不銹鋼材料在純堿工業(yè)的使用

不銹鋼材料在純堿工業(yè)的使用4.1奧氏體不銹鋼的使用在純堿工業(yè)中使用的不銹鋼品種以?shī)W氏體不銹鋼和奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼為主。其中奧氏體不銹鋼中含鉬的00Mo5(00Cr18Ni18Mo5)不銹鋼、高鎳鉬904L(00Cr20Ni25Mo4)不銹鋼及316L(00Cr18Ni12Mo2)不銹鋼使用最為廣泛，雙相不銹鋼主要有奧氏體——鐵素體雙相不銹鋼3RE60(00Cr18Ni8Mo3Si2)和CD4Mcu鑄造不銹鋼這兩種材料。00Mo5不銹鋼在純堿中主要是作碳化塔的冷卻管，它具有非常優(yōu)越的抗孔蝕和縫隙腐蝕能力，甚至可以用于接觸海水介質(zhì)的冷卻小管。但是該材料不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的不銹鋼系列產(chǎn)品，市場(chǎng)上采購(gòu)較為困難，其使用受到一定程度的限制，沒有大量推廣使用。904L不僅具有高的鉻鎳含量，而且有很高的Mo含量，具有比00Mo5不銹鋼更好的耐蝕性，在純堿生產(chǎn)中，904L表現(xiàn)出較好的耐全面腐蝕和抗點(diǎn)蝕能力。另外，904L有很好的冷熱加工性。在歐洲904L在純堿設(shè)備上被認(rèn)為具有與鈦材相媲美的優(yōu)異的耐蝕性能，在一些貧鈦國(guó)家它被大量地用于替代鈦材在純堿工業(yè)應(yīng)用。它不僅可以用作板材成為壓力容器的殼體材料，也可以作為鍛件和鑄件用在換熱器的管板和泵上。除此以外316L、304等不銹鋼也廣泛的使用在純堿設(shè)備、管道、儀表及閥門等上面。在與純堿生產(chǎn)密切相關(guān)的苛化法燒堿多效蒸發(fā)的生產(chǎn)中，高濃度的NaOH含量45%、NaCl含量20%、溫度150°C(沸騰)條件下用0Cr18Ni9Ti不銹鋼制作的泵閥用不到1個(gè)月，而1Cr18Ni9Ti制作的管材，使用壽命僅11個(gè)月。用超純鐵素體不銹鋼(000Cr26Mo1)在濃堿(42%-46%)生產(chǎn)線的蒸發(fā)器上，管壁腐蝕率僅為0.018mm/a，使用壽命超過10年。4.2雙向不銹鋼的使用3RE60(00Cr18Ni8Mo3Si2)是奧氏體——鐵素體雙相不銹鋼，國(guó)外有的工廠將這種不銹鋼用于塔器的內(nèi)件，如格柵、塔盤等，國(guó)內(nèi)曾將該材料用于氨堿的母液蒸餾塔蒸餾段，但投入運(yùn)行后產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂，經(jīng)檢查分析，應(yīng)力腐蝕破壞部位是在溫度最高處。雖然雙相不銹鋼有著比碳含量相當(dāng)?shù)膴W氏體不銹鋼更好抗晶間腐蝕的能力，但雙相不銹鋼耐氯化物應(yīng)力腐蝕性能與普通18-8奧氏體不銹鋼相比，只有在低應(yīng)力下才顯示出一定的優(yōu)越性，在高應(yīng)力作用下則區(qū)別不大或基本相同。因此用此材料制成的母液蒸餾塔在使用2年后塔壁出現(xiàn)裂紋，發(fā)生滲漏，使用5年后各塔出現(xiàn)了30多處的泄漏點(diǎn)。裂縫與裂紋多出現(xiàn)在塔體的焊縫及熱影響區(qū)，其中環(huán)焊縫熱影響區(qū)的裂紋最多，嚴(yán)重處的裂紋呈向外放射狀，導(dǎo)致內(nèi)外穿孔，焊縫熱影響區(qū)裂紋較集中，方向與焊縫平行且長(zhǎng)度與其相對(duì)應(yīng)，局部筒體母材多處發(fā)生點(diǎn)腐蝕。分析其產(chǎn)生原因認(rèn)為主要是氯化物的應(yīng)力腐蝕破壞造成損壞，應(yīng)力腐蝕破裂的原因主要是焊接應(yīng)力，尤其是補(bǔ)焊造成的殘余應(yīng)力及設(shè)備制造時(shí)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力二者疊加的應(yīng)力源，同時(shí)在塔壁上結(jié)垢和干濕交替局部濃縮氯離子介質(zhì)的作用，從而產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破壞。最后得出雙相不銹鋼不能承受在堿廠母液蒸餾的工況條件，對(duì)于該材料在純堿中應(yīng)用，建議使用溫度不要超過80C，且應(yīng)在設(shè)計(jì)和制造時(shí)注意避免應(yīng)力集中。