（机械工程专业论文）磷肥厂典型生产设备防腐蚀研究.pdf

摘要 磷肥是农作物生长的主要肥料，包括普通过磷酸钙、重过磷酸钙、粒状 过磷酸钙等几个品种。云南昆阳磷肥厂是呆用湿法生产磷肥，俗称湿法磷肥， 即用稀硫酸( 或湿法磷酸) + 磷矿粉混合，产生化学反应，释放出氟化氢气体， 经过切削、破碎、造粒、烘干、筛分、包装等工序制造而成。由于在生产过 程中都存在酸、碱、盐等介质，其设备不仅遭受无机酸( h 2 s 0 4 、h 3 p o 。、 口、 s i f 4 、h 2 s i f 6 、h c l ) 的腐蚀，而且由于磷矿石中夹带一定的石英( s i 0 2 ) ，所 以设备又遭受以石英为主固体物的磨损，使生产过程腐蚀复杂化。 本课题结合实际，对普通过磷酸钙生产装置、湿法磷酸生产装置以及无 熟化粒状过磷酸钙生产装置的流程、工艺进行了介绍，并对其中的三台典型 设备一一回转化尘室、料浆泵、卧式混合器的结构、腐蚀原因、失效形式进 行了分析，找到了问题的关键，同时对各种耐腐蚀材料的性能进行比价分析， 选择合适的材料进行实验，运用科学的规范进行施工和制造，从而解决了我 厂当前湿法磷肥生产中设备腐蚀问题。有如下结论： 1 、室温自硫化丁基橡胶是一种性能非常优异的新型材料，钾水玻璃一k p 一1 粉胶泥较钠水玻璃一辉绿岩粉胶泥具有许多技术优点。这一复合衬里防腐蚀 技术安全可靠，衬里质量稳定，经济合理，特别适用于大面积钢板衬里结构， 值得推广应用。 2 、高铬镍不锈钢具有较强的耐氟、氯离子综合腐蚀的性能。且具有一定的 硬度和耐磨性能。特别适用于湿法磷酸料浆泵的叶轮及过流部件。 3 、高合金奥氏体不锈钢、双相不锈钢以及铁素体不锈钢在湿法磷酸中均具 有良好的耐蚀性能。从腐蚀角度出发都是可以选用的。但选择时应该考虑介 质的温度、含固相比例、氟、氯离子含量等。 4 、粒状普通过磷酸钙生产过程中，卧式混合器受到高温条件下( 约2 5 0 。c ) 的硫酸、磷酸和氢氟酸三元酸的腐蚀和固体颗粒物料的磨蚀，所以混合机壳 及桨叶所选用的材料既要耐热( 约2 5 0 。c 温度) ，又要耐腐，还要具备一定的 耐磨性。根据对多种材料的耐蚀、耐磨、耐高温腐蚀性的分析比较，只有8 2 5 合金适合要求的工艺条件，在此基础上查阅了国内外化肥设备的资料，该合 金在类似工艺条件也被推荐使用，是近年来较新和较先进的一种材料，并且 性能价格等以也较理想，结合新西兰资料的内容，我们选择8 2 5 合金制造混 合机壳和桨叶。这种材料是目前比较新颖的高耐腐蚀材料，且具有良好的铸 造性、机械加工性和热处理性能。值得广范推广应用。 综上所述，湿法磷肥的生产中设备的腐蚀是纷繁复杂的，要解决各类腐 蚀问题，必须对繁多的防腐材料和防护方法结合生产实际进行分析研究和实 验，了解各种材料的耐磨、耐腐蚀性、可机加工性、可焊接性和经济性，选 择适合的材料，保证生产设备的可靠性和安全性。 关键词 湿法磷肥湿法磷酸设备腐蚀防腐蚀新材料 a b s t r a c t a st h em a j o rf e r t i l i z e rf o rc r o p sg r o w t h ，p h o s p h a t ef e r t i l i z e ri n c l u d e so r d i n a r y c a l c i u ms u p e rp h o s p h a t e ，h e a v yc a l c i t n ns u p e rp h o s p h a t ea n dg r a n u l a rc a l c i u ms u p e r p h o s p h a t ee t e w e t p r o c e s sm e t h o di sa d o p t e dt op r o d u c et h ep h o s p h a t ef e r t i l i z e ri n y t m n a nk u n y a n gp h o s p h a t ef e r t i l i z ef a c t o r y i t sc o a r s en a m ei s w e t p r o c e s s p h o s p h a t ef e r t i l i z e r ，a tf i r s t ，r a r es u l p h u f i ca c i d ( o rw e t - p r o c e s sp h o s p h o ra c i d ) a n d p h o s p h o rm i n ep o w d e ra r em i x e dt op r o d u c ec h e m i c a lr e a c t i o na n dr e l e a s elt i ；g a s t h e nt h r o u g ht h ep r o c e s so fc u r i n g ，b r e a k i n g ，m a k i n gp a r t i c u l a t e ，d r y i n g ，s e l e c t i n g s p l i r i n ga n dp a c k i n ge t e ，t h ew