参考文献:向炜成. 废硫酸再生装置的管道材料设计[J]. 硫酸工业, 2019,(4).
虽然参考文献介绍的是废硫酸再生装置中管道材料的选用,但对于设备同样很有参考价值。
废硫酸再生装置是一些化工企业的末端装置,主要用于将上游装置产生的废硫酸或酸性气体转化成符合要求的新鲜浓硫酸,既可以解决环境污染问题,可以将硫酸循环使用。废硫酸装置主要的腐蚀介质是不同浓度的硫酸,包括异常工况或停车过程中酸性气体凝结在管道内形成的冷凝酸。
废酸装置中硫酸对管道的腐蚀与介质的温度、压力、流速、浓度、运行状态、污染物等都有关系。
虽然浓硫酸具有极强的氧化性,能够在金属表面形成一层致密的钝化膜,但如果其流速过快、流态改变等问题导致钝化膜被破坏,就会对金属产生腐蚀。
而稀硫酸则具有较强的还原性,酸中具有大量的游离态H+离子,可以和大多数金属发生还原反应,会对金属产生严重的腐蚀。
在环境温度下,静止或低速(0.9m/s以下)的浓硫酸,碳钢具有很好的耐腐蚀性能。这是因为,在初期,浓硫酸会与碳钢反应在碳钢表面生成微溶性硫酸盐薄膜(钝化膜),若钝化膜不被破坏,就不会发生进一步反应,即不被腐蚀。
但应注意:如果设备或管道中有焊渣、孔隙等焊接缺陷,或是有铁鳞存在都会发生腐蚀。并且,对于小半径弯头或是其他突出物引起介质出现湍流,也会引起(局部)腐蚀。另外,管道的螺纹或承插连接也容易引起腐蚀。
碳钢管道不能用于输送稀硫酸。但对于含SO2或SO3的烟气管道,在正常运行时基本不含水的情况下,可以使用碳钢设备或管道。
室温下,传统的Cr-Ni和Cr-Ni-Mo系奥氏体不锈钢同样会与浓硫酸快速反应生成一层钝化膜,从而使不锈钢具有抗耐腐蚀能力。316可以抵抗90%~100%w的浓硫酸,但304仅可以用于93%w的浓硫酸。虽然不锈钢不易在浓硫酸中产生晶间腐蚀,但实践中通常采用304L或316L以防止在稀释或污染发生时材料出现晶间腐蚀倾向。
不锈钢管道在输送浓硫酸时对流速的要求没有碳钢高,允许1.8m/s以下。
若316L管道外加阳极保护,阳极保护可产生钝化膜提高管道的使用寿命。
此外,20合金对浓硫酸的耐蚀性要好于不锈钢,但造价过高,设备或管道使用的不多,但20合金阀门的运用较为广泛。
应注意的是,无论采用何种金属管道,装置停工时应尽快排尽设备或管道中的介质,并采用干燥空气或惰性气体烘干管道,防止冷凝酸产生,否则会引起腐蚀。
聚四氟乙烯等塑料因其本身的机械性能较差,所以通常作为设备或管道衬里。而像聚四氟乙烯,它几乎可以抵抗任何浓度的硫酸,且适用温度范围要比金属宽。具体见下表:
玻璃钢制容器或管道,是由将浸有树脂基体的纤维增强材料缠绕到芯模上并进行固化制成的。若采用不同的树脂基体或纤维增强材料,玻璃钢会有不同物理、化学性能,可根据不同的介质环境对所用材料进行调整。
根据所用材料的不同,玻璃钢可分为环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢、呋喃玻璃钢、不饱和聚酯玻璃钢等。在25℃时,玻璃钢对10%w及下的稀硫酸具有较好的耐腐蚀能力,但随着硫酸浓度的增加,耐蚀能力下降。其中,酚醛玻璃钢耐高浓度硫酸的能力最好。
需要注意的是,玻璃钢材料本身存在弹性模量低,长期耐温性能差,易老化,剪切强度低等缺点。
硫酸对管道的腐蚀与介质的浓度、流速、温度、使用频率等因素都有关系。废硫酸再生装置的选材要从经济效益、检修周期、材料耐腐蚀性能等多方面考虑。仅从硫酸耐蚀效果上看,金属管道中20合金、316L不锈钢、304L不锈钢、碳钢耐浓硫酸腐蚀能力依次减弱。
聚四氟乙烯衬里管道有较好的耐不同浓度硫酸腐蚀的能力,但是衬里管道由法兰连接,泄露风险大。
玻璃钢管道仅能耐受低浓度硫酸腐蚀,不同树脂类型的玻璃钢耐硫酸腐蚀能力也不同。
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