這同樣也說明，在工業(yè)生產(chǎn)中，適宜材料的選用對(duì)生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定、成本的降低來講是極其重要的。不銹鋼的耐腐蝕，主要是靠Fe-Cr合金的鈍化來實(shí)現(xiàn)的，不銹鋼的鈍化膜特別薄，大約1-10nm，膜并不十分均勻，局部總有缺陷，因此，鈍化膜很容易遭受破壞，如化學(xué)破壞和機(jī)械破壞等，鈍化膜的化學(xué)破壞主要是由于氯化物等侵蝕性陰離子與鈍化膜交互作用，導(dǎo)致點(diǎn)蝕，縫隙腐蝕和晶間腐蝕等局部腐蝕破壞。至于氯離子等對(duì)于鈍化膜破壞的機(jī)理也是一個(gè)正在探討的問題。鈍化膜的機(jī)械破壞是由于腐蝕環(huán)境和機(jī)械力共同作用的結(jié)果，在這種破壞形式中，鹵化物離子起著重要作用，因此針對(duì)不同的工況條件選用適宜的材料是極其重要的。5非金屬材料在純堿工業(yè)中的使用由于純堿生產(chǎn)中的工藝介質(zhì)對(duì)金屬材料的嚴(yán)重腐蝕，經(jīng)過人們的不斷探索，幾年來非金屬材料的使用也越來越廣泛。5.1工程塑料的使用耐蝕塑料。耐蝕塑料分為熱塑性與熱固性兩大類，熱塑性塑料中聚乙烯、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）的應(yīng)用占主流，氟塑料、氯化聚醚、聚苯硫醚等工程塑料具有優(yōu)異的耐蝕性能，應(yīng)用日益廣泛，尤其是氟樹脂應(yīng)用最廣，增長(zhǎng)速度也最快；熱固性的樹脂有環(huán)氧、酚醛、聚酯、呋喃為主的四大樹脂，大多數(shù)制成復(fù)合材料使用，因其剛度與強(qiáng)度差，通常通過纖維增強(qiáng)來做化工設(shè)備。耐蝕塑料制的化工設(shè)備主要有管道、通用設(shè)備、槽罐、換熱器、泵、閥等。聚氯乙烯除強(qiáng)氧化劑（如濃度大于50%的硝酸、發(fā)煙硫酸等）及活性極大的物質(zhì)外，它可耐各種濃度的酸、堿、鹽類溶液的腐蝕，非常適合純堿廠生產(chǎn)中任何濃度的各種介質(zhì)，由于硬聚氯乙烯的抗拉強(qiáng)度隨溫度升高而下降（溫度每升高1°C，強(qiáng)度下降6.25MPa），沖擊韌性隨溫度降低而下降，僅適合溫度小于60C場(chǎng)合下使用。純堿企業(yè)給排水車間的循環(huán)水塔內(nèi)的噴淋管線，原使用碳鋼管，由于長(zhǎng)期生產(chǎn)，維護(hù)防腐時(shí)間不足，銹蝕比較嚴(yán)重，現(xiàn)改用PVC管效果良好。在溫度不太高的狀態(tài)下（如小于100C），可在管外采用玻璃鋼或碳鋼管加強(qiáng)以增加其抗拉強(qiáng)度。如重堿車間中和水管線及熱母液管線采用外纏玻璃鋼加強(qiáng)的聚氯乙烯管取代原來的鑄鐵管，效果亦較好。聚丙烯（PP）與聚氯乙烯相比，重量輕（密度約為聚氯乙烯的60%）、具有較高的使用溫度（推薦使用溫度為110-120C），聚丙烯用玻璃纖維增強(qiáng)后其耐熱性和機(jī)械強(qiáng)度都有明顯改善，擴(kuò)大了聚丙烯的應(yīng)用范圍，非常適合純堿生產(chǎn)中各種介質(zhì)、溫度小于100C的場(chǎng)合下應(yīng)用。如母液洗滌塔的鮑爾環(huán)采用聚丙烯材料代替不銹鋼，使用效果好，節(jié)省費(fèi)用?；蛘咴阡摴軆?nèi)襯聚丙烯管道在給排水車間稀鹽酸管線及煅燒車間熱母液管線中應(yīng)用均比較成功。目前市場(chǎng)上，已有許多廠家生產(chǎn)的改性聚丙烯（PPR）管線及鋼箍架聚丙烯管線均非常適合純堿生產(chǎn)中溫度小于100C的各種介質(zhì)管線用。在聚乙烯塑料的大家庭中，超高分子量聚乙烯由于其熔融指數(shù)（接近于零）極低，熔點(diǎn)高（190-210C），粘度大、流動(dòng)性差而極難加工成型一直沒有推廣應(yīng)用，然而超高分子量聚乙烯除具有一般的高密度聚乙烯性能外，還具有突出的耐磨性（磨耗4.4-5.2mm）、低摩擦系數(shù)（0.14-0.15）、較高的沖擊強(qiáng)度（無缺口沖擊強(qiáng)度18.6-19.6MPa）和熱穩(wěn)定性、優(yōu)良的耐應(yīng)力開裂性和自潤(rùn)滑性、無表面吸附力，卓越的化學(xué)穩(wěn)定性和抗疲勞性，可用在磨損、腐蝕嚴(yán)重的重堿溜子、檔板等，內(nèi)襯超高分子量聚乙烯板還可推廣到其它需要耐磨、耐沖擊的場(chǎng)合，如石灰石倉(cāng)、焦炭倉(cāng)、石灰倉(cāng)，目前已有廠家生產(chǎn)出超高分子量聚乙烯泵可以取代昂貴的鈦泵。