e t p r o c e s sp h o s p h a t ef e r t i l i z e ri sp r o d u c e d f h e e q u i p m e n ti sn o to n l ye r o d e db yi n o r g a n i ca c i df h z s 0 4 、h 3 p 0 4 、h f 、s i f 4 、h 2 s i f 6 、 h c l ) b e c a u s eo f t h ea c i d ，a l k a l ia n ds a l te t ei np r o d u c t i o nc o u r s e ，b u ta l s of r a y e db y s o l i dt h i n gm a i n l yw i t hq u a r t zb e c a u s eo fs i 0 2c a r r i e dw i t hp h o s p h o ro r e s ot h e c o r r o s i o no f p r o d u c t i o nc o u r s eb e c o m e sc o m p l e x c o m b i n e dw i t ht h e p r a c t i c e t h ep r o c e s sa n dt e c h n i c s o ft h ep r o d u c t i o n i n s t a l l a t i o nw i t ho r d i n a r yc a l c i u ms u p e rp h o s p h a t e ，w e t - p r o c e s sp h o s p h a t ea n d u n r i p eg r a n u l a rc a l c i u ms u p e rp h o s p h a t e i sd i s c u s s e d l 、h e r e i n t ot h r e e t y p i c a l e q u i p m e n t s ( r o t a t o r yt r a n s f o r m i n gd u s tr o o r n ，s b t f l s l u r r yp u m pa n dt h eh o r i z o n t a l m i x e r ) a r ea n a l y z e dc o n c e r n i n gt h es t r u c t u r e ，t h ec a u s eoc o r r o s i o na n di n v a l i d a t i o n a n dt h ek e yo fp r o b l e mh a sb e e nf o u n d a tt h es a m et i m e ，t h ep r o p e r t i e so fv a r i o u s a n t i c o r r o s i v em a t e r i a l sa r ec o m p a r e da n da n a l y z e ds u i t a b l em a t e r i a l sa r es e l e c t e d t o c a r r yo u te x p e r i m e n t s c i e n t i t i c c r i t e r i o ni s a d o p t e di n t h ec o n s t r u c t i o na n d m a n u f a c t u r e s o ，t h ec u r r e n tp r o b l e mo fe q u i p m e n tc o r r o s i o ni nt h ew e t p r o c e s s p h o s p h a t e f e r t i l i z e rp r o d u c t i o nc o u r s eh a sb e e ns o l v e d c o n c l u s i o ni sa sf o l l o w s ： l ，s e t f - s u l f u r a t i o nb u t y lr u b b e ri nr o o mt e m p e r a t u r ei sak i n do fn e wm a t e r i a l t h a th a se x t r e m e l ye x c e l l e n tc a p a b i l i t y p o t a s s i u mw a t e rg l a s s - k p 一1w h i t e w a s hc l a y h a sm o r et e c h n i c a la d v a n t a g et h a ns o d i u mw a t e rg l a s s b r i g h t n e s sg r e e nr o c k w h i t e w a s hc l a yh a s t h ek i n do fc