摘要：氯堿行業(yè)中原料、副產(chǎn)品、中間產(chǎn)品、主要產(chǎn)品等，都是腐蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)，對設(shè)備材質(zhì)要求很高。因此防腐一直是制約氯堿行業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)的一個重要因素。隨著國家材料技術(shù)進(jìn)步，各種金屬、非金屬材料廣泛的應(yīng)用于氯堿生產(chǎn)中。氯氣是氯堿化工生產(chǎn)中的主要原料之一，氯氣與水反應(yīng)可生成具有腐蝕性的鹽酸和強(qiáng)氧化性的次氯酸，許多金屬如碳鋼、鎳、不銹鋼等均會被腐蝕，例如:濕氯氣會對碳鋼材質(zhì)的設(shè)備(如:氯氣透平壓縮機(jī))及輸送管線造成很強(qiáng)的腐蝕。在一定環(huán)境下，只有某些特定的金屬或非金屬材料能抵抗氯氣的腐蝕。

　　關(guān)鍵詞：氯氣;工業(yè)管道;材質(zhì)

　　引言

　　氯氣是工業(yè)中常用的原料。由于其具有高毒、強(qiáng)氧化性，通常采用管道密閉輸送。其管道材質(zhì)的選擇是工業(yè)氯氣管道設(shè)計(jì)首先要解決的問題，關(guān)乎能否安全、高效、經(jīng)濟(jì)的使用氯氣。本文從化學(xué)特性、設(shè)計(jì)參數(shù)、工作環(huán)境、經(jīng)濟(jì)性四個方面結(jié)合具體事例對氯氣管道材質(zhì)的選擇進(jìn)行了分析和討論，并對部分用于氯氣輸送的管道材質(zhì)及特點(diǎn)進(jìn)行了歸納和總結(jié)以供參考。

　　1概述

　　氯氣是工業(yè)中經(jīng)常用到的氣體原料，廣泛應(yīng)用于化學(xué)化工、制藥、冶金、電子、環(huán)保等行業(yè)。氯氣屬于有毒氣體且是一種強(qiáng)氧化劑，在工業(yè)裝置中一般采用管道密閉的方式進(jìn)行輸送，避免因泄漏造成安全、環(huán)保事故。管道材質(zhì)的選擇是設(shè)計(jì)輸送氯氣用工業(yè)管道(以下簡稱“氯氣管道”)首先必須解決的問題，事關(guān)能否安全、經(jīng)濟(jì)、高效的使用氯氣，甚至可能決定整個項(xiàng)目的成敗。

　　2主要物料管道選材

　　2.1管道材料選擇原則

　　氯堿裝置中大多是易燃易爆、劇毒和腐蝕性很強(qiáng)的介質(zhì)，主要管道都屬于壓力管道范疇。管道材料的選材則是根據(jù)這些介質(zhì)的物化性能，腐蝕性以及各個具體物料點(diǎn)的操作工況來決定。根據(jù)上述使用條件判斷該管道是否承受壓力，屬于哪一類壓力管道，不同類別的壓力管道因其重要性各異，根據(jù)發(fā)生事故帶來的危害程度，對材料的特殊要求，來進(jìn)行管道材料的選擇，從而達(dá)到滿足開工條件、安全要求和正常操作的目的。

　　2.2管道材料使用注意事項(xiàng)

　　2.2.1管道材料在高溫下的性能

　　(1)金屬管道金屬管道在高溫下性能發(fā)生以下幾個變化：蠕變，碳素鋼工作溫度超過300～350℃，合金鋼工作溫度超過300～400℃就會有蠕變。石墨化，碳鋼長期工作在425℃以上環(huán)境是地，就會發(fā)生石墨化。熱疲勞性能，鋼材如果長期冷熱交替工作，那么材料內(nèi)部在溫差變化引起的熱應(yīng)力作用下，會產(chǎn)生微小裂紋而不斷擴(kuò)展，最后導(dǎo)致破裂。因此，在溫度起伏變化工作條件下的結(jié)構(gòu)、管道應(yīng)考慮鋼材的熱疲勞性能。(2)非金屬管道常見的非金屬管道耐熱溫度為110℃以下，但長期耐熱性普遍較差，易老化，管道性能會隨著溫度的升高而迅速下降。因此在使用中，需注意非金屬管道允許使用溫度。

　　2.2.2管道材料在低溫下性能

　　(1)金屬管道當(dāng)環(huán)境溫度低于該材料的臨界溫度時，金屬材料沖擊韌性會急劇降低，這一臨界溫度稱為材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度。常用低溫沖擊韌性(沖擊功)來衡量材料的低溫韌性，在低溫下工作的管道，必須注意其低溫沖擊韌性。(2)非金屬管道在低溫下，非金屬管道的脆性增大，抗沖效能降低，在受到外力沖擊時可能會產(chǎn)生微觀裂紋，在相同的環(huán)向應(yīng)力下，這些裂紋的擴(kuò)展速率明顯加快，導(dǎo)致管材破裂。

