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1、*欧阳光明*创编2023.03.071 硫酸腐蚀原理及特点欧阳光明2023.03.07*欧阳光明*创编2023.03.07表 1 市面上的硫酸常见的浓度、状态及腐蚀特点浓度状态腐蚀性特点备注100%酸为主膜，在无流速、无冲刷、无充气、密封时可耐受6080；6) 102%以上的发烟硫酸，会破坏钝化膜，腐蚀速度上升，碳钢和铸铁耐不了。120%的发烟硫酸是氧化性腐蚀的峰值点。硫酸金属储罐外壁腐蚀主要为气相腐蚀，只是弱腐蚀，一般实行涂装防腐即可，不是这里争论的重点。碳钢在硫酸中发生的腐蚀过程是典型 的电化学腐蚀。其化学反响式表述如下：Fe+H2S04H2+FeS04金属材料的本质、外表状态及金属阴极相
2、杂质、硫酸浓度(pH 值)、温度都会影响到金属的氢去极化腐蚀。此外，一些物理因素如介质流速、固相颗粒、结垢等也会影响硫酸的腐蚀性。2 硫酸储罐的设计2.1 类型及概况分钢制储罐、塑料储罐和玻璃钢储罐，也分为压力容器类和非压力容器类硫酸储罐，还分为立式和卧式硫酸储罐。本文仅争论常压硫酸储罐。硫酸不存在较大的蒸汽压力，无需承受内浮盘。为隔离空气及雨水等杂质，需要用固定顶保护罐内介质，一般实行自支撑的固定顶， 且应将加强肋等支撑件设置在罐顶外壁，并保证在液位下的部件不存在裂纹等缺陷。从安全角度动身，一般不在罐顶设置操作平台， 为便于操作、检修，可以设置独立的操作平台。假设必需设置罐顶平台，则在罐顶设
3、计时，应充分考虑包括顶部平台、管支架等相关设施的设备自重和相关设备带来的附加载荷的影响。材料选定后，硫酸储罐的罐体厚度，可按相关标准进展计算或选 定，与其它储罐的设计是一样的，只不过与一般介质的储罐相比， 钢制硫酸储罐需要承受较大的腐蚀裕量。碳钢罐尽量同时使用阳极保护，此时的腐蚀裕量也需要足足 3mm 厚，合金罐、塑料罐、FRP 罐或其他衬里罐则一般无需预留腐蚀裕量2。2.2 构造设计硫酸罐一般应至少包括如下管口：硫酸入口，硫酸出口，溢流口， 放空口(压力阀口)，顶部人孔，清扫孔。为削减泄漏，硫酸入口一般设置在罐顶，并使管口距离罐壁至少1200mm。但有时由于条件限制，也将人口设置在靠近顶部的
4、罐壁 处。硫酸入口一般应承受吸取管的方式，马上管口内伸至液面下。对侧壁入口，则可用 90弯头使管线在罐内保持竖直状态并到达上述要求。为保护罐底，在罐底正对入口管末端的相应位置设置防冲板。为防止介质的虹吸现象，硫酸人口管线应开放空孔，一般只需要在管线的上部开一个 12mm 的孔即可。硫酸出口一般也实行内伸吸取管的方式，且多承受可拆式构造，为便于拆卸，外套管直径一般取硫酸出口管直径的 2 倍以上。硫酸出口也可设计成齐平接收的形式。为避开充液过多而引起硫酸大量外溢，需要在罐壁的上部设置溢流管口，该管口与罐壁内外表平齐； 也可不设置该管口，而直接利用高液位仪表掌握进料管线上的切断阀来到达目的。为保护罐