o m p o u n dl i n i n 9 1 sa n t i c o r r o s i o nt e c h n o l o g yi ss a f e a n dr e l i a b l e i ti sw o r t h yo fp o p u l a r i z i n ga p p l i c a t i o ne s p e c i a l l yi nt h el i n i n gs t r u c t u r e o fs t e e lp l a t ew i t hb i ga r e ab e c a u s eo ft h es t e a d yq u a l i t ya n dr e a s o n a b l ep r i c e 2 h i 曲c h r o m i u mn i c k e ls t a i n l e s ss t e e lh a sc o m p a r a t i v e l ys t r o n gc o r r o s i o n r e s i s t a n c et of l u o r i n ei o na n dc h l o r i n ei o n i th a sc e r t a i nh a r d n e s sa n dw e a ra b i l i t y i t se s p e c i a l l ys u i t a b l et ob eu s e di nt h ep r o d u c t i o no ft h ew e t p r o c e s sp h o s p h o r i ca c i d s l u r r yp u m pi m p e l l e ra n dp a s s i n gl i q u i dp a r t s 3 h i g ha l l o ya ob o d ys t a i n l e s ss t e e l ，d o u b l e p h a s e ss t a i n l e s ss t e e la n df c r r i t e s t a i n l e s ss t e e la l lh a v eg o o dc o r r o s i o nr e s i s t a n c ei nw e t - p r o c e s sp h o s p h o r i ca c i d a c c o r d i n gt ot h ee r o s i o ns t a t u sa no ft h e mm a yb eu s e d b u tt h et e m p e r a t u r eo f m e d i u m ，t h ef i x e dp r o p o r t i o na n dt h ec o n t e n to ff l u o r i n ei o na n dc h l o r i n ei o ns h o u l d b ej nc o n s i d e r a t i o n 4 i nt h ep r o d u c t i o no fg r a i n yo r d i n a r yc a l c m ms u p e rp h o s p h a t e ，h o r i z o n t a lm i x e r s u f f e r st h ee r o s i o no fv i t r i o l ，p h o s p h o r i ca c i d ，h y d r o f l u o r i ca c i da n dt e m a r ya c i di n h i 曲t e m p e r a t u r e s ot h em a t e r i a lo fm i xm a c h i n es h e l la n db l a d es h o u l db e h e a t - r e s i s t a n t ( a l m o s t2 5 0 。c ) ，e r o s i o n r e s i s t a n ta n ds o m e t h i n gw e a r a b l ea c c o r d i n g t ot h ea n a l y s i so fa l lk i n d so fm a t e r i a l s le r o s i o nr e s i s t a n c ew e a rr e s i s t a n c ea n d c o r r o s i o nr e s i s t a n c ei n h i 【g ht e m p l a t e ，o n l ya l l o y8 2 5s a t i s f i e st e c h n o l o g y r c q u i r e m e m t h ea p p l i c a t i o no fa l l o y8 2 5i sr e c o m m e n d e db e c a u s ei ti sc o m p a r a b l e n e wa n da d v a n c e di nr e c e n ty e a r s a n di ta l s oh a si d e a lc a p a b i l i t ya n d p r i c e a c c o r d i n gt ot h en e w z e a l a n d e ri n f o r m a t i o n ，a l l o y8 2 5i su s e dt op r o d u c em a c h i n e s h e l la n db l a d e 。