硫酸设备的选材
发布日期 : 2023-03-01 17:03:59
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，各种硫酸设备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。
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。
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。
低合金钢在硫酸中的耐蚀性大体和碳素钢相似，但是含铜或含钼的某些低合金钢在室温稀硫酸中的耐蚀性有所提高。例如09CuWSn钢在室温稀硫酸中具有比普通碳素钢好得多的耐蚀性，在浓硫酸中的耐蚀性和普通碳素钢相似。09CuWSn钢的成份和性能见表1。
四、铸铁的耐硫酸腐蚀特性：
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。
高硅铁的典型成份为含碳0.95%，含硅14.5%，其余为铁。从成份看，似属于钢，从组织和性能来看，它和铸铁相似，所以通常称为高硅铸铁。它不含铬和镍等贵重合金元素，并且有很好的耐蚀性能。在硫酸中，从0~100%的浓度中，它具有比所有其他工程合金更好的耐蚀性，因此广泛地被用于硫酸介质中。但是高硅铸铁硬而脆，难以加工，只能铸造。在使用中对温度变化很敏感，激冷激热也会开裂损坏，受机械振动或冲击时也较易开裂，因此制造、安装、使用都必须特别小心。但是，因为它硬，所以很耐磨，特别适宜在含有固体悬浮
