化工泵耐硫酸腐蚀材料的选用

由于硫酸的强烈腐蚀性，使生产硫酸和使用硫酸的设备造成了严重的腐蚀。为了防止或减轻这种腐蚀，保证生产的顺利进行，各种硫酸化工泵的材料必须根据硫酸的腐蚀特性以及各种材料的耐蚀性能进行正确的选择和合理的使用。

一、硫酸的腐蚀特性：

   硫酸主要是用接触法和铅室法生产的。硫或硫化物，如硫化铜矿石经过燃烧生成二氧化硫，在氧和催化剂的作用下，二氧化硫变成了三氧化硫，三氧化硫溶介于水即得硫酸。当硫酸浓度大于100%，并含有游离三氧化硫气体时被称为发烟硫酸。例如含有20%游离三氧化硫气体的酸被称为20%发烟硫酸或104.5%硫酸。

   稀硫酸是一种非氧化性酸，随着浓度的提高，硫酸就会变成氧化性酸，它可以被还原成二氧化硫。因此浓硫酸可以使钢和铁钝化，使普通钢铁在浓硫酸中成为耐蚀。但是硫酸会吸收空气中的水份，一旦硫酸被稀释到68%以下浓度时，碳钢和铸铁的设备就会受到严重的腐蚀。在非氧化性的稀硫酸中，钢和铁不能通过在表面生成氧化膜而钝化。氧和其他氧化剂的存在会改变稀硫酸的腐蚀特性。但是在浓硫酸中，由于浓硫酸本身是一种氧化剂，因此氧和氧化剂就不会改变浓硫酸对金属的腐蚀特性，正如不锈钢在硝酸中那样不受通氧或不通氧的影响。

二、碳素钢的化工泵耐硫酸腐蚀特性：

   碳素钢广泛地被用作室温下浓度大于70%的硫酸设备，如贮槽、管线、槽车和船仓等。通常盛装78%、93%、 98%的硫酸和发烟硫酸。图1表示碳素钢在浓硫酸中硫酸浓度和温度对腐蚀率的影响。等腐蚀曲线显示，在硫酸浓度为101%附近，曲线明显下凹，表明此处腐蚀迅速增加，选用碳素钢时要特别注意。在硫酸浓度85%附近，曲线也稍有下凹，表明此处腐蚀稍有增加。曲线的虚线部分表示数据不足，曲线位置多少是带有推测性的。图1也表明，不论在什么温度下，在小于65%的硫酸中，碳素钢是不能使用的。温度在65℃以上时，不论硫酸浓度多大，碳素钢一般也不能使用。

   较高的流动速度会增加硫酸对碳素钢的腐蚀，如碳素钢制的泵使用寿命很短，但是每秒几英尺的流动速度，似乎还不会改变它的腐蚀特性。固体悬浮物会引起碳素钢的磨损腐蚀。

   充空气对碳素钢在浓硫酸中的腐蚀影响很小，因为浓硫酸本身是氧化性的。但是发现“空气泡”对通浓硫酸的管线却有破坏作用。例如一根通93%硫酸的碳素钢管线，使用一段时间后发现沿着管子内壁的顶部出现沟槽，沟槽深而锐利，而在管子的其他内表面上几乎没有腐蚀。这显然是由沿着管子内壁上方浮动的“空气泡”引起的。空气是通过泵的垫料处吸入，并随着流动的硫酸进入系统内部、这种“空气泡”的破坏作用可以通过排出空气或防止空气从泵、阀等处进入管线而得到克服。

   碳素钢在浓硫酸中使用，因焊接等原因受热后，在局部地区会出现“牛皮癣”腐蚀，这是由于珠光体组织受热后球化引起的，将碳钢经850℃左右的正火处理后可以防止“牛皮癣”腐蚀的发生。

