氯碱化工生产过程腐蚀及防护研究

氯碱化工生产过程腐蚀及防护研究

商书光

滨化集团股份有限公司  山东省  滨州市 256600

摘要：在氯碱化工装置生产过程中，存在着易燃、易爆和腐蚀泄漏的风险因素，氯碱生产装置自身受到腐蚀的情况下也较为严重。为了使环境污染降到最低，保证设备的使用安全，并合理地增加企业的经济效益，应加强对设备的耐蚀性能和设备管线的防腐蚀管理。

关键词：氯碱化工；生产过程；腐蚀防护

1.氯碱工业生产概述

氯碱工业是我国最基础的工业之一。在氯化钠精制盐水电解生产过程中，离子膜电解工艺得到广泛应用和快速发展，氯碱装置的核心产品是氢氧化钠、氯气、氢气，其产品除了在轻工业、冶金工业、有机化学产品外，在其他工业中也得到了广泛的应用。目前中国有氯碱企业有160家左右，是全球第一大烧碱生产国，2021年中国的烧碱产能已达到4500万t/a，约占全球44%。在创业之初，由于外部环境的影响，整个产业的基础比较落后，氯碱生产工艺和装备技术与欧美、东亚等地区国家相比有较大的差距。近年来，随着经济社会高速发展，特别是节能减排、安全环保的国家战略的实施，氯碱工业也得到了快速发展，先进电解槽、离子膜等核心设备大量引进，先进控制技术和新的防腐蚀材料得到广泛推广使用，产业结构得也到进一步的优化调整，未来氯碱工业的发展趋势将对中下游的有机化工、精细化工产业发展起到很大的推动作用，相应的产业链发展速度更快，从而保证了社会和经济的可持续发展。

2.氯碱化工科学有序发展的重要性

(1)产能过剩逐步加剧。在现代社会和经济发展的全过程中，氯碱行业的发展一直保持着持续增长的态势。另外，我国的食品、轻工业等行业也有较高的标准。但是，长期以来中国的氯碱化工企业在人力资本、技术等方面都投入了巨大的资本，造成了氯碱产品的生产能力过剩，受氯气下游产品市场影响比较大，产生了供需失衡。另外，在整个工业生产过程中，有些厂家忽略节能环保，以求提高产量，从而导致氯碱工业不能可持续发展。

(2)生产运行受“能耗双控”和环保压力较大。化工企业在生产过程中，特别遇到突发异常情况，管理不善会诱发有毒气体外溢，对周围的生态环境造成很大的影响。另外，随着先进电解槽技术应用和离子膜的不断更新换代，同时国内大量氯碱企业进行了电槽零极距改造，能耗总体上较之前大大降低，但受到电解工艺特性决定，交流电消耗占到综合能耗比重仍在70%以上，对耗电的依赖度非常大。在生产的过程中，还会消耗大量的原盐资源，由于腐蚀造成的设备更新和防腐费用同样也不容小觑。为此，各有关单位应从整体上改善自身的生产技术，以保证对能耗和环境的影响得到合理的控制。

3.氯碱化工生产过程中腐蚀成因分析

3.1氯气腐蚀

氯气是氯碱工业中的主要产物，每生产1t氢氧化钠就会生产0.886t氯气。氯气的化学特性比较活跃，氯属卤族元素，化学性质极为活泼，除惰性气体及碳、氮等元素外，几乎可以与各种元素直接化合。完全干燥的氯气或液氯在常温下几乎不与金属作用，但是与钛则不然，钛与湿氯气不反应，而与干燥的氯气则剧烈燃烧。试验结果表明，氯气对装置的腐蚀与当时的环境温度有一定关系，随着温度的升高，氯气的腐蚀能力增强；氯气与金属作用，在有水存在时可生成盐酸，从而加速对金属的腐蚀。反之，在干燥的环境下，氯气的腐蚀性就没有那么强。

3.2烧碱腐蚀

在氯碱工业中，烧碱是电解装置的主要产品，出电解槽液碱浓度一般在32%以上，温度80—90℃。烧碱具有很强的腐蚀性，对生产过程中的化学装置也会造成腐蚀，特别是是电槽出来的热碱和高浓度碱腐蚀性更强。因此，在生产中要重视对碱液的处理，防止设备的腐蚀，从而提高氯碱化工设备的使用寿命。

