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[原创] HCl气体、盐酸和盐酸工业的防腐选材

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[复制链接] 只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2013-05-06
— 本帖被 欧阳 执行加亮操作(2013-05-06) —
这个帖子欧阳就“HCl气体、盐酸和盐酸工业领域”写点文字!

仅仅代表欧阳对该领域的防腐选材的观点,不一定正确,也不是真理,仅仅给各位坛友参考,我们共同交流,一起提高!

接下来的一段时间内,欧阳会就“氮氧化物、硝酸、硝酸工业”“HF及氢氟酸工业”“醋酸小分子有机酸”“脂肪酸大分子有机酸”等等一一写点文字,谈谈欧阳的看法,和大家一起分享!

[ 此帖被欧阳在2013-05-06 13:49重新编辑 ]
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只看该作者 沙发  发表于: 2013-05-06
马扎坐下来,坐等好贴。

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只看该作者 板凳  发表于: 2013-05-06
HCl气体、盐酸和盐酸工业的防腐选材
51fangfu   老毒物

摘要:文章总结了笔者在HCl气体、盐酸及盐酸工业中接触到的防腐选材,侧重介绍了树脂重防腐在该领域的应用。
关键词:树脂重防腐、盐酸、腐蚀选材

欧阳/老毒物
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只看该作者 地板  发表于: 2013-05-06
0 引言
          盐酸是活泼的无机强酸之一,是基础化工原料。盐酸的合成方法主要有两类:氢气和氯气直接燃烧生成氯化氢法、其它反应副产盐酸法、食盐加硫酸法。副产盐酸法往往含有其它诸多杂质,如氯、惰性气体、苯、氯化苯等。
        盐酸和硫酸不一样,硫酸方面的耐腐蚀选材可参照文献[1],盐酸在任何浓度和温度下都是还原性酸,对绝大多金属的腐蚀性都极强。
       “树脂重防腐”[2,3],目前业内还没有这么提的,笔者在此引入“树脂重防腐”的叫法,它是指以热塑性、热固性树脂为基体材料,区别于“涂料防腐”的一种厚涂层、衬里或整体材料的重防腐方式。树脂防腐和涂装防腐的防腐性能很大程度都依赖于基体树脂或成膜物,但前者区别与后者最明显的一个区别就是防腐层的厚度前者大于或远大于后者,前者的重防腐能力、抗渗性能、力学性能等都大大优于后者,当然一般情况下成本也更高。
         “树脂重防腐”,区别于目前国标GB/T 50224中“树脂类防腐蚀工程”(主要指的是“玻璃钢衬里防腐”和狭义上的“玻璃钢防腐”),它是一种“广义复合材料重防腐”,概念范围更大,具体表现形式主要有:热塑性高分子材料为基材的衬里防腐、整体热塑性材料防腐;热固性树脂为基材的厚浆型涂层、地坪、胶泥、玻璃鳞片胶泥、聚合物砂浆、聚合物混凝土、玻璃钢内衬、整体玻璃钢、砖板衬里、热固性树脂浸渍石墨材料、胶泥玻璃钢复合防腐、涂装玻璃钢复合防腐、阴极保护树脂防腐复合、水玻璃及搪瓷树脂防腐复合、金属热喷树脂防腐复合、衬胶树脂防腐复合等。
        树脂防腐与金属防腐、传统涂装防腐相比较,具有以下特点:1)可设计性。2)即可提供优于涂装防腐的表面抗渗防腐性能,又能提供整体结构防腐性能。3)防腐力学性能对复合工艺的依赖性更强。4)树脂防腐最终防腐层呈现各向异性和非均质性。5)综合性能优异。达到防腐功能的同时,树脂防腐还可以兼具优良的电性能(导电或绝缘)、优异的热性能(耐热、导热、绝热)、比强度高比模量大(仅限玻璃钢)、耐疲劳、减震、透波隔音、表面疏水、疏油、耐磨、防结垢等功效。
        树脂重防腐也有不足:1)绝对强度不如金属,弹性较低;2)绝对层间剪切强度和层间拉伸强度不足;3)属刚性材料,性脆,耐冲击不足;4)绝对耐温和耐温骤变性能不足;5)性能分散性较大,影响因素多。更多关于“树脂重防腐”各种表现形式的解释和区分,请参见文献[3]的第十四章的详细介绍。