i ti sn o to n l yh i g he r o s i o n r e s i s t a n tb u ta l s og o o dm o l t e nc a p a b i l i t y m a c h i n i n gc a p a b i l i t ya n dh e a tt r e a t m e n tc a p a b i l i t y ，i ti sw o r t h yo fp o p u l a r i z i n g a p p l i c a t i o n i n c o n c l u s i o n ，t h ee q u i p m e n te r o s i o ni sc o m p l i c a t e d i nt h ep r o d u c t i o no f w e t - p r o c e s sp h o s p h o r i cf e r t i l i z e r t h e r ea r et h r e es t e p st os o l v et h ee r o s i o np r o b l e m a tf i r s t ，n u m e r o u sa n t i c o r r o s i v em a t e r i a l sa n dp r o t e c t i o nm e t h o d sa r et e s t e da n d a n a l y z e dc o n n e c t e dw i t ht h ep r a c t i c et h e ns o m ef e a t u r e si n c l u d i n gw e a rr e s i s t a n c e ， e r o s i o nr e s i s t a n c e ，m a c h i n i n gc a p a b i l i t y ，j o i n t i n gc a p a b i l i t ya n de c o n o m i c a lp r o p e r t y a r et a k e ni n t oa c c o u n t a tl a s ts u i t a b l em a t e r i a li ss e l e c t e dt os a r i s f yt h er e l i a b i l i t ya n d s a f e t yo fp r o d u c t i o ne q u i p m e n t k e y w o r d ：w e t - p r o c e s sp h o s p h o r i cf e r t i l i z e r ，w e t p r o c e s sp h o s p h o r i ca c i d e q u i p m e n te r o s i o n ，e r o s i o nr e s i s t a n c e ，n e wm a t e r i a l 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下( 或 我个人) 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内 容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：m 拜 日 期：沙( p 年lo 月 p 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守) 铷签名：益：! ：黻作者张趔刍 日 期：望! 生! ! 酋! ! 旦 注：此页放在封面后，目录前。 第一章、绪论 云南昆阳磷肥厂是一个集磷肥、磷化工生产为一体的综合性生产企业，是 云南省化工集团总公司( 原化工厅) 下属的国有大二型企业。磷肥、磷化工 产品共有16 个，其中磷肥类产品有钙镁磷肥、普通过磷酸钙、重过磷酸钙、 富过磷酸钙、无堆置熟化粒状过磷酸钙；磷化工类产品有黄磷、磷酸、磷酸 一钠、二钠、三钠、五钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠等。还拥有硫酸、磷矿粉 生产装置；具有湿、热法两条磷酸生产线。湿法磷酸是指周硫酸萃取磷矿粉 所得到的磷酸( 具体工艺在第三章有介绍) ；热法磷酸是指用黄磷燃烧生成五 氧化二磷气体，再用水吸收后所得到的磷酸。利用湿法磷酸生产的重过磷酸 钙、富过磷酸钙等磷肥我们通常称为湿法磷肥；而利用热法磷酸生产的各种 磷酸钠盐产品我们通常称为磷化工产品。 