3.3盐酸腐蚀

盐酸是氯碱工业中的一个重要产物，一般由电解产生的氯气、氢气经合成炉燃烧合成氯化氢后用纯水吸收制得，盐酸是一种很强的腐蚀性物质，盐酸具有比其它试验试剂更强的腐蚀性，而且盐酸具有很好的活性，可以快速地与各种金属发生反应，从而对生产装置的设备设施产生腐蚀作用。在无氧条件下盐酸就会和金属发生反应，但对铜的影响作用并不大；而在有氧条件下，盐酸与氧的混合会强烈地腐蚀铜和铁。另外，盐酸不一定有强的腐蚀性，但是会和氯化法工业中的金属发生反应，形成一个能迅速溶解的原电池。因此，必须对其进行防腐处理，以延长其使用寿命。

4氯碱化工生产过程中预防腐蚀的有效措施

4.1氯气腐蚀防护措施

在电解时，氯气的反应温度一般为80-90℃，这是一种充满水分的潮湿的氯气，并且会产生一定的烟雾，在试验中，可以看到其与铜制品、碳钢等金属材料发生化学反应，并具有一定的腐蚀性，所以在湿氯气输水管的设计中，尽量采用CPVC或钛管材；对于干燥后的氯气，特别是透平机出口高压氯气输送，一般采用碳钢材质，必须降低含水量达到100ppm以下，防止其对碳钢管线造成腐蚀。常温工况下，湿氯气会在钛金属表面形成一层致密的氧化薄膜，该氧化膜能有效地阻止氯化物和氯化物的侵蚀，所以湿氯气系统广泛采用钛材，也有采用PVC加强玻璃钢材质的，但强度稍差一些。干氯气一般采用碳钢材质，坚决不能使用钛材，因为一旦接触会发生剧烈燃烧，造成事故。

4.2烧碱腐蚀防护措施

在对烧碱腐蚀进行防护与控制时，要对烧碱的温度、浓度进行分析，并选用相应的耐蚀材料。例如奥氏体不锈钢的耐蚀性较好，在特定的环境下，会形成一层钝化薄膜，能很好地抑制酸碱的侵蚀。结果表明，在100℃下，奥氏体不锈钢的腐蚀速度小于0.05毫米/a,40%的氢氧化钠溶液对其腐蚀作用微乎其微，在80~90℃时，32%氢氧化钠溶液存在应力腐蚀。所以，在氯碱工业中，可以采用奥氏体不锈钢材料来制作非标准设备和管线，而镍材料可以用来制作电解槽周边的管线和装置。电解槽是很特别的，它们的材质不但要有很好的抗腐蚀能力，还要有很高的温度。同时，它们也必须避免在材料中产生的杂散电流，另外要注意防止碱脆反应。为此，必须对产品的设计结构进行优化，并对生产过程进行改善，在确保其耐腐蚀性能的同时，尽量延长其使用寿命，从而改善其生产性能。

4.3盐酸腐蚀防护措施

在氯碱化工企业中，为降低盐酸的腐蚀，必须采用碳钢衬里的生产设备，盐酸合成炉一般采用石墨材料，夹套为碳钢材质，如果是储存或输送低钙、镁的高纯盐酸，则应采用CPVC或HDPE材料，如果采用玻璃钢储罐，那么内表面树脂宜选用D470型树脂，效果会好一点。由于盐酸中的氯离子具有强烈的腐蚀性和氧化作用，对橡胶衬套产生一定的腐蚀作用，为了保证防腐蚀效果，尽量少使用衬胶设备及管线。同时，盐酸的渗透能力也很强。当温度达到某一程度后，就会渗透到管道的内部。在冬季温度逐渐降低的情况下，盐酸极易在阀门及管件法兰处出现渗漏，所以在生产过程中，特别是非金属管道尽量使用软垫片如三元乙丙等，阀门尽量采用PVDF或钢衬四氟阀门，机泵宜选用磁力泵，以减少泄漏腐蚀。钛材管路可以用于输送酸性盐水，但当PH小于1时，会对管路尤其是焊缝处造成腐蚀，因此酸性盐水一般采用CPVC或钢衬四氟管线。

5.结语

氯碱化工企业的生产过程中，存在着较高的危险因子。但是，如果能采用有效的策略，也能有效地控制这些不确定因素。因此，在氯碱化工生产中，必须掌握其生产技术、设备管理状况，并制定出一套行之有效的措施，以保证氯碱化工的安全运行。

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