李長(zhǎng)嶺

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山063305）

1 點(diǎn)蝕

點(diǎn)蝕是化工企業(yè)設(shè)備中常見的一種局部腐蝕。在某些靜止或流動(dòng)的化工介質(zhì)中，大部分金屬材料的表面不腐蝕或者發(fā)生輕微腐蝕，但在局部或個(gè)別點(diǎn)處，出現(xiàn)一個(gè)或者多個(gè)直徑為數(shù)十微米的小孔。這些小孔一般小而深，孔口因被腐蝕產(chǎn)物部分覆蓋而造成較大的破壞性，對(duì)生產(chǎn)穩(wěn)定和安全存在較大隱患。

在氧化性介質(zhì)中，不銹鋼表面形成一層致密性的氧化膜，使不銹鋼具有較好的耐腐蝕性。但在介質(zhì)中，若有氯離子的存在，不銹鋼的鈍化膜就會(huì)被破壞，造成腐蝕加速。

2 腐蝕機(jī)理

氯屬于第七主族元素，在最外層有7個(gè)電子，十分容易得電子，有強(qiáng)氧化性。雖然氟的氧化性更強(qiáng)，但由于無(wú)法失電子，無(wú)法形成最高價(jià)氧化物。因此氯的最高價(jià)氧化物的水化物—高氯酸就是最強(qiáng)的酸。氯離子對(duì)不銹鋼金屬表面鈍化膜的活化作用機(jī)理包括成相膜機(jī)理和吸附機(jī)理。成相膜機(jī)理認(rèn)為在含有氯離子的化工介質(zhì)中，不銹鋼表面產(chǎn)生的鈍化膜容易被半徑較小的氯離子穿透，致密的氧化膜結(jié)構(gòu)遭到不可逆的破壞。氯離子則和溶解的金屬陽(yáng)離子形成可溶的金屬氯化物，從而造成不銹鋼的腐蝕。

吸附機(jī)理相對(duì)復(fù)雜，認(rèn)為在含氯的介質(zhì)中，氯離子被金屬吸附能力遠(yuǎn)強(qiáng)于氧分子與金屬形成的鈍化膜的能力。它可將已形成鈍化膜的氧原子擠掉，與金屬陽(yáng)離子形成可溶性的金屬氯化物。此時(shí)，在不銹鋼基底上便形成了幾十微米的小的點(diǎn)蝕坑。點(diǎn)蝕坑內(nèi)外的金屬表面分別處于活化、鈍化狀態(tài)，構(gòu)成小陽(yáng)極大陰極的原電池。原電池一旦形成，孔內(nèi)形成的溶解的氯化物與金屬表面形成的鈍化膜無(wú)法進(jìn)行離子交換，造成孔內(nèi)氯化物的濃度不斷增加，酸性逐漸增強(qiáng)，點(diǎn)蝕孔不斷加深，最終形成多個(gè)小而深的點(diǎn)蝕孔。

3 影響因素

3.1 氯離子濃度

不銹鋼金屬表面鈍化膜破壞程度受氯離子濃度影響較大。研究表明，在不同氯離子濃度的介質(zhì)中，不銹鋼電極的動(dòng)電位掃描極化曲線存在較大的差異。

在無(wú)氯離子存在或氯離子濃度較低的介質(zhì)中，在自腐蝕電位附近，電流密度基本保持穩(wěn)定，隨著電壓的增加，電流密度出現(xiàn)的平臺(tái)區(qū)較長(zhǎng)。當(dāng)電壓增加到某值后，電流密度出現(xiàn)階躍現(xiàn)象，這是因?yàn)殁g化膜遭到不可逆破壞。

當(dāng)氯離子濃度逐漸增加時(shí)，在自腐蝕電位附近出現(xiàn)的平臺(tái)區(qū)的長(zhǎng)度逐漸縮短，電流密度出現(xiàn)階躍時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓也相對(duì)降低，這說(shuō)明隨著氯離子濃度的升高，不銹鋼表面形成的致密的氧化膜在較低的活化電位下即發(fā)生點(diǎn)蝕。

上述理論在化工生產(chǎn)中得到有效的證實(shí)，在不銹鋼的化工設(shè)備、管道中，純水、生活水等介質(zhì)在設(shè)備、管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，不銹鋼沒有任何點(diǎn)蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象。一旦因設(shè)備密封不嚴(yán)、夾套泄漏等原因造成純水、循環(huán)水介質(zhì)中摻入少量的氯離子時(shí)，不銹鋼在長(zhǎng)期的腐蝕介質(zhì)浸泡、沖刷下，表面及內(nèi)部發(fā)生明顯的孔蝕或應(yīng)力開裂。

因此，為避免不銹鋼材料在氯離子存在的介質(zhì)中的腐蝕行為，行業(yè)內(nèi)通常要求流動(dòng)介質(zhì)中的氯離子濃度不高于25×10-6。

3.2 溫度

溫度對(duì)不銹鋼點(diǎn)蝕等局部腐蝕具有促進(jìn)作用。隨著溫度的升高，電流密度出現(xiàn)的平臺(tái)區(qū)逐漸縮短，電流的階躍電位逐漸降低，說(shuō)明溫度越高，發(fā)生點(diǎn)蝕的趨勢(shì)越明顯。這可能是因?yàn)闇囟却龠M(jìn)了氯離子的定向移動(dòng)，在不銹鋼金屬表面氯離子的吸附量增加，導(dǎo)致增加的氧原子被排出，鈍化膜被活化，原電池的氧化還原反應(yīng)速度增加。