与其它化工企业一样，云南昆阳磷肥厂的生产过程也同样具有着易燃、 易爆、有毒、有害和强腐蚀的特点。生产中经常接触酸、碱、盐、有机溶剂 等强腐蚀性介质，因此腐蚀与生产相伴而生。多少年来，战斗在化工战线的 设备管理人员，无时无刻不在同腐蚀作斗争，研究和探索适合各种工况条件 下的金属和非金属防腐蚀材料，应用于生产设备，保证生产过程安全、稳定、 长周期、满负荷、优质高产，作出了不朽的贡献。 但是，随着科学技术的发展，化z 2 e 艺要求的不断提高，原有的许多耐 腐蚀材料已不适应越来越苛刻的工况条件。就拿我厂来说，近几年新建成投 产的湿法磷酸、过磷酸钙、无堆置熟化粒状过磷酸钙等装置中，有几台典型 设备( 即在生产流程中比较重要的设备) 不但要承受多种无机酸( 1 ：s o 。、t t , p o 。、 h f 、s i f 。、h ：s i f 。、h c l ) 的腐蚀，还要承受固体颗粒的磨损，使腐蚀复杂化， l 原用的一些耐腐蚀材料，如pvc 、3l6l 、环氧玻璃钢衬里、橡胶衬里 等材料和传统的防腐蚀技术，已远远不能满足日益提高的生产工艺要求。因 此，在充分消化吸收近年来国内外新研究的一些耐腐蚀材料，在此基础上查 阅了国内外化肥设备的资料，结合一些兄弟企业的经验，研究和应用适宜我 厂生产工艺的耐腐、耐磨、耐热的“三耐材料”，对我厂生产的正常进行，具 有重要的现实意义。 1 1 、腐蚀的主要形式和机理o 】 1 1 1 腐蚀的定义 材料由于和环境作用而引起的破坏或变质称为材料的腐蚀。 “材料”包括金属和非金属。金属腐蚀现象是十分普遍的，如钢铁构件 在大气中的生锈，铜制品在潮湿的空气中长铜绿，埋在地下的管道因腐蚀发 生穿孔，轧钢过程中氧化铁皮的生成，热力发电厂锅炉的脆性破坏等都是金 属腐蚀的实例。2 0 世纪5 0 年代以来，随着非金属材料和合成材料的迅速发展， 非金属材料的失效问题也日益突出。塑料、木材、陶瓷、橡胶、玻璃、石墨、 混凝土等非金属材料在介质作用下也会发生腐蚀破坏。如塑料在溶剂作用下 的溶解、溶胀破坏，塑料与橡胶制品的氧化和老化，混凝土在酸、碱或盐作 用下的开裂或粉化等。 “环境”指的是与材料接触的所有介质和气氛，包括水( 海水、淡水、蒸 馏水、矿泉水等) 、大气( 农村、城市和工业大气) 、土壤、化工介质( 各类 有机、无机物，如酸、碱、盐及其它物质) 。此外，放射线辐射、电流、应力、 生物等也会导致腐蚀。可见，任何环境都具有一定的腐蚀性。 “材料和环境的作用”包括化学反应、电化学反应、物理融解、辐射损伤 “破坏”指的是重量减少、穿孔、溶胀、开裂、溃烂等； “变质”指的是材料性质劣化，如强度下降、脆性增大、失去光泽等。 为了便于深入研究和全面、系统地了解腐蚀现象及其内在规律，并提出 相应的有效防止和控制腐蚀措施，需要对腐蚀进行分类。 1 1 2 金属腐蚀的分类 l 、按腐蚀机理分为化学腐蚀、电化腐蚀和物理腐蚀三种。 1 ) 、化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学反应而引起的破 坏。在反应过程中没有电流产生。这类腐蚀反应的特点是在一定条件下，非 电解质中的氧化荆直接与金属表面的原予相互作用而形成腐蚀产物，即氧化 还原反应是在反应粒子相互作用的瞬间在碰撞的那个反应点上完成的。由于 腐蚀过程电子的传递是在金属与氧化剂之问直接进行的，所以没有电流产生。 在2 0 世纪5 0 年代前一直将金属的高温氧化所引起的腐蚀作为化学腐蚀的典 型实例。1 9 5 2 年，德国著名的腐蚀学家、固体物理学家c w a g n e r 根据氧化 膜的近代观点提出，在高温气体中金属的氧化最初属化学反应机制，后来由 于金属表面形成了半导体氧化膜，腐蚀反应属电化学机制，故现在已不再把 金属的高温氧化划入单纯的化学腐蚀一类了。 2 ) 、电化学腐蚀是指金属表面与离子导电的介质因发生电化学反应而产 生的破坏。在反应过程中有电流产生。腐蚀金属表面上存在着阴、阳极。阳 3 极反应是金属原子失去电子而成为离子状态转移到介质中，称阳极氧化过程。 阴极反应是介质中的氧化剂吸收来自阳极的电子，称阴极还原过程。这两个 反应是相互独立而又同时进行的，称之为一对共轭反应。由阴、阳极组成了 短路电池，腐蚀过程中有电流产生。如金属在大气、海水、土壤及酸、碱、 盐溶液中的腐蚀均属这一类。 3 ) 、物理腐蚀指金属由于与周围介质发生单纯的物理溶解反应而产生的 腐蚀。金属在液态金属，高温熔盐、熔碱中均可发生物理腐蚀。例如，用钢 容器来盛放熔融锌，由于铁被液态锌所溶解致使钢容器渐渐变薄了。物理腐 蚀是由于“物质迁移”引起的，而“物质迁移”即在液态金属中，在容器或 管道的某些区域的金属不断溶解的同时，在另一些区域金属不断析出结果导 致金属从某些区域通过液态金属转移到另一些区域，这种现象称为物质迁移， 核反应堆中常用钠、钠钾合金、铋等作为反应堆冷却剂，因此由熔融金属引 起的设备物理腐蚀是危害极大的。 上述三类腐蚀中，电化学腐蚀最为普遍，对金属材料的危害最严重，因 此，主要讨论金属的电化学腐蚀，尤其是电解质水溶液中的电化学腐蚀。 2 、按腐蚀破坏形态分类按照金属腐蚀的破坏形态，可将腐蚀分为全面腐蚀和 局部腐蚀两大类。 