電解液管路腐蝕特點及實例分析

1、 電解液管路腐蝕特點及實例分析 目前國內(nèi)制造燒堿的方法主要有兩種，一種方法是離子膜電解法，另一種方法是隔膜電解法。他們的原理相同，但兩種方法生產(chǎn)出來的電解液的成分不同。所以，兩種電解液的管道及設(shè)備的腐蝕狀況不盡相同。 無論是離子膜電解法還是隔膜電解法它們都有相同的化學(xué)反應(yīng)方程式：2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2 +H2 下面分別介紹隔膜法電解的原理及電解液、氫氣、氯氣的分別過程，從中找出導(dǎo)致兩種電解液成分不同的緣由。 隔膜電解法 原理：隔膜電解就是用隔膜電解槽（即在電解槽陰陽極之間設(shè)置一層隔膜）進(jìn)行電解生產(chǎn)，其陽極為石墨陽極或金屬陽極，陰極為鐵陰極。當(dāng)直流電通過飽和食鹽水溶

2、液時，在陽極上產(chǎn)生氯氣，在陰極上產(chǎn)生氫氣和氫氧化鈉。 產(chǎn)品分別過程：電解槽的陰陽極之間設(shè)置多孔的隔膜，把電解槽分為陽極室和陰極室兩部分。隔膜是一種多孔的隔層，它能讓電流通過，但能阻擋陰陽極電解產(chǎn)物的混合。因此，在隔膜電解槽陽極產(chǎn)生的氯氣，不能進(jìn)入陰極室，經(jīng)陽極室上方的氯氣支管導(dǎo)出；在陰極上產(chǎn)生的氫氣，不能進(jìn)入到陽極室，由陰極箱氫氣支管導(dǎo)出，電解液經(jīng)陰極箱下方被導(dǎo)出。這樣就達(dá)到隔離和分解電解產(chǎn)物的目的。 離子膜電解法 原理：離子膜法電解生產(chǎn)過程中，陽離子交換膜安裝在陽極和陰極之間。作為電解質(zhì)，鹽水和堿液分別在陽極室和陰極室循環(huán)，當(dāng)電解槽通入直流電時，食鹽水溶液發(fā)生電解，在陽極上產(chǎn)生氯氣，在陰極上

3、產(chǎn)生氫氣和氫氧化鈉。 產(chǎn)品的分別過程：離子膜法電解生產(chǎn)中使用的離子膜，不僅起到阻擋陰、陽極電解產(chǎn)物混合的作用，更重要的是使鈉離子選擇性透過離子膜，阻擋與Cl- 的滲透（遷移）和OH- 的反滲透。離子交換膜帶有負(fù)電荷，陽極室內(nèi)的鈉離子帶有正電荷，由于二者的親合性，鈉離子能夠順當(dāng)?shù)赝高^離子交換膜而到陰極區(qū)去，在那里遇到OH- 即形成NaOH，而Cl- 和OH- 帶有與膜相同的負(fù)電荷，因而被膜排斥無法通過。這樣可以得到較高純度的NaOH。陰極產(chǎn)生的NaOH和H2 ，陽極產(chǎn)生的Cl2 和淡鹽水經(jīng)陰、陽極分別器分別，氯氣和氫氣進(jìn)入到各自的管道，成品堿進(jìn)入到成品堿儲罐，淡鹽水進(jìn)入到淡鹽水循環(huán)罐循環(huán)使用。

4、2.離子膜堿、隔膜堿出口溫度、組分及含鹽量對比 隔膜堿出口溫度：90-105 離子膜堿出口溫度：85-90 組分 電解方法NaOH質(zhì)量百分比NaCl質(zhì)量百分比Na2 CO3質(zhì)量百分比H2 O質(zhì)量百分比隔膜電解10.4%15.7%0.04%73.86%離子膜電解32.2%0.002%0.1%67.698% 從電解液質(zhì)量組分對比狀況看離子膜堿主要由NaOH和純水組成，只含極少量的NaCL，而隔膜堿中除含NaOH以外，還含有大量的NaCl，綜上可知，隔膜堿所選用管道及設(shè)備的材料既要耐燒堿的腐蝕還要耐鹽水的腐蝕。 3.燒堿腐蝕與鹽水腐蝕的特點 燒堿是一種強(qiáng)堿，在常溫下腐蝕不嚴(yán)峻，但在高溫柔應(yīng)力存在下對

5、很多金屬產(chǎn)生嚴(yán)峻腐蝕。鋼鐵在常溫、較稀的氫氧化鈉溶液中，表面產(chǎn)生結(jié)實的愛護(hù)膜，所以在工業(yè)生產(chǎn)和貯運低濃度常溫氫氧化鈉溶液或固體時，用途很廣泛。當(dāng)濃度高于30%，溫度高于800C時，鋼鐵的腐蝕快速增加，溫度越高，腐蝕越嚴(yán)峻，承受應(yīng)力的部件（如焊接設(shè)備焊縫四周的殘余應(yīng)力區(qū)）就簡單發(fā)生危急的的應(yīng)力腐蝕裂開堿脆。 氯化鈉是食鹽的學(xué)名，是自然存在的最多的化學(xué)物質(zhì)之一。大多數(shù)金屬在氯化鈉溶液中的腐蝕率雖然遠(yuǎn)比在一些酸中小，但是氯化鈉對金屬的腐蝕卻不容忽視。由于它不僅廣泛運用于工業(yè)生產(chǎn)中，而且普遍存在于自然界中（如海水）和它接觸的材料數(shù)量特別巨大。二則雖然有些金屬在氯化鈉溶液中勻稱腐蝕率不太高，但簡單產(chǎn)生危

