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论循环水中氯离子控制及对不锈钢腐蚀机理

作者:管件 来源: 日期:2020/6/22 2:19:53 人气:6

在我国以往的化工生产过程中,化工设备的毁坏是一种比较常见的现象,严重的影响着我国化工产业的生产力。本文分析了循环水中引起不锈钢腐蚀的各种因素,论述了氯离子对不锈钢腐蚀的机理和形态,指出引起不锈钢应力腐蚀的临界氯离子浓度受到水质、温度、流速、微生物、水稳剂等各种因素的影响,确定合理的循环水氯离子控制指标应以完善的循环水处理控制方案为前提,在保证生产平稳运行的同时兼顾节水减排。

1引言

化工设备的毁坏问题是一个比较普遍的现象,严重的影响着化工产业的生产力,而在化工生产设备的日常维护中可以发现,化工设备维护最普遍的部位就是压力容器,多数体现在压力容器双相不锈钢的腐蚀上。面对这一问题,设备厂家希望制定严格的循环水氯离子控制标准以延长不锈钢换热器的使用寿命,而循环水的保运企业则更希望通过合理的水处理控制方案提高循环水中氯离子的控制标准以达到节水减排的目的。

2氯离子对双相不锈钢腐蚀的基本机理

在双相不锈钢的构成元素中,除了Fe元素之外还含有大量的Cr元素和Ni元素,这也是其具有耐腐蚀性能的根本原因,因为这两种元素可以使不锈钢在氧化介质中生成一层非常致密的氧化膜,使不锈钢产生钝化现象,这样就相当于给不锈钢镀了一层防氧化膜,可以使不锈钢的腐蚀速度大大降低,从而达到双相不锈钢的耐腐蚀的目的。但是在双相不锈钢氧化膜的生成过程中氯离子却起着反作用力,由于氯离子的活化作用,不仅可以阻止不锈钢的钝化,同时也可以破坏这种氧化膜,使双相不锈钢的耐腐蚀性大大降低。在当今时期,人们对氯离子活化不锈钢氧化膜的现象还没有一个准确的定论,但是经过研究人员的不断的研究与探索,得出了以下两种有效结论:

2.1成相膜理论

在成相膜理论中,人们认为氯离子的半径小,具有良好的穿透力,可以很容易的穿透不锈钢的氧化膜达到金属表面,然后氯离子就会和金属发生一系列的化学反应,产生一些可溶性的物质作用于不锈钢的氧化膜,使氧化膜的结构发生变化,失去阻止金属氧化的性能,使不锈钢产生腐蚀现象。

2.2吸附理论

在吸附理论中,人们认为氯离子具有超强的金属吸附能力,在不锈钢表面可以优先被金属吸附,在这个过程中就会把金属表面的痒元素给排除掉。而不锈钢表面之所以能够处于钝化状态,能够形成抑制不锈钢氧化的氧化膜,关键就在于氧元素,而这时氯离子具有超强的吸附性,就会代替氧元素在金属表面的位置,将氧化膜变成氯化物,而氯化物又会与不锈钢的金属表面发生化学反映,形成一种可溶性的物质,起到加速不锈钢腐蚀的作用,使双相不锈钢失去其耐腐蚀性的作用。

3循环水中造成不锈钢腐蚀的因素

3.1氯离子引起的不锈钢腐蚀

循环水系统不锈钢换热器的应力腐蚀,是由于设备本身残存的内应力使金属内部的稳定组织受到破坏,导致晶粒在应力作用下产生错位,为水中氯离子的吸附和穿透钝化膜提供了机会,结果造成不锈钢的穿晶或沿晶开裂。循环水系统不锈钢换热器的应力腐蚀倾向与水质条件、温度等因素有很大关系,氯离子浓度越高,温度越高,发生应力开裂的危险就越大。

3.2温度

温度对金属腐蚀具有诱导作用。不锈钢的应力开裂与温度有很大关系,温度越高,发生应力腐蚀的倾向越大,穿晶开裂几乎都是在温度高于5560℃时发生,低温下出现SCC的情况并不多。实践证明,不锈钢的应力腐蚀多发生于换热介质的进口端,即热端,而进水端发生应力腐蚀的概率很低。

4氯离子对双相不锈钢腐蚀的基本形式

4.1点腐蚀形式

任何金属材料都或多或少会含有一些非金属物质,比如硫化物、氧化物等物质,双相不锈钢也是如此,也具有一定量的非金属物质。双相不锈钢表面的非金属物质在氯离子的侵蚀下,就会逐渐形成一些坑点的腐蚀形态,这些坑点一但形成后氯离子就会逐渐转移到坑点内部,而原本坑点内部的金属离子就会逐渐转移到坑点外部,由于氯离子带负电荷,金属离子带正电荷,这样就会形成电化学腐蚀。在这个过程中,由于氯离子半径下、穿透力强的特性,双相不锈钢表面的任何焊接处、缺陷处,都会被氯离子给侵蚀,造成不锈钢的腐蚀现象。

4.2缝隙腐蚀形式

缝隙腐蚀的机理与坑点腐蚀的机理是一样的,在不锈钢的缝隙处也会像点腐蚀一样形成闭塞电池,这样就会导致不锈钢的缝隙处形成氯离子的电腐蚀现象。这类腐蚀现象一般都出现在法兰垫片、搭接缝、罗山螺母的缝隙之间,也会出现在热换管与管板孔的缝隙之间。在此要知道,缝隙腐蚀发生的概率性与缝隙中静止溶液的浓度有直接的关系,一但缝隙中具有了良好的腐蚀环境,那么就会使缝隙腐蚀的概率大大增强。

4.3应力腐蚀形式

氯离子对不锈钢的应力腐蚀破坏性是很大的,在这个过程中,影响其应力腐蚀的主要因素包不锈钢所处环境的温度与介质、不锈钢本身非金属杂质的形态、不锈钢本身非金属杂质的大小与分布、不锈钢工作环境加工应力的大小等元素,并且不锈钢的应力腐蚀方向与不锈钢工作环境的应力方向是相垂直的,呈树枝状扩展分布。在此要注意,不锈钢应力的来源主要是不锈钢的冷变形、焊接以及钝击等形式的参与应力,这些应力的产生会对不锈钢内部的稳定结构造成影响,就会使金属晶粒在应力的作用下发生下位错形成滑移台阶,会给氯离子的侵蚀营造良好的条件,造成不锈钢腐蚀现象的产生等。

5结语

通过上述氯离子对不锈钢的机理所示循环水中氯离子的侵蚀是引起不锈钢腐蚀的主要原因。氯离子是极强的去钝化剂,一定条件下其浓度达到临界值,不锈钢就会去钝化而腐蚀。氯离子来源广泛。为防止钢筋的腐蚀,首先应严格控制循环水的氯离子密度,了解氯离子对双相不锈钢的腐蚀机理,其次必须采取一些补充措施来抑制氯离子的侵蚀。