1 ) 、全面腐蚀指腐蚀遍布金属结构整个表面上，它可以是不均匀的。腐 蚀的结果主要是质量减少( 失重) 、壁厚减薄。碳钢在酸溶液中的腐蚀属均匀腐 蚀，这种腐蚀危险性较小，只要知道其腐蚀速度，设计时留出腐蚀裕量，便 可满足使用寿命的要求。不均匀腐蚀虽然同样发生在整个金属表面上，但各 部分的腐蚀速度相差较大，它比均匀腐蚀更为普遍，例如海船航行4 年5 年 后，在船体水下部分的整修表面上可观察到不均匀腐蚀。不均匀腐蚀又可分 为： 斑状腐蚀。腐蚀像斑点一样分布在金属表面上，所占面积较大，但不 很深。 溃疡腐蚀。又称浓疮腐蚀，在有限的金属表面积上集中了较大又较深 的损坏部分，犹如人体上长的大浓疮。这两种不均匀腐蚀形态通常开始发生 在表层有缺陷或剥落的金属表面上，随着时间延长、腐蚀破坏面积由较小渐 渐扩展，最终连成一片，形成不均匀腐蚀。 2 ) 、局部腐蚀集中在局部狭小区域，而大部分表面则几乎未被破坏。局 部腐蚀种类很多，对金属结构的危害比全面腐蚀大得多，下面选择八种主要 的类型加以介绍。 小孔腐蚀。小孔腐蚀又称点蚀。在金属表面上极为个别的区域被腐蚀 成一些小而深的孔。蚀孔的深度一般大于其直径，严重的可将设备腐蚀穿通， 有些蚀孔孤立地存在，有些则紧凑在一起。蚀孔上部往往都被腐蚀产物覆盖。 不锈钢和铝合金在海水中的破坏就是小孔腐蚀的典型实例。 应力腐蚀。在机械应力( 外载荷或内部残留应力) 和腐蚀介质共同作用 下，金属材料发生的腐蚀破坏，如应力腐蚀开裂，腐蚀疲劳等。 电偶腐蚀。电位不同的金属或合金互相接触，并在一定的介质中所发 生的电化学腐蚀称为电偶腐蚀。电偶腐蚀造成电位较负的金属或合金( 阳极) 部件发生加速腐蚀破坏，破坏一般集中在连接部位附近。 缝隙腐蚀。金属构件一般都采用铆接；焊接或螺钉连接等方式装配， 在连接部位就可能存在缝隙，或者金属表面上的固体沉积物、腐蚀产物、氧 化皮、漆膜等构成缝隙，由于缝隙内滞留介质所引起的电化学腐蚀破坏称缝 隙腐蚀。 选择性腐蚀。多元合金在腐蚀介质中，较活泼的组分优先溶解，结果 造成材料强度大大下降，例如黄铜脱锌等。 晶间腐蚀。腐蚀破坏沿着晶粒边界进行，使晶粒之间失去结合力，结 果使材料丧失强度。这种腐蚀很危险，因肉眼一看仍光亮如初，但其强度可 能已丧失殆尽。 磨损腐蚀。由于机械因素( 湍流、旋涡、流体冲击、空化作用，微振磨 擦等) 和腐蚀介质共同作用造成的腐蚀破坏，其特征是形成密集的凹坑或沟洼。 氢损伤。氢损伤指氢进入金属内部造成的腐蚀破坏，包括氢脆、氢鼓泡、 氢腐蚀等。 3 、按腐蚀环境分类按腐蚀环境可分为大气腐蚀、土壤腐蚀、淡水和海水腐蚀、 辐照腐蚀等。其中化工介质包括酸、碱、盐、有机物和工业冷却水等。 1 2 、化工企业腐蚀的危害 1 2 1 、腐蚀造成经济损失 化工生产过程经常接触酸、碱、盐、有机溶剂等强腐蚀性介质，因此腐 蚀与化工生产相伴而生，特别是现代化工的发展，要求生产在高温、高压、 连续不断操作条件下运行。在这样苛刻的工况条件下，一旦设备出现腐蚀破 坏，整个生产装置就将被停产，造成严重的经济损失。例如3 0 万吨年合成氨 装霞因腐蚀停产一天，损失为6 0 万元人民币，3 0 万吨年乙浠装置因腐蚀停 产一天，损失为7 5 0 万元人民币。因此，化工行业的腐蚀最为严重，经济损 失最大。 腐蚀问题也遍及国民经济和国防建设各个部门，对国计民生危害十分严 根据一些工业发达国家的统计，每年由于腐蚀造成的经济损失约占国民 生产1 5 4 2 ，1 9 8 2 年，美国由于腐蚀造成的经济损失高达1 2 6 0 亿美元。 我国尚未进行全国性的腐蚀损失调查，但根据1 9 8 0 年国家科委腐蚀科学学科 组对石油、化工、冶金、核工业、建材、纺织、轻工等部门的腐蚀情况调查 表明，我国的部分工业部门由于腐蚀造成的经济损失约为当年生产总值的 4 ，这个数值与许多国家调查结果大致相同。1 9 9 9 年2 月8 日新华社报道， 1 9 9 8 年我国腐蚀损失为2 8 0 0 亿人民币。 1 2 2 、腐蚀造成资源浪费 众所周知，地球上的资源是有限的，珍惜自然资源是人类一项长期的战略 任务。腐蚀一方面要损耗大量的金属材料( 也包括非金属材料) ，同时也会浪 费大量的能源。据统计，因腐蚀每年有3 0 的钢铁遭受腐蚀，1 0 的钢铁全 部变成为无用的铁锈，这是一个惊人的损失。 国外统计表明，全世界每年因腐蚀报废的钢铁产品约占总产量的3 0 ，其 7 中2 3 的可回炉再生，而l 3 的不可能再生而散落在地球表面上，这意味着全 世幂每年有一亿u 屯的金属由于腐蚀而散失。腐蚀损耗了大量的金属，而地下 蕴藏的金属矿藏是有限的。1 9 7 0 年就有人提出，若以当年的开采量计算，铁、 铬、镍三种金属可供开采的时间不足1 0 0 年。腐蚀除了耗竭了极为宝贵和有 限的资源，还浪费了能源( 由于矿石冶炼成金属并从金属材料制造成各种设 备均需要耗费大量的能源) ，因此，人类控制腐蚀问题已迫在眉睫。 1 2 3 、腐蚀危害人身的建康和安全 应力腐蚀、氢脆、孔蚀等局部破坏的发生难以预测，容易引起化工设备的 爆炸、火灾等突发性的灾难事故，危及职工的人身安全。例如固内某厂天然 气管线因硫化氢应力腐蚀破坏发生爆炸，引起特大火灾，造成二十多人死亡。 腐蚀所造成的设备的“跑、冒、滴、漏”，使许多毒性物质泄漏到大气、 土壤、水源中，严重污染了人类生活的环境，危害人类的健康。