6、急的孔蝕或應(yīng)力腐蝕裂開，像聞名的耐腐蝕材料不銹鋼就有這種危急。此外，充氣作用、高速運動、湍流、電偶作用、雜散電流作用、過低的PH值，都會使金屬在氯化鈉溶液中的腐蝕顯著增大。 4.隔膜電解液管道腐蝕狀況 04年我公司對隔膜電解液管道進(jìn)行了改造，將原來選用的碳鋼管改為不銹鋼（316型），由于（316型）不銹鋼屬于鉻鎳不銹鋼，它適用于中等濃度和中等溫度的堿液，并且在離子膜電解液管道上也是廣泛使用。這次改造意在延長管道的使用壽命。但是，改造后的管道在使用后一個月內(nèi)就發(fā)生了嚴(yán)峻的泄漏。泄漏首先發(fā)生在電解液管道的焊接接口的熱影響區(qū)四周。這是由于熱影響區(qū)內(nèi)的淬硬傾向大，存在焊接殘余應(yīng)力，同時隔膜電解液中又存

7、在著大量的氯離子，所以，在管道的焊接接口四周發(fā)生氯離子"應(yīng)力腐蝕裂開'。發(fā)生應(yīng)力腐蝕裂開的臨界氯離子濃度隨溫度的上升而減小，高溫下，氯離子濃度只要達(dá)到10-6mg/kg (ppm),即能引起裂開。發(fā)生應(yīng)力腐蝕裂開的臨界溫度為70 0C。（隔膜堿出口溫度：90-105）不銹鋼應(yīng)力腐蝕裂紋是典型的的枯樹枝狀穿晶型裂紋。這種現(xiàn)象很快就進(jìn)展到管道的每一道焊縫，并且裂紋的尖端由于存在很大的應(yīng)力，所以，裂紋擴(kuò)展速度很快，腐蝕進(jìn)一步加劇。與此同時，管道終端的盲板也消失了嚴(yán)峻的腐蝕，腐蝕形式為盲板處發(fā)覺多處孔洞，從而可以判定該腐蝕為"孔蝕'。"孔蝕'發(fā)生是

8、由于不銹鋼是簡單鈍化的金屬，電解液中溶解的氧促成產(chǎn)生鈍化膜，但由于隔膜電解液中含有大量的氯離子，而氯離子卻能引起鈍化膜的局部破損。鈍化膜的微小破口和四周大面積的膜構(gòu)成"鈍化活化電池'，引起破口電流高度集中，產(chǎn)生孔蝕。電解液中溶解的氧，特殊是劇烈的去極劑三氯化鐵，將加速電池的工作。使不銹鋼在幾個月或更短的時間內(nèi)發(fā)生穿孔。綜上所述，氯離子造成的"應(yīng)力腐蝕裂開'和"孔蝕'是造成隔膜電解液管道腐蝕的根本緣由。 除氯離子造成的"應(yīng)力腐蝕裂開'和"孔蝕'以外，還有雜散電流的腐蝕促進(jìn)和加快了腐蝕進(jìn)度。雜散電流的產(chǎn)生是隨

9、隔膜電解液一起進(jìn)入到電解液管道。 5.電解液管道的選材 離子膜電解液管道選用316L和304兩種，離子膜電解槽到成品堿罐的管道選用316L，成品堿罐到燒堿蒸發(fā)的管道選用304，離子膜電解液成品堿泵使用316L。 這是由于鉻鎳不銹鋼適用于中等濃度和中等溫度的堿液，如：1000C和50%以下的堿液。 隔膜電解液管道的選材不同于離子膜電解液管道，由于隔膜電解液中含有大量的氯離子，所以，隔膜電解液管道要既耐堿又要耐氯離子應(yīng)力腐蝕。 表2 隔膜電解液管道材質(zhì)選用參考 材質(zhì)選用緣由適用范圍襯聚四氟乙烯碳鋼管（聚四氟乙烯熱噴或浸涂層）聚四氟乙烯對一切濃度的堿液都有良好的耐蝕性，溫度可達(dá)到1900C。并能耐鹽水、雜散電流等的腐蝕，使用壽命延長，但造價高。聚四氟乙烯既耐腐蝕，也耐磨損。（1）電解槽出口的電解液管道；（2）隔膜電解液泵殼等；（3）隔膜電解液計量閥門；糠醇漆（氯磺化聚乙烯漆）做涂層的碳鋼管一般的有機(jī)涂層都不受氯化鈉溶液的腐蝕。糠醇漆可耐1300C以上的堿，氯磺化聚乙烯漆可耐1200C左右的堿（1）電解槽出口的電解液管道；（2）隔膜電解液貯槽；低碳鋼碳鋼對常溫低濃度的電解液有良好耐蝕性。如：50%燒堿（650C）中，低碳鋼的腐蝕率約為0.2mm/年。碳鋼在氯化鈉溶液中，簡單產(chǎn)生鐵銹，但是腐蝕率不高。由于電解液中氧的溶解度降低，腐蝕率約為：0.1-0.5