不锈钢材料在纯碱工业的使用

不锈钢材料在纯碱工业的使用4.1奥氏体不锈钢的使用在纯碱工业中使用的不锈钢品种以奥氏体不锈钢和奥氏体-铁素体双相不锈钢为主。其中奥氏体不锈钢中含钼的00Mo5(00Cr18Ni18Mo5)不锈钢、高镍钼904L(00Cr20Ni25Mo4)不锈钢及316L(00Cr18Ni12Mo2)不锈钢使用最为广泛，双相不锈钢主要有奥氏体——铁素体双相不锈钢3RE60(00Cr18Ni8Mo3Si2)和CD4Mcu铸造不锈钢这两种材料。00Mo5不锈钢在纯碱中主要是作碳化塔的冷却管，它具有非常优越的抗孔蚀和缝隙腐蚀能力，甚至可以用于接触海水介质的冷却小管。但是该材料不是一个标准的不锈钢系列产品，市场上采购较为困难，其使用受到一定程度的限制，没有大量推广使用。904L不仅具有高的铬镍含量，而且有很高的Mo含量，具有比00Mo5不锈钢更好的耐蚀性，在纯碱生产中，904L表现出较好的耐全面腐蚀和抗点蚀能力。另外，904L有很好的冷热加工性。在欧洲904L在纯碱设备上被认为具有与钛材相媲美的优异的耐蚀性能，在一些贫钛国家它被大量地用于替代钛材在纯碱工业应用。它不仅可以用作板材成为压力容器的壳体材料，也可以作为锻件和铸件用在换热器的管板和泵上。除此以外316L、304等不锈钢也广泛的使用在纯碱设备、管道、仪表及阀门等上面。在与纯碱生产密切相关的苛化法烧碱多效蒸发的生产中，高浓度的NaOH含量45%、NaCl含量20%、温度150°C(沸腾)条件下用0Cr18Ni9Ti不锈钢制作的泵阀用不到1个月，而1Cr18Ni9Ti制作的管材，使用寿命仅11个月。用超纯铁素体不锈钢(000Cr26Mo1)在浓碱(42%-46%)生产线的蒸发器上，管壁腐蚀率仅为0.018mm/a，使用寿命超过10年。4.2双向不锈钢的使用3RE60(00Cr18Ni8Mo3Si2)是奥氏体——铁素体双相不锈钢，国外有的工厂将这种不锈钢用于塔器的内件，如格栅、塔盘等，国内曾将该材料用于氨碱的母液蒸馏塔蒸馏段，但投入运行后产生应力腐蚀破裂，经检查分析，应力腐蚀破坏部位是在温度最高处。虽然双相不锈钢有着比碳含量相当的奥氏体不锈钢更好抗晶间腐蚀的能力，但双相不锈钢耐氯化物应力腐蚀性能与普通18-8奥氏体不锈钢相比，只有在低应力下才显示出一定的优越性，在高应力作用下则区别不大或基本相同。因此用此材料制成的母液蒸馏塔在使用2年后塔壁出现裂纹，发生渗漏，使用5年后各塔出现了30多处的泄漏点。裂缝与裂纹多出现在塔体的焊缝及热影响区，其中环焊缝热影响区的裂纹最多，严重处的裂纹呈向外放射状，导致内外穿孔，焊缝热影响区裂纹较集中，方向与焊缝平行且长度与其相对应，局部筒体母材多处发生点腐蚀。分析其产生原因认为主要是氯化物的应力腐蚀破坏造成损坏，应力腐蚀破裂的原因主要是焊接应力，尤其是补焊造成的残余应力及设备制造时产生的结构应力二者叠加的应力源，同时在塔壁上结垢和干湿交替局部浓缩氯离子介质的作用，从而产生应力腐蚀破坏。最后得出双相不锈钢不能承受在碱厂母液蒸馏的工况条件，对于该材料在纯碱中应用，建议使用温度不要超过80C，且应在设计和制造时注意避免应力集中。这同样也说明，在工业生产中，适宜材料的选用对生产的安全、稳定、成本的降低来讲是极其重要的。不锈钢的耐腐蚀，主要是靠Fe-Cr合金的钝化来实现的，不锈钢的钝化膜特别薄，大约1-10nm，膜并不十分均匀，局部总有缺陷，因此，钝化膜很容易遭受破坏，如化学破坏和机械破坏等，钝化膜的化学破坏主要是由于氯化物等侵蚀性阴离子与钝化膜交互作用，导致点蚀，缝隙腐蚀和晶间腐蚀等局部腐蚀破坏。至于氯离子等对于钝化膜破坏的机理也是一个正在探讨的问题。钝化膜的机械破坏是由于腐蚀环境和机械力共同作用的结果，在这种破坏形式中，卤化物离子起着重要作用，因此针对不同的工况条件选用适宜的材料是极其重要的。5非金属材料在纯碱工业中的使用由于纯碱生产中的工艺介质对金属材料的严重腐蚀，经过人们的不断探索，几年来非金属材料的使用也越来越广泛。5.1工程塑料的使用耐蚀塑料。耐蚀塑料分为热塑性与热固性两大类，热塑性塑料中聚乙烯、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）的应用占主流，氟塑料、氯化聚醚、聚苯硫醚等工程塑料具有优异的耐蚀性能，应用日益广泛，尤其是氟树脂应用最广，增长速度也最快；热固性的树脂有环氧、酚醛、聚酯、呋喃为主的四大树脂，大多数制成复合材料使用，因其刚度与强度差，通常通过纤维增强来做化工设备。耐蚀塑料制的化工设备主要有管道、通用设备、槽罐、换热器、泵、阀等。