循環(huán)水中氯離子控制及對不銹鋼腐蝕機理分析剛

   在我國以往的化工生產(chǎn)過程中，化工設(shè)備的毀壞是一種比較常見的現(xiàn)象，嚴重的影響著我國化工產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)力。至德鋼業(yè)分析了循環(huán)水中引起不銹鋼腐蝕的各種因素，論述了氯離子對不銹鋼腐蝕的機理和形態(tài)，指出引起不銹鋼應(yīng)力腐蝕的臨界氯離子濃度受到水質(zhì)、溫度、流速、微生物、水穩(wěn)劑等各種因素的影響，確定合理的循環(huán)水氯離子控制指標應(yīng)以完善的循環(huán)水處理控制方案為前提，在保證生產(chǎn)平穩(wěn)運行的同時兼顧節(jié)水減排。

一、引言

   化工設(shè)備的毀壞問題是一個比較普遍的現(xiàn)象，嚴重的影響著化工產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)力，而在化工生產(chǎn)設(shè)備的日常維護中可以發(fā)現(xiàn)，化工設(shè)備維護最普遍的部位就是壓力容器，多數(shù)體現(xiàn)在壓力容器雙相不銹鋼的腐蝕上。面對這一問題，設(shè)備廠家希望制定嚴格的循環(huán)水氯離子控制標準以延長不銹鋼換熱器的使用壽命，而循環(huán)水的保運企業(yè)則更希望通過合理的水處理控制方案提高循環(huán)水中氯離子的控制標準以達到節(jié)水減排的目的。

二、氯離子對雙相不銹鋼腐蝕的基本機理

  在雙相不銹鋼的構(gòu)成元素中，除了鐵元素之外還含有大量的鉻元素和鎳元素，這也是其具有耐腐蝕性能的根本原因，因為這兩種元素可以使不銹鋼在氧化介質(zhì)中生成一層非常致密的氧化膜，使不銹鋼產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象，這樣就相當于給不銹鋼鍍了一層防氧化膜，可以使不銹鋼的腐蝕速度大大降低，從而達到雙相不銹鋼的耐腐蝕的目的。但是在雙相不銹鋼氧化膜的生成過程中氯離子卻起著反作用力，由于氯離子的活化作用，不僅可以阻止不銹鋼的鈍化，同時也可以破壞這種氧化膜，使雙相不銹鋼的耐腐蝕性大大降低。在當今時期，人們對氯離子活化不銹鋼氧化膜的現(xiàn)象還沒有一個準確的定論，但是經(jīng)過研究人員的不斷的研究與探索，得出了以下兩種有效結(jié)論：

  1. 成相膜理論

  在成相膜理論中，人們認為氯離子的半徑小，具有良好的穿透力，可以很容易的穿透不銹鋼的氧化膜達到金屬表面，然后氯離子就會和金屬發(fā)生一系列的化學反應(yīng)，產(chǎn)生一些可溶性的物質(zhì)作用于不銹鋼的氧化膜，使氧化膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，失去阻止金屬氧化的性能，使不銹鋼產(chǎn)生腐蝕現(xiàn)象。

  2. 吸附理論

  在吸附理論中，人們認為氯離子具有超強的金屬吸附能力，在不銹鋼表面可以優(yōu)先被金屬吸附，在這個過程中就會把金屬表面的癢元素給排除掉。而不銹鋼表面之所以能夠處于鈍化狀態(tài)，能夠形成抑制不銹鋼氧化的氧化膜，關(guān)鍵就在于氧元素，而這時氯離子具有超強的吸附性，就會代替氧元素在金屬表面的位置，將氧化膜變成氯化物，而氯化物又會與不銹鋼的金屬表面發(fā)生化學反映，形成一種可溶性的物質(zhì)，起到加速不銹鋼腐蝕的作用，使雙相不銹鋼失去其耐腐蝕性的作用。

三、循環(huán)水中造成不銹鋼腐蝕的因素

 1. 氯離子引起的不銹鋼腐蝕

  循環(huán)水系統(tǒng)不銹鋼換熱器的應(yīng)力腐蝕，是由于設(shè)備本身殘存的內(nèi)應(yīng)力使金屬內(nèi)部的穩(wěn)定組織受到破壞，導致晶粒在應(yīng)力作用下產(chǎn)生錯位，為水中氯離子的吸附和穿透鈍化膜提供了機會，結(jié)果造成不銹鋼的穿晶或沿晶開裂。循環(huán)水系統(tǒng)不銹鋼換熱器的應(yīng)力腐蝕傾向與水質(zhì)條件、溫度等因素有很大關(guān)系，氯離子濃度越高，溫度越高，發(fā)生應(yīng)力開裂的危險就越大。

