷、拋丸、酸洗、切邊和收卷功能，主要功能是去除熱卷帶材表面致密的氧化皮，為后續的生產工序做好準備。

2 試驗項目的提出

聯合酸洗線核心的酸洗功能需要使用到硝酸溶液。當地市場僅能采購到98%的硝酸，由于其強烈的揮發性，不斷的有氣體從溶液中向外逸出，就像煙囪一樣，故稱為發煙硝酸。其具有強烈的氧化性和腐蝕性，因此保證管路系統的可靠穩定運行時確保人員和設備安全的必要措施。

酸洗線設備廠家設計的管路材質為304不銹鋼。設計材質在酸洗線試生產的半年時間內，發生了多次管路被腐蝕泄漏經補焊處理后再被腐蝕泄漏的情況，最嚴重的一次導致3m3硝酸泄漏，大量逸出的硝酸煙霧嚴重腐蝕了廠房內其它生產線的設備，造成經濟損失50萬元。

3 試驗過程及分析

鑒于設計材質在實際使用中事故頻出的問題，為了保證人員和設備的安全，避免為企業造成更大的損失，特進行了管路材質的優化選擇試驗。此次優化試驗依次選擇了三種材料，即316Ti不銹鋼、鋼襯四氟管和工業純鋁管。

316Ti不銹鋼的中國牌號是0Cr18Ni12Mo3Ti，是在316不銹鋼中添加鈦元素來改善抗晶間腐蝕性能，是根據德國專家設計的硝酸儲存罐的材質選擇的材料，該材料具有耐腐蝕性優、焊接性好的特點。采用該管材后管路系統在半年的時間內仍然存在腐蝕泄漏的情況，尤其是焊縫處的耐腐蝕性較差，采用氬氣保護焊接的方法也不能明顯提高焊縫的耐腐蝕性，與304不銹鋼的使用效果基本相同。

鋼襯四氟管是以普通碳素鋼管作為基體，內襯化學穩定性優良的熱塑性聚四氟乙烯（PTFE）塑料，經特定的工藝加工而成。它既有鋼管的機械性能，又有四氟塑料的高耐腐蝕，緩結垢的特點，是輸送強酸、強堿、工業鹽及有強烈腐蝕性氣體等介質的理想管道。工作溫度的范圍是-100～250℃。硝酸管路系統自2012年6月份改為鋼襯四氟管后，使用效果比較理想。在兩年半的使用時間內，管路沒有被腐蝕破損的現象，但是由于管路采用法蘭連接，且法蘭數量較多，所以法蘭密封面偶爾會出現泄漏的情況。同時由于鋼襯四氟管不能焊接，在預制安裝好后改變尺寸比較困難。2013年6月，聯合酸洗線硝酸泵因磨損報廢，因采購進口原裝硝酸泵成本高周期長，所以單位決定進行硝酸泵國產化改造，由于國產泵與進口泵的尺寸不一致，所以必須對原有管路進行改動。由于鋼襯四氟管不可焊接，而且制造周期長成本高，所以我們選擇了工業純鋁管進行了工藝試驗。

世界金屬工業生產及消費中，鋁的年產量及消費量僅次于鐵，居于有色金屬之首位。金屬鋁具有外觀美、質量輕、導熱及導電性好、耐腐蝕、腐蝕產物無色無毒并不會引起環境污染及破壞等一系列優異性能，在現代航空、航天、石油、化工等諸多領域得到廣發應用。常溫條件下，在80%以上的硝酸溶液中，硝酸與鋁發生氧化反應，在鋁的表面產生不溶性的氧化鋁。其反應化學方程式如下：

2Al+6HNO3====Al2O3+3N2O4+3H2O

氧化鋁在硝酸中異常穩定，不僅本身不再參加反應，不溶解于硝酸溶液中，并且很致密，具有很高的硬度和附著力，在鋁表面上所形成的氧化膜（又稱鈍化膜），對基底鋁起到屏蔽和良好的保護作用。

在對酸洗線硝酸泵國產化的過程中，由于泵的接口尺寸與原系統存在差異，所以需對原管路系統增加一個異形件連接硝酸泵和管路系統。由于異形件尺寸難以測量，需在現場配作，而鋼襯四氟管加工困難且不能焊接，所以選擇耐腐蝕的工業純鋁管比較適宜。鋁及鋁合金具有導熱性強而熱容量大，線膨脹系數大，熔點低，高溫強度小等特點，焊接難度大，容易產生裂紋、氣泡等缺陷，因此必須采取一定的措施，才能保證焊接質量。交流氬弧焊是焊接鋁及鋁合金較完善的方法，由于氬氣的保護作用和氬離子對氧化膜的陰極破損，氬弧焊可以不用焊劑，這就避免了焊后殘渣對接頭的腐蝕。此外，焊接時氬氣流對焊接區的沖刷，使接頭顯著冷卻，從而改善了接頭的組織和性能。采用交流氬弧焊焊接制作的異性連接件順利的將國產硝酸泵與原管路系統連接成整體，成功的完成了硝酸泵的國產化。截止目前在工業純鋁管路使用的半年當中，硝酸管路運行良好，鋁制管路未出現腐蝕泄漏，保證了聯合酸洗線生產的常態運行。

4 結束語

硝酸管路系統中使用的三種材料的性能比較如表1所示。通過試驗結果和性能分析可得出如下結果：

表1 管材性能對比參照表

（1）316Ti不銹鋼在硝酸管路中的使用效果與304不銹鋼差別不大，使用壽命較短，存在較大的泄漏風險，容易造成人員和設備的安全事故，且使用成本較高，故不適宜應用在發煙硝酸管路系統中。（2）鋼襯四氟管的耐腐蝕性優異，使用壽命具有明顯的優勢。但是因為其為預制管道，采用法蘭連接，因此密封面和泄漏點多，連接安裝及更換密封難度較大；該管道不能焊接，在某些使用異型管或復雜管路的地方無法使用，需要使用其他管路替代；同時該管道的經濟成本較高。因此鋼襯四氟管在發煙硝酸管路系統中使用既有優點又有一些弊端，可酌情使用。（3）工業純鋁管耐發煙硝酸的性能優異，使用壽命與鋼襯四氟管基本相當，雖然焊接難度較大，容易產生裂紋和氣泡等缺陷，但通過采用適當的措施和合適的焊接方法可以有效的保證焊接質量，從而可以焊接整體管道，減少法蘭密封面的數量，并可以焊接任意形狀的管道，使用上沒有局限性，同時工業純鋁管的經濟成本很低，綜合性價比較高。因此工業純鋁管在發煙硝酸管路系統中綜合性能

參考文獻

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