        笔者总结了盐酸及盐酸工业领域客户、防腐工程类客户、设计院所、防腐蚀论坛诸多业内坛友精华讨论贴(网络同步:www.51fangfu.com)以及本人多年积累之经验,汇编成本文,供各位读者和同仁讨论之。

欧阳/老毒物
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只看该作者 4楼 发表于: 2013-05-06
1 耐蚀选材概述
         金属中只有一些特种金属(如哈氏合金、高硅铸铁等合金)的耐盐酸性能非常好。不锈钢对氧化性酸(如浓硫酸、硝酸)有优良的耐蚀性,因为它在氧化环境中,表面生成了一层高度耐蚀的钝化膜,可是卤素离子(如盐酸中氯离子)会破坏这层膜,而在还原性盐酸中被破坏的氧化膜不可能新生和修补,因而在盐酸以及含氯化物的溶液,都不可使用不锈钢设备。
         和金属材料不一样,绝大多数非金属材料都有一定的耐盐酸腐蚀性能。其中玻璃、陶瓷、碳、石墨可以耐一切浓度和温度的盐酸。其它有机材料也都可以耐一定程度的盐酸的腐蚀,尤其是橡胶、塑料、玻璃钢。有机材料的导热性能显得不足,石墨材料用作盐酸换热器较多,其它搪瓷、玻璃材料做反应器或其它盐酸设备。
          输送和运输盐酸溶液和气体的管、阀、泵、风机可用不透性石墨、酚醛树脂、乙烯基酯树脂、聚氯乙烯或其它塑料、硬质橡胶等制作,也可用橡胶和塑料衬里的钢管或钢制设备。
         大量盐酸的储存和运输可用碳钢外壳内衬橡胶的储槽或槽车,也可直接用玻璃钢槽车,少量的直接用陶瓷或玻璃瓶罐。


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只看该作者 5楼 发表于: 2013-05-06
2  耐HCl的金属材料
           碳钢和铸铁:干态的氯化氢气体在温度130℃(露点)以上,260℃(碳钢)或150℃~200℃(铸铁)以下,对碳钢和铸铁腐蚀轻微。一切湿态氯化氢气体、盐酸溶液对碳钢和铸铁都有严重的腐蚀。
         不锈钢:铬钢不锈钢和铬镍不锈钢对一切浓度和温度的盐酸溶液都不适用。含钼不锈钢也仅能适用于常温稀盐酸。
         高硅铸铁:含钼高硅铁对中等温度的盐酸仅有较好的耐受性,但耐不了沸腾的盐酸。含钼高硅铁是适用于65℃~80℃的浓盐酸的少数合金材料之一。
        高镍铸铁:仅适用于常温下10%浓度以下的盐酸溶液。
       高合金不锈钢:仅适用于常温稀盐酸,但较之含钼高硅铸铁要差些。因此高合金不锈钢在盐酸领域应用并不多。
       哈氏合金(镍钼铬铁合金):适用于各种浓度的盐酸,是少数耐盐酸的合金之一。哈氏B合金最好,哈氏A合金和C合金次之。
       钛及钛合金:仅耐稀盐酸,但价格太贵,很少用。
       锆及锆合金、钽:是优良的耐盐酸材料,可耐沸点以下的一切浓度和温度的盐酸,且不论是否充气。许多盐酸的换热器、盘管、加热器、冷凝器、吸收器就采用此类耐蚀合金。