化工介質(zhì)在不同溫度下，對(duì)不銹鋼的腐蝕有明顯的區(qū)別。含氯根的熱水分別在5℃、35℃、95℃3種溫度下，純水對(duì)不銹鋼的點(diǎn)蝕速率明顯存在區(qū)別。在溫度較低時(shí)，不銹鋼表面無(wú)明顯變化，在較寬的電位區(qū)間內(nèi)，腐蝕電流密度均無(wú)明顯變化，鈍化膜表現(xiàn)較好的保護(hù)性。然而，溫度升高至95℃時(shí)，不銹鋼表面有明顯的點(diǎn)蝕坑，腐蝕產(chǎn)物覆蓋在點(diǎn)蝕坑表面，這是由于溫度每上升10℃，點(diǎn)蝕電位負(fù)移25~30 mV，造成嚴(yán)重的腐蝕。

3.3 微生物腐蝕

在不銹鋼的焊縫和熱影響區(qū)較容易發(fā)生微生物腐蝕，不銹鋼因點(diǎn)蝕而遭受破壞。微生物對(duì)不銹鋼的破壞一般包括微生物自身破壞和代謝產(chǎn)物活化兩個(gè)方面。在適宜的光照、氧分、溫度的條件下，微生物生長(zhǎng)繁殖過(guò)程影響局部介質(zhì)的pH值，對(duì)不銹鋼表面的鈍化膜造成破壞，促進(jìn)氯離子對(duì)不銹鋼的點(diǎn)蝕及應(yīng)力開裂。同時(shí)，微生物在生長(zhǎng)繁殖的過(guò)程中，產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物會(huì)沉積在金屬表面，排出鈍化膜中吸附的氧分子，造成腐蝕速率加速。

在敞開式的循環(huán)水系統(tǒng)中，微生物因獲得適宜的生長(zhǎng)環(huán)境而大量繁殖，水體渾濁、有異味，造成上述的兩種作用對(duì)不銹鋼的破壞相互影響，共同促進(jìn)其點(diǎn)蝕。因此，生產(chǎn)上常采用增加在線監(jiān)測(cè)儀器的方式預(yù)防微生物對(duì)不銹鋼表面造成嚴(yán)重腐蝕。

4 合成爐氯離子腐蝕的應(yīng)對(duì)方法

氯化氫合成爐是氯堿行業(yè)合成氯化氫的主要設(shè)備，目前主要采用石墨材質(zhì)作為主要反應(yīng)的設(shè)備材質(zhì)，這是基于石墨的耐高溫、易傳熱、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)。行業(yè)內(nèi)普遍采用的是二合一石墨氯化氫合成爐，下部分為燃燒合成段，用于氫氣、氯氣燃燒反應(yīng)生成氯化氫氣體，上部分為冷卻段，將氯化氫氣體使用循環(huán)水冷卻至35℃以下，便于向外輸送。石墨合成爐的下部分即氯氣與氫氣的反應(yīng)段采用純水作為換熱介質(zhì)，回收反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的部分熱量，副產(chǎn)熱水或蒸汽用于其他物料的加熱，也可用于溴化鋰制冷機(jī)組制取冷凍水。其中還有底部燈頭部位的冷卻，一般采用循環(huán)水或純水換熱。冷卻段采用循環(huán)水冷卻氯化氫氣體，將生產(chǎn)的高溫氣體降溫冷卻，使其中的大部分水蒸氣冷凝，減少在輸送過(guò)程中產(chǎn)生冷凝酸。

合成爐底部換熱為純水循環(huán)降溫利用，由于合成爐底部循環(huán)純水富集氯離子，長(zhǎng)期循環(huán)后，氯離子對(duì)合成爐筒體和管道產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，嚴(yán)重時(shí)氯離子含量達(dá)25×10-6，對(duì)安全生產(chǎn)造成較大隱患。為避免氯離子腐蝕設(shè)備和管道，通過(guò)排水操作控制氯離子含量，此部分屬于純水，但排地溝回用只能做為化鹽補(bǔ)充的生產(chǎn)水利用，嚴(yán)重浪費(fèi)其價(jià)值。

為了更充分發(fā)揮純水的效能，降低用水消耗，車間對(duì)廢水系統(tǒng)進(jìn)行整體改造，將合成底部純水外排部分整體回收至一次鹽水崗位作為精制劑配料用水，并配備專業(yè)儲(chǔ)水罐，用于收集合成爐外排的純水，當(dāng)一次鹽水崗位配制碳酸鈉、三氯化鐵時(shí)，通過(guò)泵將收集的純水打入配制槽進(jìn)行配料。這樣既解決了合成爐長(zhǎng)期富集氯離子造成設(shè)備和管道腐蝕問題，又解決了碳酸鈉配料用生產(chǎn)水結(jié)疤堵塞管道問題。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行期間，合成爐氯離子含量穩(wěn)定控制在3×10-6以內(nèi)，設(shè)備和管道也無(wú)新增漏點(diǎn)問題。