不同濃度氯離子、硫離子對掛片的動態試驗研究

高 冰， 龐偉玲， 王 攀

(河南心連心化肥有限公司， 河南新鄉 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,目前無相應標準規定氯、硫離子對設備的腐蝕速率，參考GB 50050—2007《工業循環冷卻水處理設計規范》中循環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，通過調整氯離子、硫離子的濃度保證設備腐蝕在指標內[1-3]。

本文以304、316不銹鋼為試樣進行動態掛片試驗，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個同種材質掛片，試驗裝置見圖1。

圖1 掛片試驗裝置圖

2 數據處理

腐蝕速率的計算公式：

式中：X——試片的腐蝕速率，mm/a；

m——試片質量損失，g；

m0——試片酸洗空白試驗的質量損失平均值，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。

參考國家標準GB 50050—2007中循環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，將試驗數據進行處理，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。

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

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。將試驗數據進行整理，結果見表3和圖4、圖5。

表1 掛片在不同質量濃度K2SO4溶液中的動態試驗數據

表2 掛片在不同質量濃度KCl溶液中的動態試驗數據

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試驗數據

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。

結合以上試驗數據，參照GB 50050—2007中循環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，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

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

3 試驗結論

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

(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、硫質量分數的增大，腐蝕速率呈增大趨勢，個別出現偏差，可能與試驗中存在的誤差有關。

4 結 語

試驗得到的允許質量分數與尿素生產廠家規定的質量分數可能會出現較大的差異，得出的質量分數僅作為參考。尿素生產工藝中涉及到高溫、高壓條件，還有尿液、氨等介質，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、高壓等與實際生產相關的因素，還需要進一步完善。