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)，指出引起不銹鋼應力腐蝕的臨界氯離子濃度受到水質、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)設備的日常維護中可以發(fā)現(xiàn)，化工設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，產(chǎn)生一些可溶性的物質作用于不銹鋼的氧化膜，使氧化膜的結構發(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，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)不銹鋼換熱器的應力腐蝕，是由于設備本身殘存的內(nèi)應力使金屬內(nèi)部的穩(wěn)定組織受到破壞，導致晶粒在應力作用下產(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)不銹鋼換熱器的應力腐蝕傾向與水質條件、溫度等因素有很大關系，氯離子濃度越高，溫度越高，發(fā)生應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。不銹鋼的應力開裂與溫度有很大關系，溫度越高，發(fā)生應力腐蝕的傾向越大，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，不銹鋼的應力腐蝕多發(fā)生于換熱介質的進口端，即熱端，而進水端發(fā)生應力腐蝕的概率很低。

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，比如硫化物、氧化物等物質，雙相不銹鋼也是如此，也具有一定量的非金屬物質。雙相不銹鋼表面的非金屬物質在氯離子的侵蝕下，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. 應力腐蝕形式

  氯離子對不銹鋼的應力腐蝕破壞性是很大的，在這個過程中，影響其應力腐蝕的主要因素包不銹鋼所處環(huán)境的溫度與介質、不銹鋼本身非金屬雜質的形態(tài)、不銹鋼本身非金屬雜質的大小與分布、不銹鋼工作環(huán)境加工應力的大小等元素，并且不銹鋼的應力腐蝕方向與不銹鋼工作環(huán)境的應力方向是相垂直的，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力，這些應力的產(chǎn)生會對不銹鋼內(nèi)部的穩(wěn)定結構造成影響，就會使金屬晶粒在應力的作用下發(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。