 2. 溫度

  溫度對金屬腐蝕具有誘導作用。不銹鋼的應(yīng)力開裂與溫度有很大關(guān)系，溫度越高，發(fā)生應(yīng)力腐蝕的傾向越大，穿晶開裂幾乎都是在溫度高于55～60℃時發(fā)生，低溫下出現(xiàn)SCC的情況并不多。實踐證明，不銹鋼的應(yīng)力腐蝕多發(fā)生于換熱介質(zhì)的進口端，即熱端，而進水端發(fā)生應(yīng)力腐蝕的概率很低。

四、氯離子對雙相不銹鋼腐蝕的基本形式

  1. 點腐蝕形式

 任何金屬材料都或多或少會含有一些非金屬物質(zhì)，比如硫化物、氧化物等物質(zhì)，雙相不銹鋼也是如此，也具有一定量的非金屬物質(zhì)。雙相不銹鋼表面的非金屬物質(zhì)在氯離子的侵蝕下，就會逐漸形成一些坑點的腐蝕形態(tài)，這些坑點一但形成后氯離子就會逐漸轉(zhuǎn)移到坑點內(nèi)部，而原本坑點內(nèi)部的金屬離子就會逐漸轉(zhuǎn)移到坑點外部，由于氯離子帶負電荷，金屬離子帶正電荷，這樣就會形成電化學腐蝕。在這個過程中，由于氯離子半徑下、穿透力強的特性，雙相不銹鋼表面的任何焊接處、缺陷處，都會被氯離子給侵蝕，造成不銹鋼的腐蝕現(xiàn)象。

 2. 縫隙腐蝕形式

 縫隙腐蝕的機理與坑點腐蝕的機理是一樣的，在不銹鋼的縫隙處也會像點腐蝕一樣形成閉塞電池，這樣就會導致不銹鋼的縫隙處形成氯離子的電腐蝕現(xiàn)象。這類腐蝕現(xiàn)象一般都出現(xiàn)在法蘭墊片、搭接縫、羅山螺母的縫隙之間，也會出現(xiàn)在熱換管與管板孔的縫隙之間。在此要知道，縫隙腐蝕發(fā)生的概率性與縫隙中靜止溶液的濃度有直接的關(guān)系，一但縫隙中具有了良好的腐蝕環(huán)境，那么就會使縫隙腐蝕的概率大大增強。

 3. 應(yīng)力腐蝕形式

  氯離子對不銹鋼的應(yīng)力腐蝕破壞性是很大的，在這個過程中，影響其應(yīng)力腐蝕的主要因素包不銹鋼所處環(huán)境的溫度與介質(zhì)、不銹鋼本身非金屬雜質(zhì)的形態(tài)、不銹鋼本身非金屬雜質(zhì)的大小與分布、不銹鋼工作環(huán)境加工應(yīng)力的大小等元素，并且不銹鋼的應(yīng)力腐蝕方向與不銹鋼工作環(huán)境的應(yīng)力方向是相垂直的，呈樹枝狀擴展分布。在此要注意，不銹鋼應(yīng)力的來源主要是不銹鋼的冷變形、焊接以及鈍擊等形式的參與應(yīng)力，這些應(yīng)力的產(chǎn)生會對不銹鋼內(nèi)部的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)造成影響，就會使金屬晶粒在應(yīng)力的作用下發(fā)生下位錯形成滑移臺階，會給氯離子的侵蝕營造良好的條件，造成不銹鋼腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生等。

五、結(jié)語

 通過上述氯離子對不銹鋼的機理所示循環(huán)水中氯離子的侵蝕是引起不銹鋼腐蝕的主要原因。氯離子是極強的去鈍化劑，一定條件下其濃度達到臨界值，不銹鋼就會去鈍化而腐蝕。氯離子來源廣泛。為防止鋼筋的腐蝕，首先應(yīng)嚴格控制循環(huán)水的氯離子密度，了解氯離子對雙相不銹鋼的腐蝕機理，其次必須采取一些補充措施來抑制氯離子的侵蝕。