马传华
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摘要：硫酸储罐设备被腐蚀是导致装置发生泄漏的主要原因，而系统也常常因为关键设备被腐蚀而进行抢修，严重影响了设备的正常运转。这样，不仅会导致酸泄漏，增加了不安全因素，同时，还需要将大量的人力、物力投入生产中。本文主要根据硫酸装置关键设备的运行特点，简要分析了硫酸的腐蚀特性，并探讨了降低硫酸腐蚀的防护措施，旨在优化装置，延长设备的使用寿命。
关键词：硫酸储罐；选材防腐；措施分析
前言
由于硫酸具有很强的腐蚀性，所以在生产、运输和使用过程中，硫酸的安全储存是一个非常重要的环节。为了保证储存设备能安全运行，应正确选材，合理设计，妥善处理，系统地运用电化学保护、钝化、覆盖层保护等多种手段加以保护。
1 硫酸储罐的设计的类型及概况
分钢制储罐、塑料储罐和玻璃钢储罐，也分为压力容器类和非压力容器类硫酸储罐，还分为立式和卧式硫酸储罐。
硫酸不仅存在较大的蒸汽压力，无需采用内浮盘。为隔离空气及雨水等杂质，需要用固定顶保护罐内介质，一般采取自支撑的固定顶，且应该将加强肋等支撑件设置在灌顶外壁，并保证在液位下的部件不存在裂纹等缺陷。从安全角度出发，一般不在灌顶设置操作台，为便于操作，检修，可以设置独立的操作平台。若必须设置灌顶平台，则在灌顶设计时，应充分考虑包括顶部平台、管支架等相关设施的设备自重和相关设备带来的附加荷载的影响。
材料选定以后，硫酸储罐的罐体厚度，可按照相关标准进行计算或选定，与其他储罐的设计是一样的，只不过与普通介质的储罐相比，钢制硫酸储罐需要采用较大的腐蚀裕量。碳钢罐尽量同时使用阳极保护，此时的腐蚀裕量也需要足足3mm厚，合金罐、塑料罐、FRP罐或其他衬里罐则一般无需预留腐蚀裕量。
2 发生腐蚀的原因分析
2.1 硫酸的腐蚀特殊性
硫酸的腐蚀特殊性是导致硫酸装置关键设备被腐蚀的主要原因，而氢去极化腐蚀为酸中金属的腐蚀。其中，影响腐蚀程度的重要因素是介质中的氢离子浓度。由于水中的硫酸离解主要分为2级，因此，当硫酸的质量分数低于85%时，会随着质量分数的升高而增强其腐蚀性，当硫酸的质量分数超过85%时，也会随着质量分数的升高而增强其腐蚀性。因为所生产的硫酸在硫酸装置和设备运行过程中的质量分数为98.5%，但是，其质量分数在酸吸收过程中会逐渐增大。在运行过程中，将温度控制在66～82 ℃，而与室温相比，酸吸收罐温度明显较高，从而增大了腐蚀的可能性。
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硫酸腐蚀性会随着质量分数和温度的变化逐渐呈现还原性或氧化性。当硫酸的质量分数较高时，在任何温度下，其均呈氧化性；当硫酸的质量分数适中时，在高温下呈氧化性，在低温下呈还原性；当硫酸的质量分数较低时，在任何温度下都均呈现还原性。此外，硫酸装置关键设备的腐蚀程度还会受酸中杂质的影响。对于还原性的稀硫酸，还原性离子（亚硫酸根、氯离子、氟离子等）会加剧其腐蚀程度，而氧化性盐和氧化性酸可抑制腐蚀情况。
2.2 腐蚀泄漏
硫酸管线弯头处、管线阀门后部等因流速的变化而形成介质湍流，很容易使硫酸中碳钢管线表面形成的氧化铁钝化膜被破坏或发生溶解，从而使其被腐蚀，造成泄漏。此外，外管线有加热介质所产生的酸等物质也会造成腐蚀泄漏。
3 防护措施
3.1 正确、合理地选择材质
硫酸装置关键设备的腐蚀机制较为复杂，需要综合分析各种影响因素和设备的运行情况，并在此基础上合理选材。
3.2阳极保护的应用
3.2.1 工作原理