此掺，若易 燃易爆的物质泄漏到环境中，后果将不堪设想。由于关键部位发生腐蚀断裂 而引起飞机坠毁、轮船沉没、火车失事、桥梁断裂等恶性事故，严重危及人 身安全。1 9 8 5 年8 月1 2 日，目航波音7 4 7 飞机机毁人亡，5 1 2 名乘客和机组 人员无一还生据报道是由于某一部件应力腐蚀破坏引起的事故。在美国西 弗吉尼亚州和俄亥俄州之间的一座桥梁，于1 9 7 6 年1 2 月某日突然倒塌，当 时在桥上行驶的1 0 0 多辆车连同行人一起坠入河中，死亡4 6 人，事后查明， 此事故是由于钢架应力腐蚀和腐蚀疲劳联合作用所致。1 9 6 8 年我国威远到成 都的天然气管道腐蚀漏气爆炸，死亡2 0 余人。在四川气田，因一个阀门应j - j 腐蚀破裂漏气，造成大火灾，绵延2 2 天，损失6 亿元。可见，研究与解决腐 蚀问题- 5 防止环境污染、保护人民的健康关系密切。 蚀问题与防止环境污染、保护人民的健康关系密切。 1 3 、防腐蚀技术进展1 人类在有目的地利用金属时代起，就开始着手对金属腐蚀和防护技木 进行研究。我们的祖先早在商朝时期、就已经广泛应用了闻名世界的中国真 漆来进行防腐蚀和装饰。春秋战国时期埋藏的武器，秦始皇时代的青铜剑和 大量箭镞，有的至今毫无锈蚀，仍然锋利无比。经有关部门鉴定，青铜箭镞 表面有一层致密的黑色氧化层( 有的表面含铬高达2 ，而基体不含铬) ，大大 提高了其耐腐蚀性和硬度。由此可见，早在两干多年前，我们的祖先就已经 采用了表面合金化技术来防腐，这是中国文明史上的一大奇迹。古希腊与罗 马也在公元前5 世纪到公元前1 世纪左右，就已经有了用锡防止铁生锈的记 载。 1 7 世纪人们用酸处理铁器时，加入淀粉可减少酸的损耗，但不明白这 一腐蚀抑制过程的原因，直到19 世纪瑞士学者杰略里夫提出金属在电 解质溶液中形成微观电池而发生腐蚀的假说，揭示了电化学腐蚀的本质，从 而奠定了腐蚀理论的基础。 2 0 世纪4 0 年代以来，金属腐蚀与防护才开始形成一门独立的学科，许多 著名的腐蚀科学家和工程技术人员对各种类型的局部腐蚀机理开展了大量而 深入的研究，探索其发生原因和发展规律，并进而提出了各种有效的腐蚀控 制措施，同时发展了许多腐蚀研究方法。 近年来，生产和科学技术的飞速发展，有力地促进了现代腐蚀科学的发 展，先进工业国家都十分重视发展腐蚀科学。近年来，除了出版许多腐蚀科 学专着外，还出版了多种腐蚀科学学术期刊，国内频繁开展有关的学术活动， 同时积极组织并参加国际学术交流。通过广大腐蚀与防护科技工作者的共同 努力，针对石油、化工、航空航天、核能、船舶制造等现代工业中存在的腐 蚀现象研制成功了许多耐腐蚀金属和非金属材料，各种各样有效的防腐蚀技 术也应运而生为国民经济各行备业的开源节流及高速发展做出了卓越的贡 献。随着现代工业和科学技术的飞速发展，对防腐蚀技术提出了更高的要求， 有力地促进了现代腐蚀科学的发展，先进工业国家都十分重视发展腐蚀科学。 与此同时，也带动了新型防腐蚀材料的研制和开发，各种耐腐蚀性能优良的 合金材料、有色金属结构材料和非金属耐腐蚀结构材料也不断问世，这也为 现代工业提供了各种新型防腐蚀设备与新型防护技术。 在化工企业中，目前国内外湿法磷肥生产中的防腐蚀，国内外大多从材 质上考虑，一般承受机械力和磨蚀的转动设备，如泵、搅拌桨选用不锈钢和 合金。静止设备如塔、槽、器、管道，采用非金属材料。常用的结构材料有 各种合金钢、玻璃钢、石墨、塑料等。仍处于试制和试用阶段。根据湿法磷 肥生产中腐蚀，进行腐蚀规律性研究，开展防腐蚀材料的研究，解决我厂湿 法磷肥生产中的设备腐蚀，对过磷酸钙的生产具有重要的意义。 下面就化工企业国内外防腐蚀材料的发展情况，分耐腐蚀金属材料、耐 腐蚀非金属材料、防腐蚀技术三个方面作简单介绍： 1 、耐腐蚀金属材料 根据化工生产条件的不同，热交换器、反应釜、贮槽、锅炉等设备现在 常使用三个档次的的耐腐蚀合金。最常见的是第二档耐腐蚀合金，如30 4 型、316 型等通用不锈钢。当温度、压力更高，腐蚀性更强时，通用不锈 1 n 钢承受不了这样的腐蚀，需要采用更高档次的奥氏体不锈钢，即通常说的第 二档耐腐蚀合金一20 号合金。组成第二档耐腐蚀合金系列的有三种，它在 统一编码系统( u ns ) 中分别为n 0 80 20 ( 商业上称为20 c b - 3 ) 、n 0 8 0 2 4 ( 商 业上称为2 0 m 0 4 ) 、n 0 8 0 26 。这一类高级不锈钢一般铬含量为20 一24 ， 镍含量为30 35 ，有一定含量的铝和铜。n 0 8 0 2 0 不锈钢在没有氯离 子的介质中，对大范围浓度的酸介质有较强的耐腐蚀性。这类不锈钢均不会 引起应力腐蚀开裂，是硫酸、浓磷酸介质中最好的耐腐蚀材料。 2 、耐腐蚀非金属材料 目前国内外耐腐蚀非金属材料在化工生产中应用非常广泛。非金属材料 具有优良的耐腐蚀性能，机械性能较差但可通过增强等途径获得弥补。其作 用表现在：第一、制造整体化工设备，如管道、风机、净化设备、槽罐、容 器、换热器、泵、阀门等；第二、作耐腐蚀衬里层，是以钢作为外壳内衬非 金属材料，这样，既利用了钢的优良机械性能，又充分发挥了非金属材料好 的耐腐蚀性能。