5、壁，全部罐顶的接收都需要内伸至少 25mm；管壁的接收，除溢流口或齐平出口外，都应在管口上部 180范围内伸至少25mm。一般状况下，放空管(压力阀口)应设置在罐的最高处，且与罐顶内外表齐平，假设储罐建在室内，还应将放空口引至室外。对直接放空到大气的管口，还应配置 180弯头和丝网。为保证硫酸金属储罐具有良好的耐腐蚀性，全部位于液位下的焊 缝，均应为全焊透对接构造，并进展局部X 射线检测。罐顶可以承受搭接焊缝。全部的罐底焊缝，应为带垫板的全焊透对接焊缝，罐底应按标准进展真空箱试验。罐壁和罐底内外表还应增加磁粉或液体渗透检验。由于硫酸的蒸汽压力不大，为确保安全，除非另有要求，全部的接收法兰均应承
6、受 PN2.0MPa 的压力等级；由于承插焊及螺纹法兰等法兰的内在构造，打算了更简洁产生腐蚀，因此，应尽量避开使用这类法兰。当需要承受弯头时，为削减磨损腐蚀应力和腐蚀开裂， 应尽量承受内部有涂层保护和曲率半径较大的无缝弯头。在接收焊接时，应留意避开不同厚度的接收直接焊在一起，在构造设计时应当将焊缝和构造不连续处分开。选用垫片时，应尽量使垫片的内径和管口直径一样，以避开磨损腐蚀和缝隙腐蚀。3 硫酸储罐的选材及防腐措施从表 1市面上的硫酸常见的浓度、状态及腐蚀特点可以看出， 针对不同浓度，不同温度状态的硫酸，耐腐蚀选材也不尽一样。3.1 金属金属材质硫酸储罐主要分为三类：整体金属材质硫酸储罐、金属
7、外壳内刷涂料的硫酸储罐、金属外壳内衬玻璃钢或鳞片胶泥硫酸储罐。3.1.1 整体金属材质各种不同金属或合金的耐硫酸腐蚀性能及作为硫酸储罐的选择可行性如下：1） 一般碳钢不耐 80%以下稀硫酸，但可以耐 65左右的 80%100%的浓硫酸。因碳钢在这一浓度范围内可形成钝化保护膜，因此碳钢可直接用作为常温、无流速、无冲刷、无充气、密封的80%100%浓硫酸储存和运输设备的制造材料，内壁无需额外做其他防腐处理，外壁只需做一般的弱腐蚀防锈耐候涂装处理。2） 一般碳钢和铸铁都不耐 102%以上的发烟硫酸，因此不行作为发烟硫酸储罐的制造材料3） 铅、铅锑合金、可耐 96%以下室温的硫酸，对 80%以下的硫酸
8、可耐至 210也因外表产生保护膜，但铅锑不耐具有流速和摩擦冲刷的浓硫酸因其破坏了保护膜。因此衬铅也是常用的耐硫酸腐蚀设备的制造材料和衬里材料。4） 一般不锈钢如 304 不锈钢只能耐 5%以下的极稀的硫酸，和碳钢一样不直接作为稀硫酸储罐的制造材料。316L 不锈钢是含钼不锈钢，可耐室温下 15%浓度以内的无流速、无冲刷、无充气的硫酸溶液和 85%100%浓度的常温、无流速、无冲刷、无充气、密封 的硫酸。 5高硅不锈钢、高合金不锈钢、镍钼铬合金及哈氏合金可以 同时耐稀、浓硫酸，可以耐高温、高速下一切浓度硫酸。其中高硅不锈钢最廉价，但高硅不锈钢抗震差、加工困难、不耐含氟或亚硫酸杂质的硫酸溶液此时可
9、选用 20 号高合金钢。高硅不锈钢是 硫酸行业承受最多的合金材料，用来制造硫酸工厂的枯燥塔、吸取塔、管式分酸器、槽管式分酸器、塔内填料支撑箅子板、循环酸 槽、管壳式酸冷却器、管线、泵、法兰和阀门等硫酸生产设备。但是直接承受高硅不锈钢来制造硫酸储罐，还是不多。 6铜、镍只能耐 60%以下的不充气的稀硫酸，银、钛、锆、铝、镁也都只是适于稀硫酸，一般不直接作为硫酸储罐制造材料。7尽管铂、金、钯、钼这几类金属材料对全部浓度的硫酸都具有格外好的耐蚀性能，但这些贵金属的本钱都格外昂贵，不行能用它们来制作硫酸储罐。3.1.2 碳钢外壳附加内壁防护措施实际市面上的金属硫酸罐，90%以上是承受一般碳钢制造的，局