金属腐蚀是因为金属失去电子而被溶解，它主要是一个电化学过程。在金属被腐蚀的过程中，有一个腐蚀电位，并且它具有一定的腐蚀电流。如果在金属上加入外部电流，则会使金属电流发生变化。通常情况下，腐蚀电位为负极，金属电位在阳极时，电流会向正方向移动，并长时间处于钝化区内。这样，便会减少腐蚀电流，起到一定的防腐作用。将有钝化性倾向的金属作为阳极，被称为阳极钝化，即利用正电流改变其电位的方法。
阳极保护是对材料的保护，它主要是对设备和硫酸管道施加一定的恒定电流，从而使其内表面形成钝化膜。该膜具有耐腐蚀性的特点，并且其能长期保持钝化状态，这样便能对材料起到较好的保护作用。但是，在阳极保护的使用过程中，必须考虑到阳极保护的分散能力、阳极的数量和布置、阴极与阳极的面积比等因素，而这些都是要根据酸流量、酸温和酸的质量分数来确定的。
3.2.2 使用条件
阳极保护仅适用于铁、镍等活性钝化金属，不锈钢、碳钢均属于这类金属，因此，该方法被广泛应用于硫酸装置中。此外，阳极保护还可用于强氧化、强酸性介质等可以形成保护膜的介质中，而各种浓度的烟酸和质量分数为98.5%的硫酸均属于这种介质。由此可见，将阳极保护用于硫酸装置关键设备中具有非常重要的作用。
在部分硫酸装置的关键设备中，会将恒电位阳极保护用于储罐、酸换热器上，这样可以延长其使用寿命。但是，在使用该方法前，需要先测一下腐蚀电位、腐蚀电流等腐蚀数据，同时，还应测得控制参比、监测参比，确定方案可行后才能使用阳极保护。
3.2.3 注意事项
在使用阳极保护时，需专门布置设备管道弯头和泵出口，并将不同材料、不同长度的阴极安装在硫酸设备的不同位置。同时，必须要保证其通过酸介质后会在阳极与阳极之间构成回路，使酸充满上下酸管线；如果是管道，则应确保管道内酸流动比较平稳。此外，在安装阳极保护的过程中，应在不同位置预留一定的监测参比电极和控制参比电极。
总的来说，将阳极保护用于强腐蚀性的硫酸装置关键设备中，具有泄漏少、腐蚀率降低、操作简单和寿命长等特点。使用该方法，不仅延长了硫酸装置设备的使用寿命，还保障了工业生产的安全。
4 其他安全措施
对发烟硫酸储罐，为了保证安全，向空罐进料时，应控制泵人物料的流速。稀硫酸会与碳钢发生反应生成氢气，因此，检修时除非确认罐中已充分放空，否则，应完全清除掉附近所有潜在的火源。当附近发生火灾时，应用水喷在附近的可燃物上，并用雾化的高压水或者泡沫来冷却罐壁，但绝对禁止直接将水加入硫酸罐内。放空管道中可能堆积硫酸亚铁，操作时间过程可能会堵塞管口，因此，应定期检查该管口，以确保卸料时的安全。为保证储罐的安全运行，每2年至少检测一次储罐罐体的厚度，每5年至少进行一次内部检测，以便及时发现漏点，及时修补。对衬里型硫酸罐需要着重检测衬里的腐蚀程度，漏电情况，及时修缮。对整体玻璃钢储罐，除常规腐蚀情况检查外，特别注意法兰、接口、相液面等关键部位的检测。出现隐患，及时修复。
结束语：
针对硫酸介质的储存和运输，务必根据硫酸的浓度、温度、流速、相态、杂质成分等多角度考虑，在碳钢、合金、玻璃钢衬里、橡胶衬里、塑料、玻璃钢等材料中，进行安全、合理的选材，保证恰当的设计前提下，对硫酸储罐进行正确的维护和管理也是十分重要的。
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论文作者:马传华
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/4
标签：硫酸论文; 阳极论文; 储罐论文; 设备论文; 介质论文; 装置论文; 质量论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;