三、铸铁的化工泵耐硫酸腐蚀特性：

   普通铸铁在硫酸中的耐蚀性和普通碳素钢相似。但是灰铸铁在浓硫酸中会发生开裂现象。这是因为酸能够沿着连续的片状石墨组织渗入铸铁内部，使铸铁内部发生腐蚀(公众号:泵管家)。由于腐蚀产物体积增大，而使局部产生很高的应力。随着腐蚀产物的增加，局部内应力不断增加，最后导致铸铁开裂损坏。因此在硫酸中普通灰铸铁通常不宜采用。如果通过热处理，使连续的片状石墨组织变成不连续的球状组织，这样硫酸就不会渗入铸铁内部，从而就可以防止铸铁在硫酸中发生开裂现象。因此，所谓可锻铸铁、球墨铸铁或延性铸铁在硫酸中就具有较好的使用性能。

   铸铁和碳钢一起在100%左右的硫酸中使用时，可能会发生电偶腐蚀。由于铸铁较脆以及考虑到安全等的原因，因此在可能的条件下应该宁用碳钢而少用铸铁。

四、不锈钢化工泵耐硫酸腐蚀特性:

   普通不锈钢通常不用于接触硫酸的设备上，18-12Mo型不锈钢偶尔被用于室温含很稀的硫酸的介质中，或者是含有氧化性成份的稀硫酸溶液中。由于不锈钢在硫酸中耐蚀性不稳定，要获得可靠的数据并制成腐蚀图是比较困难的。

   在室温浓硫酸中，不锈钢具有尚好的耐蚀性，但在通常的情况下，宁可采用碳钢而不采用不锈钢。除非介质要求防止铁离子污染时，或者是在101%左右硫酸中碳钢不能使用时，才能选用不锈钢。铬不锈钢、铬镍不锈钢和铬镍钼不锈钢相似，在室温浓硫酸中具有较好的耐蚀性，随着温度的升高腐蚀率也明显升高。在60℃以上的浓硫酸中，使用寿命较短，不宜采用。

   含硅的不锈钢1Cr18Ni11Si4A1Ti，在浓硫酸中具有比普通不锈钢好得多的耐蚀性，即使在较高的温度下也有较好的耐蚀性。表3表明在97%左右的浓硫酸中1Cr18Ni11Si4A1Ti钢具有比其他不锈钢更好的耐蚀性。因此在60~100℃的浓硫酸中使用的设备，可采用1Cr18Ni11Si4A1Ti而不必采用昂贵的镍钼合金。我国合成酒精设备上用的泵、阀就是这样，效果显著。表4为1Cr18Ni11Si4A1Ti钢的成份和性能。

   含铜、钼的不锈钢，如OCr18Ni18Mo2Cu2Ti和1Cr17Mn9Ni3Mo3Cu2N钢等，主要用在稀硫酸中。这类钢在温度低于40℃、浓度小于70%的硫酸中可以使用。在浓度小%的硫酸中，温度高达80℃时也可使用。表5列出1Cr17Mn9Ni3Mo3Cu2N 钢的成份和性能。该钢适宜制造泵、阀等铸件或锻件。

伍、非金属材料化工泵在硫酸中的耐腐蚀特性:

   表8列出了一些非金属材料在硫酸中的耐蚀性。应该注意的是非金属材料的机械性能不及金属材料好、如塑料不仅容易老化，而且在稍高温度时即易产生蠕变破坏。玻璃、陶瓷则很脆。

另外也要注意，一些非金属材料，如塑料和合成橡胶等的耐蚀性也和金属材料一样受它们的成份、增塑剂和填料等的影响而变化。因此不同牌号的非金属材料的耐蚀性能应该在给定的腐蚀条件下试验确定。

耐硫酸材料的选用:

   由于各种不同的材料在不同浓度或温度的硫酸中显示出不同的耐蚀性，彼此之间又没有相同的规律，因此耐硫酸材料的选用必须以实验和经验为基础。George. A. Nelson首先根据大量的实验资料和工厂的使用经验绘制了耐硫酸材料选用图。他把硫酸的浓度-温度状态图(常压沸点以下)划分成10个区域，各区内腐蚀率≤0.5毫米/年的材料用表列出。

但是须注意此腐蚀率仅指材料在静止或流速不大的单纯硫酸中适用，如果酸中含有其他会明显改变材料腐蚀特性的杂质或酸的流速很高会使材料发生磨损腐蚀时，本选用图就不能直接搬用。经过补充的耐硫酸材料选用图见图9和表9所示。有关某些耐硫酸合金的成份见表10所示。

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