聚氯乙烯除强氧化剂（如浓度大于50%的硝酸、发烟硫酸等）及活性极大的物质外，它可耐各种浓度的酸、碱、盐类溶液的腐蚀，非常适合纯碱厂生产中任何浓度的各种介质，由于硬聚氯乙烯的抗拉强度随温度升高而下降（温度每升高1°C，强度下降6.25MPa），冲击韧性随温度降低而下降，仅适合温度小于60C场合下使用。纯碱企业给排水车间的循环水塔内的喷淋管线，原使用碳钢管，由于长期生产，维护防腐时间不足，锈蚀比较严重，现改用PVC管效果良好。在温度不太高的状态下（如小于100C），可在管外采用玻璃钢或碳钢管加强以增加其抗拉强度。如重碱车间中和水管线及热母液管线采用外缠玻璃钢加强的聚氯乙烯管取代原来的铸铁管，效果亦较好。聚丙烯（PP）与聚氯乙烯相比，重量轻（密度约为聚氯乙烯的60%）、具有较高的使用温度（推荐使用温度为110-120C），聚丙烯用玻璃纤维增强后其耐热性和机械强度都有明显改善，扩大了聚丙烯的应用范围，非常适合纯碱生产中各种介质、温度小于100C的场合下应用。如母液洗涤塔的鲍尔环采用聚丙烯材料代替不锈钢，使用效果好，节省费用。或者在钢管内衬聚丙烯管道在给排水车间稀盐酸管线及煅烧车间热母液管线中应用均比较成功。目前市场上，已有许多厂家生产的改性聚丙烯（PPR）管线及钢箍架聚丙烯管线均非常适合纯碱生产中温度小于100C的各种介质管线用。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数（接近于零）极低，熔点高（190-210C），粘度大、流动性差而极难加工成型一直没有推广应用，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，还具有突出的耐磨性（磨耗4.4-5.2mm）、低摩擦系数（0.14-0.15）、较高的冲击强度（无缺口冲击强度18.6-19.6MPa）和热稳定性、优良的耐应力开裂性和自润滑性、无表面吸附力，卓越的化学稳定性和抗疲劳性，可用在磨损、腐蚀严重的重碱溜子、档板等，内衬超高分子量聚乙烯板还可推广到其它需要耐磨、耐冲击的场合，如石灰石仓、焦炭仓、石灰仓，目前已有厂家生产出超高分子量聚乙烯泵可以取代昂贵的钛泵。MC尼龙是单体浇铸尼龙的俗名，是已内酰胺单体在模具内聚合成型直接得制品。MC尼龙除具有普通尼龙材料的通性（如较高的强度、刚性、韧性、低蠕变、耐磨耗，以及化学稳定性）外，由于其高分子量和高结晶度，故比普通尼龙吸水率低，尺寸稳定性好，机械强度比普通尼龙高1.5倍。目前国内已有厂家生产出增强MC尼龙管线，使用温度高至160°C。可取代纯碱生产中的铸铁管，尤其适合温度较高、腐蚀性较强的场合。5.2玻璃钢、搪玻璃的应用玻璃钢即纤维增强高分子材料，玻璃钢是一种以合成树脂（包括热固性与热塑性树脂）为粘合剂，以玻璃纤维为增强材料的新型复合结构材料，它具有高强、轻质、耐蚀、优良的耐热性能和电绝缘性能等许多优点。目前国际上每年生产数百万吨，有四五万个品种，国外化工用玻璃钢树脂大多数采用间苯二酸聚酯，部分采用环氧和双酚A，乙烯基树脂的应用也在逐年增加。国内主要为聚酯、环氧、酚醛等树脂，其中聚酯玻璃钢占总产量的80%，耐蚀玻璃钢制品主要有储罐、槽车、耐蚀风机、管道等。纯碱生产中的母液洗涤塔内的筛板与液体分布器，原设计使用材料为不锈钢（0Cr18Ni9Ti），一般使用不到1年。改用玻璃钢筛板与液体分布器，经过近10年的使用，效果良好，经济效益显著。热氨盐水管线及母液蒸馏塔出气氨气管线也有采用玻璃钢材料，都收到满意的效果。另外，玻璃钢还可以制作设备平台、梯子、电缆桥架等取代腐蚀较严重的钢结构，尽管一次性投资较大，但可省去钢结构周期性防腐费用。需要指出的是，玻璃钢耐腐蚀性能、耐热性能及其机械强度与粘合剂的品种及其配制有极大的关系，在选择玻璃钢时要注意。搪玻璃也是重要的非金属耐蚀材料，它的主要产品有反应釜、储罐、换热器、搅拌器等，国外的搪玻璃产品及规格很多，国内的产品比较单一，在纯碱企业使用尚未见报道。5.3工业陶瓷的应用近年来世界工业陶瓷发展很快，在化工装备中常用的精细陶瓷材料就是高纯度的人造原料，通过控制原料的组成和材料的细微组织而制成的一种烧结体，化学工业中常用的结构陶瓷有：氧化系，如氧化铝、氧化锆等；碳化物系，如碳化硅、碳化硼等；氮化系，如氮化硅、氮化硼等。其中氧化铝陶瓷使用最多最广，占60%左右，陶瓷材料具有优良的化学稳定性，除了对高浓度的碱与氢氟酸以外，几乎对所有的化学品具有优异的耐蚀性。但由于加工与成型的难度，在纯碱行业用的很少，一般只是在一些有特殊要求的阀门（如石灰乳调节阀）上用的多。非金属材料虽然具有无可比拟的耐腐蚀性、耐冲刷性能及绝热的优点，但由于它们存在低的强度与刚度，低的导热系数，成型制造困难、温度的适应性较差等问题，一直使得非金属材料在纯碱行业只能作为一个配角，现今也只是在管道，阀门，小