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只看该作者 6楼 发表于: 2013-05-06
3  耐HCl的非金属材料
      石英玻璃:最好的耐盐酸材料,可耐一切温度和浓度的盐酸,且耐热震动,不会有铁离子等杂质污染,多作为制造氯化氢的点火器、燃烧炉等,但价格太高,近年来能用不透性石墨材料取代的都已经给取代了。
   耐酸陶瓷和玻璃:可耐一切浓度和温度的盐酸,尽管热导率低、机械强度也不高,但在盐酸工业中应用还是非常广泛,如槽、罐、泵、阀、管及管件、反应器、吸收塔、反应塔。耐酸陶瓷砖还用于砖板衬里。
   搪瓷:耐一切浓度和温度的盐酸,常作为加热或冷却设备,如反应釜、搅拌器、蒸馏锅、冷凝器、结晶器等使用。
   木材:需经过树脂浸渍处理之后,才可以耐一定程度的盐酸。耐盐酸的能力与浸渍树脂有关。
   碳和石墨:不透性碳和石墨制品对盐酸有极好的耐受性。不透性石墨制品随浸渍剂的耐温性不同而不同,约为170℃~180℃,最常用的例子就是:石墨换热器、石墨耐酸砖板衬里。
   涂料:一切耐盐酸的合成树脂如配制成涂料,都可以在短期内保护底层金属免遭盐酸侵蚀,但多数用于气相或常温液相环境。
   热塑性塑料:大多数塑料,在其耐温极限以下,可耐一切浓度和温度的盐酸。只有聚酰胺(PA尼龙)、共聚甲醛(POM)、纤维素塑料不耐任何盐酸的腐蚀。
   橡胶:天然橡胶和合成橡胶在其耐温极限以内能耐一切浓度的盐酸,大致最高使用温度为60℃~80℃。
         玻璃钢:选择不同的热固性树脂制作玻璃钢,其最终的耐盐酸腐蚀性能不一样。常见的树脂选择如下:间苯型不饱和聚酯树脂、双酚A型不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂。耐温级别随树脂的不同而不同。此外还需要注意玻璃钢的增强材料纤维、填料的种类不一样,其耐盐酸腐蚀的情况也不一样。玻璃钢内衬和玻璃钢贮罐等设备是耐盐酸腐蚀的通用耐蚀材料。乙烯基酯树脂玻璃钢材料可在其极限耐热温度下耐绝大部分浓度的盐酸腐蚀,更详细的耐腐蚀数据请参考文献[3]的第十五章的详细介绍。

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只看该作者 7楼 发表于: 2013-05-06
4  HCl贮罐
   盐酸贮罐的选材方案有如下几种:(1)碳钢外壳内刷乙烯基酯树脂鳞片胶泥涂料。(2)碳钢外壳内衬橡胶。(3)碳钢外壳内刷耐蚀涂料。(4)金属外壳内衬玻璃钢。(5)整体塑料贮罐。(6)整体玻璃钢贮罐。
   玻璃钢盐酸贮罐广泛用于轻工、石油、化工、食品、运输等领域。优点如下:(1)轻质高强(密度为1.6g/cm3~1.9g/cm3,为钢材的1/4,但比强度更高);(2)耐腐蚀;(3)热膨胀系数小,保温隔热性能好;(4)非标成型方便,维修方便;(5)耐低温性能好;(6)可在工厂内部制作,也可现场制作,如现场缠绕大型立式贮罐。
   玻璃钢贮罐主要的制造工艺:一类品质较低的方法是手工制作的,也可先预制贮罐耐蚀内壁平板,固化成型后卷起来拼接,再制作结构增强层;另一类品质较高的是在模具上制作,通常:(1)根据需要设计制造合适的模具;(2)模具表面刷或喷纯树脂;(3)富树脂层制作两层富含树脂的表面毡层,以便给耐蚀容器提供较好的耐腐蚀性能和抗渗透性能;(4)使用缠绕或手糊的方法,制作短切毡增强的耐蚀层;(5)使用缠绕或手糊的防腐制作容器的结构层,直至达到所需厚度为止;(6)在容器最外面制作耐候性富树脂层;(7)贮罐底座和盖顶也采用模具并结合喷射成型制作。
   玻璃钢盐酸贮罐由内而外主要的结构如下:
   富树脂层(内层耐蚀层):由耐腐蚀内衬树脂和表面毡组成,树脂含量大于90%,厚度1.0mm~1.5mm。
   耐腐蚀阻挡层(次内层耐蚀层):为防渗层,由无碱短切纤维和耐腐蚀内衬树脂组成,含量为70%~75%,厚度不小于3mm。
   结构层(增强层):该层对内表层和次内层起加强作用,抵抗罐体所受外界荷载,保证罐体刚度和强度,一般采用无碱玻璃布,环向缠绕与交叉螺旋缠绕结合,根据最终性能和耐热需要采用邻苯型、间苯型或对苯型不饱和聚酯树脂。树脂含量为40%~50%,厚度达设计要求。
   外保护层:为抵抗设备使用环境的腐蚀,设备外壁需制作一层保护层,以防止结构层被环境浸蚀而失效。为防老化层,在该层中加入抗紫外线吸收剂和石蜡液,减轻贮罐设备在室外紫外线辐射作用下产生的老化作用,厚度为1.0mm。也可以涂装一层200µm的耐候涂料。
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只看该作者 8楼 发表于: 2013-05-06
参考文献:

Selection of Anti-corrosion Materials in HCl Gas & Hydrochloric Acid Industry
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Abstract:  This paper summarizes some selections of anti-corrosion materials in HCl gas and hydrochloric acid industry, especially focuses on resin anti-corrosion application in this field.
Key words:resin anti-corrosion;hydrochloric acid;selection of anti-corrosion materials
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只看该作者 9楼 发表于: 2013-05-10
欧工,我跟上纬和设计院的交流过,内层的树脂含量太高会影响耐热性,是不是这样?太低会影响强度。还有一般你要是结构层只用40—50%的树脂含量的话,我不知道你自己有没有相应的实验或者实践数据,不管是缠绕罐,还是手糊成型的,你能做到一定的浸透效果很难的。我司一般的结构层用量在65-70%之间,强度跟浸透都尚佳。

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只看该作者 10楼 发表于: 2013-05-10
回 小小菜鸟 的帖子
小小菜鸟:欧工,我跟上纬和设计院的交流过,内层的树脂含量太高会影响耐热性,是不是这样?太低会影响强度。还有一般你要是结构层只用40—50%的树脂含量的话,我不知道你自己有没有相应的实验或者实践数据,不管是缠绕罐,还是手糊成型的,你能做到一定的浸透效果很难的。我司一般的结构层 .. (2013-05-10 08:54)

1) 内衬层的最关键的还是耐腐蚀阻挡层,即短切毡这一层起到强度和耐蚀作用,表面毡富树脂层起不到什么强度作用,至于耐热,我不这么认为,耐热评价的内在因素是玻璃化转变温度,纤维的多少并不会对玻璃花转变温度起到作用,要是内衬层树脂的耐热耐不了,靠纤维和填料去提高,对于耐气相高温可以起到一定作用,耐液相高温,我认为起不到什么作用

2) 结构层做到树脂含量50%,一般都采用了纤维布,而非毡,用毡是很难做到50%的。用布或毡布交替并且采用缠绕是可以的。

3)你是南京哪个单位?你见过我吗?不好意思,我记不起来了
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只看该作者 11楼 发表于: 2013-05-10
我是南工大材料学院的,目前在导师的公司内工作。
我想问下贵司的普通乙烯基酯树脂可以耐热耐到多少温度?
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只看该作者 12楼 发表于: 2013-05-10
好文!
前段时间,一客户让我们安装工艺风道,风道介质是二氯甲烷萃取液废气,温度80℃左右,应该含有HCL。风管选材时,我们不建议用304不锈钢(厚度1.0mm),可客户不听。现在,900多米的管道装上了,不知道能用多少年?请各位分析一下。

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只看该作者 13楼 发表于: 2013-05-10
回 小小菜鸟 的帖子
小小菜鸟:我是南工大材料学院的,目前在导师的公司内工作。
我想问下贵司的普通乙烯基酯树脂可以耐热耐到多少温度? (2013-05-10 16:14) 

在论坛里面尽量不要谈及我自己公司的产品,请直接给我邮件,我在邮件里面回复你。
我的邮箱:ouyang2018@gmail.com.
我会将我公司的一些产品的资料发给你
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只看该作者 14楼 发表于: 2013-05-10
回 sihaixuan 的帖子
sihaixuan:好文!
前段时间,一客户让我们安装工艺风道,风道介质是二氯甲烷萃取液废气,温度80℃左右,应该含有HCL。风管选材时,我们不建议用304不锈钢(厚度1.0mm),可客户不听。现在,900多米的管道装上了,不知道能用多少年?请各位分析一下。 (2013-05-10 16:16) 

看他们的笑话吧,哈哈
含有氯离子的,采用304不锈钢,不出事那是不正常的
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