賀娟 馬鋒(陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木天元化工有限公司，陜西榆林719319)

氯離子在水溶液中對金屬設(shè)備的腐蝕

賀娟 馬鋒(陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木天元化工有限公司，陜西榆林719319)

水溶液中的氯離子在與氫氧離子競爭的吸附過程中，能夠破壞金屬鈍化膜，進(jìn)而導(dǎo)致點(diǎn)蝕、孔蝕和縫隙腐蝕的現(xiàn)象發(fā)生，使金屬設(shè)備更易被腐蝕。其中既包含有電化學(xué)腐蝕，也有部分原因是氯離子的配位能力所導(dǎo)致。氯離子的危害不容忽視，對于設(shè)備壽命以及生產(chǎn)安全都會造成直接的影響。因此，通過研究氯離子的腐蝕機(jī)理，最終為控制和降低氯離子對金屬設(shè)備的影響十分必要。

氯離子；金屬；腐蝕

氯離子基于其半徑小、穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)，因此能夠優(yōu)先地選擇吸附在鈍化膜上，把氧原子排擠掉，然后和鈍化膜中的陽離子結(jié)合成可溶性氯化物，結(jié)果在新露出的基底金屬的特定點(diǎn)上生成小蝕坑，進(jìn)而造成對設(shè)備的腐蝕。氯離子對金屬腐蝕的影響主要表現(xiàn)在以下兩個方面：一方面是降低材質(zhì)表面鈍化膜的形成或加速鈍化膜的破壞，從而促進(jìn)局部腐蝕；另一方面使得二氧化硫和二氧化碳在水溶液中的溶解度降低，從而緩解材質(zhì)的腐蝕。氯離子長期在水溶液中可以加速促進(jìn)腐蝕反應(yīng)，容易穿透金屬表面的保護(hù)膜，造成縫隙腐蝕和孔蝕。特別是對奧氏體不銹鋼等金屬會造成開裂危害，加速設(shè)備在短期內(nèi)報(bào)廢的可能。因此，預(yù)防氯離子對金屬設(shè)備的腐蝕勢在必行。

1 水溶液中氯離子腐蝕金屬設(shè)備的機(jī)理

氯離子、水溶液硬度以及溶解氧都是造成金屬設(shè)備腐蝕的重要因素，其中氯離子的影響效果相對較低，但也不容忽視。氯離子腐蝕金屬的機(jī)理大致可分兩種，分別是成相膜理論和吸附理論。二者觀點(diǎn)雖然不同，但是反應(yīng)過程基本是一致的。氯離子濃度越高，水溶液的導(dǎo)電性就越強(qiáng)，電解質(zhì)的電阻就越低，氯離子就越容易到達(dá)金屬表面，加快局部腐蝕的進(jìn)程。尤其在酸性環(huán)境中氯離子會在金屬表面形成氯化物鹽層，并替代具有保護(hù)性能的碳酸鐵膜，從而導(dǎo)致點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕、孔蝕失和縫隙腐蝕的發(fā)生。腐蝕過程中，氯離子不僅在蝕坑區(qū)域富積，而且還會在周圍區(qū)域附近富積，這就是腐蝕形成的前期過程。

2 對影響氯離子腐蝕金屬設(shè)備的原因分析

首先，金屬設(shè)備在加工制作過程中雖然經(jīng)過了熱處理消除應(yīng)力，但仍有殘留。而且設(shè)備在安裝過程中，由于溫度機(jī)械等因素不可避免地會對設(shè)備產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而造成這些部位氯離子很容易積聚進(jìn)而造成腐蝕。其次，氯離子具有催化作用而使金屬設(shè)備產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂，最開始的表現(xiàn)為腐蝕縫隙或腐蝕溝槽，使被破壞的鈍化膜無法修復(fù)。隨著腐蝕的持續(xù)進(jìn)行，金屬設(shè)備隨之會呈枝狀裂紋。再次，溫度會對氯離子腐蝕產(chǎn)生的誘導(dǎo)作用。在應(yīng)力和氯離子都存在的條件下，溫度較低時(shí)腐蝕并不明顯，隨著溫度的升高，腐蝕開裂日益加劇。最后，溶液的水流速度也是造成腐蝕現(xiàn)象的重要因素。水流速度低的時(shí)候氯離子不易擴(kuò)散，這就為氯離子富集創(chuàng)設(shè)了有利條件，進(jìn)而加劇了氯離子的腐蝕危害。