10、部发烟硫酸储罐是承受合金钢制造的。一般碳钢用于 80%以下浓度稀硫酸时，务必实行牢靠的防护措施。目前市面上的使用较多的防护形式有：碳钢外壳内刷防腐涂料、碳钢外壳内衬橡胶、碳钢外壳内衬玻璃钢或玻璃鳞片胶泥。承受碳钢外壳附加防护措施的硫酸储罐只是稀硫酸储罐的方案之一，大多数时候，直接承受有机塑料、玻璃钢储罐的性价比和使用寿命会更 高。这将在后文阐述。第一类：碳钢外壳内刷防腐涂料。这类方法一般针对常温下低浓度45%以下稀硫酸碳钢储罐。依据具体浓度大小，选用不同的成膜物的防腐涂料涂刷碳钢罐内壁。基材处理和施工方法和金属钢构造涂装防腐无异。常选用的防腐涂料有：环氧防腐涂料、乙烯基酯树脂防腐涂料、聚氨酯防
11、腐涂料、玻璃鳞片防腐涂料、丙烯酸树脂工业防腐涂料、聚氯乙烯含氟萤丹防腐涂料、氯磺化聚乙烯防腐涂料等。其次类：金属外壳内衬橡胶。这类方法就是衬胶，衬胶防腐防腐多见于硫酸环境下的碳钢槽、管件、法兰等，碳钢储罐用衬胶的方法制作的占少数。橡胶衬里碳钢硫酸罐也针对的是中低温度下的稀硫酸溶液，它兼具耐磨、防空蚀、抗应力变化、耐温度骤变等特别性能，但同时存在耐热性较差硬质橡胶也不超过 85、不耐具有氧化性的浓硫酸耐不了常温下 80%以上浓度的硫酸，耐不了 65以上 65%80%的中等浓度的硫酸、导热性能差等缺陷。硫酸碳钢储罐衬胶用的品种以氯丁橡胶CR和丁基橡胶IIR 居多，CR 和 IIR 硫酸碳钢储罐的耐
12、硫酸腐蚀性能如表 2。表 2 碳钢衬胶储罐耐硫酸简表硫酸浓度温度氯丁橡胶丁基橡胶1065好好3025好好3065一般好5025好好5065不耐好50100不耐一般7098%25不耐不耐发烟硫酸25不耐不耐第三类：金属外壳内衬玻璃钢或玻璃鳞片胶泥。这类方法属于树脂重防腐3防腐方法之一。这类方案适用于肯定温度下的稀硫酸。玻璃钢的耐腐蚀性能主要取决于粘结料树脂种类及性能、增加材料种类及性能、玻璃钢固化程度、施工质量等。目前市场上适用于 80%浓度以下的稀硫酸的碳钢储罐内衬用玻璃钢树脂主要有环氧树脂、耐腐蚀不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂。其中乙烯基酯树脂承受最多，依据稀硫酸浓度和温度的不同，选用不同类型
13、的乙烯基酯树脂。表 3 是典型通用乙烯基酯树脂牌号耐硫酸腐蚀性能的简表。表 3 典型通用乙烯基酯树脂牌号的耐硫酸性能最高长期耐受温度/ 化学环境浓度%标准双酚A 型乙烯基酯树脂硫酸25100105硫酸50100100硫酸608090硫酸707080硫酸754080硫酸3804050硫酸80NRLS25硫酸发烟NRLS25硫酸蒸气100120硫酸/苯磺酸/水7/88/56060硫酸/铬酸19.5/0.47070硫酸/铬酸混合液最大浓度 10%5065硫酸/甲醇30/5/50硫酸/磷酸10/208080硫酸/磷酸25/258080硫酸/硫化氢50/10100100硫酸/硫酸铜25/35100100硫酸/硝酸10/2.57080硫酸/硝酸20/56580硫酸70%/硝51/102525
