氯碱行业主要物料管道的选材

　　1 氯碱行业主要物料

　　1.1 氯碱工艺流程简介

　　氯碱生产工艺主要包括一次盐水、二次盐水及电解、氯氢处理、氯化氢合成及盐酸、液氯及包装、蒸发及固碱等。在上述工艺中，主要的物料有氯化钠溶液、氢氧化钠溶液、湿氯气、氢气、干氯气、液氯、氯化氢和盐酸等。

　　1.2 主要物料的特性

　　氯碱装置中大多是易燃易爆、 剧毒和腐蚀性很强的介质，从对人身危害程度划分，氯碱装置中主要有液氯（高度危害）、干氯气（高度危害）、盐酸（中度危害）、氢气（易燃易爆）和烧碱（轻度危害）等介质。

　　1.3 主要物料的腐蚀性

　　（1）氢氧化钠。 氢氧化钠又称烧碱，是一种强碱，在常温下腐蚀不严重，但在高温和有应力存在下对愈多金属产生严重腐蚀。

　　（2）氯气。 干燥氯气在常温下腐蚀性不大，高温时有强烈的腐蚀性。 湿氯气对金属有很强的腐蚀性。

　　（3）氯化钠。 氯化钠溶液广泛应用于工业生产中，且普遍存在于自然界中。 大多数金属在氯化钠溶液的腐蚀率虽比一些酸中要小，但是氯化钠溶液对金属的腐蚀性也不容小觑。 有些金属在氯化钠溶液中容易产生孔蚀或者应力腐蚀破裂等现象。

　　（4）盐酸（氯化氢）。 氯化氢，腐蚀性的不燃烧气体 ,与水不反应但易溶于水，空气中常以盐酸烟雾的形式存在。 盐酸是还原性强酸，是腐蚀性最强的物质之一。

　　2 主要物料管道选材

　　2.1 管道材料选择原则

　　氯碱装置中大多是易燃易爆、 剧毒和腐蚀性很强的介质，主要管道都属于压力管道范畴。 管道材料的选材则是根据这些介质的物化性能，腐蚀性以及各个具体物料点的操作工况来决定。 根据上述使用条件判断该管道是否承受压力，属于哪一类压力管道，不同类别的压力管道因其重要性各异，根据发生事故带来的危害程度，对材料的特殊要求，来进行管道材料的选择，从而达到满足开工条件、安全要求和正常操作的目的。

　　2.2 管道材料使用注意事项

　　2.2.1 管道材料在高温下的性能

　　（1）金属管道

　　金属管道在高温下性能发生以下几个变化：

　　蠕变，碳素钢工作温度超过 300~350℃，合金钢工作温度超过 300~400℃就会有蠕变。 石墨化，碳钢长期工作在 425℃以上环境是地，就会发生石墨化。热疲劳性能，钢材如果长期冷热交替工作，那么材料内部在温差变化引起的热应力作用下， 会产生微小裂纹而不断扩展，最后导致破裂。 因此，在温度起伏变化工作条件下的结构、管道应考虑钢材的热疲劳性能。

　　（2）非金属管道
　　
　　常见的非金属管道耐热温度为 110℃以下， 但长期耐热性普遍较差，易老化，管道性能会随着温度的升高而迅速下降。 因此在使用中，需注意非金属管道允许使用温度。

　　2.2.2 管道材料在低温下性能

　　（1）金属管道

　　当环境温度低于该材料的临界温度时，金属材料冲击韧性会急剧降低，这一临界温度称为材料的脆性转变温度。 常用低温冲击韧性（冲击功）来衡量材料的低温韧性，在低温下工作的管道，必须注意其低温冲击韧性。

　　（2）非金属管道

　　在低温下，非金属管道的脆性增大，抗冲效能降低，在受到外力冲击时可能会产生微观裂纹，在相同的环向应力下，这些裂纹的扩展速率明显加快，导致管材破裂。

　　2.2.3 管道材料在腐蚀环境中性能

　　（1）金属管道

　　金属腐蚀的危害性十分普遍，而且也十分严重，腐蚀会造成直接或间接损失。 例如，金属的应力腐蚀、疲劳腐蚀和晶间腐蚀往往会造成灾难性重大事故，金属腐蚀会造成大量的金属消耗，浪费大量资源。

　　（2）非金属管道

　　非金属管道都有比较好的耐腐蚀性。 但在使用中，需注意其在高温环境下，耐腐蚀性能的表现。

　　2.3 管道材料的选择
　　
　　2.3.1 氯化钠管道

　　氯化钠盐水属于强电解质， 对金属管道产生电化学腐蚀。不纯的金属跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化电化学腐蚀尤其对碳钢的管道的腐蚀更为严重。当钢材中的铬原子数量不低于 12.5%时，可使钢的电极电位发生突变，由负电位升到正的电极电位，阻止电化学腐蚀。 因此，用于生产、输送以及储存氯化钠溶液的管道经常采用含铬量 17~22%的不锈钢材质，如奥氏体不锈钢等。

　　2.3.2 氢氧化钠管道

　　碱液管道在一定条件下能引起碳钢材料的应力腐蚀 （碱脆），影响碳钢产生应力腐蚀的因素有碱液的浓度、温度和材料中存在的残余应力等。烧碱具有强腐蚀性，温度与其越高，浓度越高，腐蚀越剧烈。 冷却后的碱液腐蚀性大大下降，在常温下，碳钢在 0.1%~40.0%NaOH 中的腐蚀速度仅为 0.0025mm/a, 碳钢即可满足耐蚀要求。
　　
　　2.3.3 氯气

　　由电解槽出来的湿氯气，温度高并伴有大量的水蒸气和杂质，具有较强的腐蚀性，必须经过冷却、干燥和净化处理。温度低于 60℃的湿氯气， 应宜选用 FRP/UPVC 管道及管件；温度高于 60℃的湿氯气应选用钛合金管道及管件。

　　氯气经干燥后，水的体积分数降至 0.04%以下，腐蚀性大大降低，输送管道采用碳钢材质，如 20 号钢。 钛材在干燥氯气中会引起剧烈的化学反应而燃烧，因此，不能用钛管输送干燥的氯气。 液氯管道应选 10 号钢，16Mn 或耐低温性能优于 16Mn的材料。

　　3 结语

　　在氯碱生产过程中对管道材料的选择，不仅要考虑氯碱工艺对易燃易爆、有毒介质管道的安全性的要求，还应考虑生产中高温、 低温等环境对管道材质的要求以及主要物料的生产、输送和储存过程中对管道耐腐蚀性的要求。 在实际设计中，通过了解管道的种类、规格、性能、使用范围，正确选择所使用的管道材料，认真分析生产过程中可能出现的各种问题，确保所选择的管道材料安全耐用和经济合理料。

　　参考文献：
　　[1] 左景伊 . 腐蚀数据与选材手册 [M]. 北京 : 化学工业出版社 ,1995.
　　[2]中国氯碱工业协会。氯碱生产安全标准化指导手册[M].2008.