3 預(yù)防和控制氯離子腐蝕金屬設(shè)備的對策及建議

眾所周知，氯離子的化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，想要通過藥劑化學(xué)反應(yīng)來降低氯離子很難實(shí)現(xiàn)。因此通過設(shè)備改進(jìn)及投入緩蝕劑等方法來降低氯離子對金屬設(shè)備的腐蝕具有極強(qiáng)的可行性和操控性。

3.1 合理選材,控制應(yīng)力

一方面，要選用耐應(yīng)力腐蝕材料，主要為高純奧氏體鉻鎳鋼,高硅奧氏體鉻鎳鋼,高鉻鐵素體鋼和鐵素體——奧氏體雙相鋼。其中,以鐵素體——奧氏體雙相鋼的抗應(yīng)力腐蝕能力最好。此外還要優(yōu)化金屬設(shè)備材質(zhì)，完善和改進(jìn)金屬設(shè)備的防腐功能，可以在金屬中加入鉬、氮、硅等元素，同時(shí)提高鉻含量。另一方面，在裝配時(shí),盡量減少應(yīng)力集中,并使其與介質(zhì)接觸部分具有最小的殘余應(yīng)力，防止磕碰劃傷,嚴(yán)格遵守焊接工藝規(guī)范。嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，并控制原料成分、流速、介質(zhì)溫度、壓力、pH值等工藝指標(biāo)。在工藝條件允許的范圍內(nèi)添加緩蝕劑。鉻鎳不銹鋼在溶解有氧的氯化物中使用時(shí),應(yīng)把氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。

3.2 降低氯離子在水溶液中的含量

通過加入緩蝕劑,可以增加鈍化膜的穩(wěn)定性，進(jìn)而達(dá)到控制腐蝕的目的，同時(shí)有利于受損鈍化膜得以再鈍化。此外還可以采用外加陰極電流保護(hù),抑制孔蝕。另外，藥劑原理是通過與水中的鈣離子或腐蝕產(chǎn)物亞鐵離子相結(jié)合，生成以聚合磷酸鈣鐵為主要成份的化合物，依靠腐蝕電流電沉積于陰極表面形成沉淀膜保護(hù)金屬不被腐蝕。最后加大成本投入，通過離子交換和反滲透等方式進(jìn)一步降低氯離子的含量。

3.3 無機(jī)防腐涂料的使用

無機(jī)防腐涂料可以有效預(yù)防氯離子對不銹鋼的腐蝕，它具有高強(qiáng)度，高韌性，耐溫高、耐沖磨，耐老化，耐酸堿鹽腐蝕，附著力強(qiáng)等特點(diǎn)，應(yīng)用范圍十分廣泛。防腐涂料的技術(shù)十分先進(jìn)，且防腐效果也很好。通過特制的無機(jī)防腐和金屬鈍化鋅粉所組成的溶液，對硅原子上連接整合的羥基、烷基產(chǎn)生很好的三元協(xié)同效應(yīng)。該溶液穩(wěn)定性強(qiáng)，減輕了對高聚物內(nèi)部的影響，成膜物更致密，防腐抗腐蝕性能好，保護(hù)金屬不腐蝕，且附著力強(qiáng)。

總之，氯離子對金屬設(shè)備的腐蝕具有很大的影響，為了確保生產(chǎn)的穩(wěn)定健康發(fā)展，企業(yè)要加大對氯離子腐蝕危害的重視，并根據(jù)設(shè)備材質(zhì)、工藝情況以及設(shè)備工作情況做好氯離子的控制工作。此外還要設(shè)定好適宜的溫度、濃度和壓力值，以確保氯離子的濃度要低于25ppm，這才能夠?qū)崿F(xiàn)金屬設(shè)備的安全運(yùn)行。此外，還可在工藝條件允許的情況下，加入適當(dāng)?shù)木徫g劑或選擇合理的新型材料，可并適當(dāng)考慮選用非金屬材質(zhì)，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最佳化。

[1] 趙麥群，雷阿麗.金屬的腐蝕與防護(hù)[J].北京:國防工業(yè)出版社，2002,9:167-196.

[2] 李國德，王艷，曹中秋.晶粒細(xì)化對金屬Cr在含Cl-介質(zhì)中腐蝕電化學(xué)行為的影響[J].化工學(xué)報(bào)，2012,63(2):560-566.

[3] 王瑩，曹祖賓，孫薇薇，張繁軍.緩蝕劑的分類和發(fā)展方向[J].全面腐蝕控制2009,23:24-26.