MC尼龍是單體澆鑄尼龍的俗名，是已內(nèi)酰胺單體在模具內(nèi)聚合成型直接得制品。MC尼龍除具有普通尼龍材料的通性（如較高的強(qiáng)度、剛性、韌性、低蠕變、耐磨耗，以及化學(xué)穩(wěn)定性）外，由于其高分子量和高結(jié)晶度，故比普通尼龍吸水率低，尺寸穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度比普通尼龍高1.5倍。目前國(guó)內(nèi)已有廠家生產(chǎn)出增強(qiáng)MC尼龍管線，使用溫度高至160°C?？扇〈儔A生產(chǎn)中的鑄鐵管，尤其適合溫度較高、腐蝕性較強(qiáng)的場(chǎng)合。5.2玻璃鋼、搪玻璃的應(yīng)用玻璃鋼即纖維增強(qiáng)高分子材料，玻璃鋼是一種以合成樹脂（包括熱固性與熱塑性樹脂）為粘合劑，以玻璃纖維為增強(qiáng)材料的新型復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，它具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐蝕、優(yōu)良的耐熱性能和電絕緣性能等許多優(yōu)點(diǎn)。目前國(guó)際上每年生產(chǎn)數(shù)百萬噸，有四五萬個(gè)品種，國(guó)外化工用玻璃鋼樹脂大多數(shù)采用間苯二酸聚酯，部分采用環(huán)氧和雙酚A，乙烯基樹脂的應(yīng)用也在逐年增加。國(guó)內(nèi)主要為聚酯、環(huán)氧、酚醛等樹脂，其中聚酯玻璃鋼占總產(chǎn)量的80%，耐蝕玻璃鋼制品主要有儲(chǔ)罐、槽車、耐蝕風(fēng)機(jī)、管道等。純堿生產(chǎn)中的母液洗滌塔內(nèi)的篩板與液體分布器，原設(shè)計(jì)使用材料為不銹鋼（0Cr18Ni9Ti），一般使用不到1年。改用玻璃鋼篩板與液體分布器，經(jīng)過近10年的使用，效果良好，經(jīng)濟(jì)效益顯著。熱氨鹽水管線及母液蒸餾塔出氣氨氣管線也有采用玻璃鋼材料，都收到滿意的效果。另外，玻璃鋼還可以制作設(shè)備平臺(tái)、梯子、電纜橋架等取代腐蝕較嚴(yán)重的鋼結(jié)構(gòu)，盡管一次性投資較大，但可省去鋼結(jié)構(gòu)周期性防腐費(fèi)用。需要指出的是，玻璃鋼耐腐蝕性能、耐熱性能及其機(jī)械強(qiáng)度與粘合劑的品種及其配制有極大的關(guān)系，在選擇玻璃鋼時(shí)要注意。搪玻璃也是重要的非金屬耐蝕材料，它的主要產(chǎn)品有反應(yīng)釜、儲(chǔ)罐、換熱器、攪拌器等，國(guó)外的搪玻璃產(chǎn)品及規(guī)格很多，國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品比較單一，在純堿企業(yè)使用尚未見報(bào)道。5.3工業(yè)陶瓷的應(yīng)用近年來世界工業(yè)陶瓷發(fā)展很快，在化工裝備中常用的精細(xì)陶瓷材料就是高純度的人造原料，通過控制原料的組成和材料的細(xì)微組織而制成的一種燒結(jié)體，化學(xué)工業(yè)中常用的結(jié)構(gòu)陶瓷有：氧化系，如氧化鋁、氧化鋯等；碳化物系，如碳化硅、碳化硼等；氮化系，如氮化硅、氮化硼等。其中氧化鋁陶瓷使用最多最廣，占60%左右，陶瓷材料具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，除了對(duì)高濃度的堿與氫氟酸以外，幾乎對(duì)所有的化學(xué)品具有優(yōu)異的耐蝕性。但由于加工與成型的難度，在純堿行業(yè)用的很少，一般只是在一些有特殊要求的閥門（如石灰乳調(diào)節(jié)閥）上用的多。非金屬材料雖然具有無可比擬的耐腐蝕性、耐沖刷性能及絕熱的優(yōu)點(diǎn)，但由于它們存在低的強(qiáng)度與剛度，低的導(dǎo)熱系數(shù)，成型制造困難、溫度的適應(yīng)性較差等問題，一直使得非金屬材料在純堿行業(yè)只能作為一個(gè)配角，現(xiàn)今也只是在管道，閥門，小