硫酸設(shè)備的選材
發(fā)布日期 : 2023-03-01 17:03:59
由于硫酸的強(qiáng)烈腐蝕性，使生產(chǎn)硫酸和使用硫酸的設(shè)備造成了嚴(yán)重的腐蝕。為了防止或減輕這種腐蝕，保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行，各種硫酸設(shè)備的材料必須根據(jù)硫酸的腐蝕特性以及各種材料的耐蝕性能進(jìn)行正確的選擇和合理的使用。
硫酸主要是用接觸法和鉛室法生產(chǎn)的。硫或硫化物，如硫化銅礦石經(jīng)過(guò)燃燒生成二氧化硫，在氧和催化劑的作用下，二氧化硫變成了三氧化硫，三氧化硫溶介于水即得硫酸。當(dāng)硫酸濃度大于100%，并含有游離三氧化硫氣體時(shí)被稱為發(fā)煙硫酸。例如含有20%游離三氧化硫氣體的酸被稱為20%發(fā)煙硫酸或104.5%硫酸。
稀硫酸是一種非氧化性酸，隨著濃度的提高，硫酸就會(huì)變成氧化性酸，它可以被還原成二氧化硫。因此濃硫酸可以使鋼和鐵鈍化，使普通鋼鐵在濃硫酸中成為耐蝕。但是硫酸會(huì)吸收空氣中的水份，一旦硫酸被稀釋到68%以下濃度時(shí)，碳鋼和鑄鐵的設(shè)備就會(huì)受到嚴(yán)重的腐蝕。在非氧化性的稀硫酸中，鋼和鐵不能通過(guò)在表面生成氧化膜而鈍化。氧和其他氧化劑的存在會(huì)改變稀硫酸的腐蝕特性。但是在濃硫酸中，由于濃硫酸本身是一種氧化劑，因此氧和氧化劑就不會(huì)改變濃硫酸對(duì)金屬的腐蝕特性，正如不銹鋼在硝酸中那樣不受通氧或不通氧的影響。
碳素鋼廣泛地被用作室溫下濃度大于70%的硫酸設(shè)備，如貯槽、管線、槽車和船倉(cāng)等。通常盛裝78%、93%、 98%的硫酸和發(fā)煙硫酸。圖1表示碳素鋼在濃硫酸中硫酸濃度和溫度對(duì)腐蝕率的影響。等腐蝕曲線顯示，在硫酸濃度為101%附近，曲線明顯下凹，表明此處腐蝕迅速增加，選用碳素鋼時(shí)要特別注意。在硫酸濃度85%附近，曲線也稍有下凹，表明此處腐蝕稍有增加。曲線的虛線部分表示數(shù)據(jù)不足，曲線位置多少是帶有推測(cè)性的。圖1也表明，不論在什么溫度下，在小于65%的硫酸中，碳素鋼是不能使用的。溫度在65℃以上時(shí)，不論硫酸濃度多大，碳素鋼一般也不能使用。
較高的流動(dòng)速度會(huì)增加硫酸對(duì)碳素鋼的腐蝕，如碳素鋼制的泵使用壽命很短，但是每秒幾英尺的流動(dòng)速度，似乎還不會(huì)改變它的腐蝕特性。固體懸浮物會(huì)引起碳素鋼的磨損腐蝕。
充空氣對(duì)碳素鋼在濃硫酸中的腐蝕影響很小，因?yàn)闈饬蛩岜旧硎茄趸缘?。但是發(fā)現(xiàn)“空氣泡”對(duì)通濃硫酸的管線卻有破壞作用。例如一根通93%硫酸的碳素鋼管線，使用一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)沿著管子內(nèi)壁的頂部出現(xiàn)溝槽，溝槽深而銳利，而在管子的其他內(nèi)表面上幾乎沒(méi)有腐蝕。這顯然是由沿著管子內(nèi)壁上方浮動(dòng)的“空氣泡”引起的?？諝馐峭ㄟ^(guò)泵的墊料處吸入，并隨著流動(dòng)的硫酸進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部、這種“空氣泡”的破壞作用可以通過(guò)排出空氣或防止空氣從泵、閥等處進(jìn)入管線而得到克服。
碳素鋼在濃硫酸中使用，因焊接等原因受熱后，在局部地區(qū)會(huì)出現(xiàn)“牛皮癬”腐蝕，這是由于珠光體組織受熱后球化引起的，將碳鋼經(jīng)850℃左右的正火處理后可以防止“牛皮癬”腐蝕的發(fā)生。
低合金鋼在硫酸中的耐蝕性大體和碳素鋼相似，但是含銅或含鉬的某些低合金鋼在室溫稀硫酸中的耐蝕性有所提高。例如09CuWSn鋼在室溫稀硫酸中具有比普通碳素鋼好得多的耐蝕性，在濃硫酸中的耐蝕性和普通碳素鋼相似。09CuWSn鋼的成份和性能見表1。
四、鑄鐵的耐硫酸腐蝕特性：
普通鑄鐵在硫酸中的耐蝕性和普通碳素鋼相似。但是灰鑄鐵在濃硫酸中會(huì)發(fā)生開裂現(xiàn)象。這是因?yàn)樗崮軌蜓刂B續(xù)的片狀石墨組織滲入鑄鐵內(nèi)部，使鑄鐵內(nèi)部發(fā)生腐蝕(公眾號(hào):泵管家)。由于腐蝕產(chǎn)物體積增大，而使局部產(chǎn)生很高的應(yīng)力。隨著腐蝕產(chǎn)物的增加，局部?jī)?nèi)應(yīng)力不斷增加，最后導(dǎo)致鑄鐵開裂損壞。因此在硫酸中普通灰鑄鐵通常不宜采用。如果通過(guò)熱處理，使連續(xù)的片狀石墨組織變成不連續(xù)的球狀組織，這樣硫酸就不會(huì)滲入鑄鐵內(nèi)部，從而就可以防止鑄鐵在硫酸中發(fā)生開裂現(xiàn)象。因此，所謂可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵或延性鑄鐵在硫酸中就具有較好的使用性能。
鑄鐵和碳鋼一起在100%左右的硫酸中使用時(shí)，可能會(huì)發(fā)生電偶腐蝕。由于鑄鐵較脆以及考慮到安全等的原因，因此在可能的條件下應(yīng)該寧用碳鋼而少用鑄鐵。
高硅鐵的典型成份為含碳0.95%，含硅14.5%，其余為鐵。從成份看，似屬于鋼，從組織和性能來(lái)看，它和鑄鐵相似，所以通常稱為高硅鑄鐵。它不含鉻和鎳等貴重合金元素，并且有很好的耐蝕性能。在硫酸中，從0~100%的濃度中，它具有比所有其他工程合金更好的耐蝕性，因此廣泛地被用于硫酸介質(zhì)中。但是高硅鑄鐵硬而脆，難以加工，只能鑄造。在使用中對(duì)溫度變化很敏感，激冷激熱也會(huì)開裂損壞，受機(jī)械振動(dòng)或沖擊時(shí)也較易開裂，因此制造、安裝、使用都必須特別小心。但是，因?yàn)樗?，所以很耐磨，特別適宜在含有固體懸浮