内衬非金属材料有：耐酸瓷砖板、石墨板、天然岩石、铸石、 橡胶、塑料、玻璃钢等。第三、作耐腐蚀涂层，可采用喷、涂、刷、浸等方 法将非金属材料以涂膜方式附着在设备的表面上，形成一层耐腐蚀层、将腐 蚀介质与设备隔开，达到防腐蚀的目的。 3 、防腐蚀技术 防腐蚀技术以下几个方法： 第一、耐腐蚀涂料。如上节所述，耐腐蚀涂料是将非金属材料以涂膜方 式附着在设备的表面上，形成一层耐腐蚀层，将腐蚀介质与设备隔开，达到 1 i 防腐蚀的目的。第二、表面工程技术，有火焰喷涂、电镀、渗铝( 或氮等) 。 第三、电化学保护技术，分为阴极保护、牺牲阳极保护两种方法。第四、缓 蚀剂法，是利用化学添加剂在腐蚀介质中从而抑制金属腐蚀。 1 4 、本课题研究的意义 在我厂湿法磷肥生产中，腐蚀是一个重大的现实问题，腐蚀问题遍及生 产过程的各个环节，严重影响生产的正常运行，导致经济损失，资源浪费甚 至严重威胁到职工的人身安全，我厂生产过程经常接触酸、碱、盐、有机溶 剂等强腐蚀性介质，因此腐蚀与生产相伴而生，特别是近几年工厂的发展， 要求生产在高温、高压、连续不断操作条件下运行。在这样苛刻的工况条件 下，一旦设备出现腐蚀破坏，整个生产装置就将被停产，造成严重的经济损 失。综上所述，防腐蚀技术与我厂的生产息息相关，对经济效益的提高有着 极为重要的意义。 1 4 1 云南磷肥的地位“9 】 国家国民经济和社会发展“九五”计划和2 0 1 0 年远景目标纲要中，明确 提出“加快发展以化肥为重点的农用工业，建设磷肥基地和钾肥基地”。未来 2 0 0 5 年至2 0 1 5 年间，发展高浓度磷复肥是我国化肥工业发展的重点。 云南省由于具有丰富的磷矿石资源，国家规划云南省为全国最大的磷肥 加工基地，其中重过磷酸钙和磷铵是云南磷肥产业的主体。 2 0 世纪9 0 年代以来，云南磷肥产业得到了较快发展，十年间的年均发展 速度为1 2 ，高于全省化学工业年均发展速度两个百分点，成为云南化学工 1 业的主导产业。主要磷肥产品的产量，在全国同行业中占有重要地位。2 0 0 2 年云南的磷肥、湿法磷酸等生产量，分别为1 3 2 万吨、6 65 - ( l 表1 - - 1 ) ， 与1 9 9 0 年比较，分别增长2 3 6 倍、6 3 9 倍；其中磷肥生产量居全国各省市区 第一位，磷肥占全国总产量的1 6 ( l 表1 2 ) 。 表1 12 0 0 1 年、2 0 0 2 年云南磷肥主要产品产量( 万吨) i 再争份 2 0 0 1 亟2 0 0 2 盔 、 磷肥( 折p 2 0 5 ) 1 0 8 3 81 3 2 。0 7 a 普钙 4 8 9 3 5 14 8 5 0 b 高浓度磷复肥 4 8 6 2 7 96 8 8 5 t r e k ( 复混肥) 1 2 1 13 ，2 7 9 5 重钙 1 4 8 7 0 9 2 4 1 7 8 l c 、热法磷酸( 8 5 h 3 p 0 4 ) 1 8 0 4 2 22 5 3 4 3 表1 2 云南磷肥产量在国内的排序 季劳排序2 0 0 2 缸 蘼秀 省市产量( 万吨) 磷 1 石南 1 3 2 0 2 2湖北1 1 7 0 3 肥 3 山东8 5 3 8 4 四川8 3 0 4 总 全国总计8 0 5 6 7 量 1 四川2 7 7 0 2 湖北 2 2 6 2 m a p ( 磷酸一铵) 3重庆17 7 1 4 西南 1 4 7 全国总计 1 2 5 4 6 1五南2 6 7 2贵州2 5 9 6 d a p ( 磷酸二铵) 3安徽1 7 1 0 4山东1 6 8 5 全国总计 1 2 2 5 7 t s p ( 重过磷酸钙) 1 石甯 2 4 2 2 贵州 1 6 6 全国总计 2 5 8 6 1 4 2 我厂湿法磷肥生产的腐蚀问题及防腐蚀的意义 我厂是国家大二型磷肥及磷化工企业，设备种类繁多，在册设备共有2 3 6 5 台套。生产产品主要有磷肥、磷化工两大系列16 个品种，过磷酸钙产量如下 表1 3 。 表l 一3云南昆阳磷肥厂湿法磷酸及过磷酸钙产量 装置名称装置能力备注 ( k “a ) 磷1 、湿法磷酸 3 0折纯8 5 p 2 0 5 2 、粒状重过磷 8 0实物量，其副产品为氟硅酸。 肥 酸钙 产 3 、粒状普通过2 5 0 ( 包含粉状产实物量，其副产品为氟硅酸。 磷酸钙 品) 品 生产过程中产生的硫酸( h 2 s 0 4 ) 、磷酸( h 3 p 0 4 ) 、氟硅酸( h 2 s i f 6 ) 等 都为腐蚀性介质，对设备、管道、阀门具有强烈的腐蚀作用。其中最严重的 腐蚀问题是： ( 1 ) 、在普通过磷酸钙生产过程中，由于f 、c 1 等元素与磷矿石伴生， 且磷矿石中夹带一定的石英，其加工过程中回转化成室筒体既遭受无机酸 ( h 2 s 0 4 、h 3 p 0 4 、h f 、s i f 、h 2 s i f 6 、h c i 等) 腐蚀，又遭受以石英为主的固 体磨蚀，使腐蚀复杂化。由于化成室筒体内表面积大，使用金属材料防腐蚀 几乎不可能。因此，研究非金属防腐蚀材料具有十分重要的意义。 ( 2 ) 、在湿法磷酸的萃取生产过程中，料浆泵位于萃取循环反应槽中， 用于输送含固体颗粒的磷酸料浆，由于料浆中含有磷酸、硫酸、氟硅酸等多 种无机酸，再加之固体颗粒的磨损，在料浆泵