　　2.2.3管道材料在腐蝕環(huán)境中性能

　　(1)金屬管道金屬腐蝕的危害性十分普遍，而且也十分嚴(yán)重，腐蝕會造成直接或間接損失。例如，金屬的應(yīng)力腐蝕、疲勞腐蝕和晶間腐蝕往往會造成災(zāi)難性重大事故，金屬腐蝕會造成大量的金屬消耗，浪費(fèi)大量資源。(2)非金屬管道非金屬管道都有比較好的耐腐蝕性。但在使用中，需注意其在高溫環(huán)境下，耐腐蝕性能的表現(xiàn)。

　　2.3管道材料的選擇

　　2.3.1氯化鈉管道

　　氯化鈉鹽水屬于強(qiáng)電解質(zhì)，對金屬管道產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。不純的金屬跟電解質(zhì)溶液接觸時，會發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失去電子而被氧化電化學(xué)腐蝕尤其對碳鋼的管道的腐蝕更為嚴(yán)重。當(dāng)鋼材中的鉻原子數(shù)量不低于12.5%時，可使鋼的電極電位發(fā)生突變，由負(fù)電位升到正的電極電位，阻止電化學(xué)腐蝕。因此，用于生產(chǎn)、輸送以及儲存氯化鈉溶液的管道經(jīng)常采用含鉻量17～22%的不銹鋼材質(zhì)，如奧氏體不銹鋼等。

　　2.3.2氫氧化鈉管道

　　堿液管道在一定條件下能引起碳鋼材料的應(yīng)力腐蝕(堿脆)，影響碳鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的因素有堿液的濃度、溫度和材料中存在的殘余應(yīng)力等。燒堿具有強(qiáng)腐蝕性，溫度與其越高，濃度越高，腐蝕越劇烈。冷卻后的堿液腐蝕性大大下降，在常溫下，碳鋼在0.1%～40.0%NaOH中的腐蝕速度僅為0.0025mm/a，碳鋼即可滿足耐蝕要求。

　　2.3.3氯氣

　　由電解槽出來的濕氯氣，溫度高并伴有大量的水蒸氣和雜質(zhì)，具有較強(qiáng)的腐蝕性，必須經(jīng)過冷卻、干燥和凈化處理。溫度低于60℃的濕氯氣，應(yīng)宜選用FRP/UPVC管道及管件;溫度高于60℃的濕氯氣應(yīng)選用鈦合金管道及管件。氯氣經(jīng)干燥后，水的體積分?jǐn)?shù)降至0.04%以下，腐蝕性大大降低，輸送管道采用碳鋼材質(zhì)，如20號鋼。鈦材在干燥氯氣中會引起劇烈的化學(xué)反應(yīng)而燃燒，因此，不能用鈦管輸送干燥的氯氣。液氯管道應(yīng)選10號鋼，16Mn或耐低溫性能優(yōu)于16Mn的材料。

　　3管道材質(zhì)的經(jīng)濟(jì)性

　　對于氯氣管道的材質(zhì)選擇，在保證安全可靠的前提下，也應(yīng)考慮到經(jīng)濟(jì)合理性。例如PTFE管道對氯氣有非常好的適用性，但是如果單獨(dú)大量使用，價(jià)格太高，施工難度又大，還不耐紫外線，所以一般會選擇碳鋼襯PTFE管。還有例如貴金屬氯化物生產(chǎn)工藝需要將室外氯氣站的干氯氣通入生產(chǎn)車間內(nèi)反應(yīng)釜中的強(qiáng)酸性熱水溶液中進(jìn)行反應(yīng)，且最終產(chǎn)品質(zhì)量對于鐵離子的含量相當(dāng)敏感，此種情況如果使用單一材質(zhì)管線，要么無法滿足工藝要求，要么就是難以找到材料或者由于材質(zhì)的特殊性而價(jià)格不菲，因此必須考慮采用多種材質(zhì)管線結(jié)合使用的方式，例如可選用碳鋼管道作為氯氣站至生產(chǎn)車間的外管主材，而車間內(nèi)直至反應(yīng)釜附近的管線可選用PVC外纏FRP管道，最后接近反應(yīng)釜直至深入反應(yīng)釜內(nèi)水溶液液面以下的管線可選用聚四氟乙烯管道或者PFA+PVDF管道。顯然這樣多種材料結(jié)合使用，既滿足了氯氣管道的使用要求，又兼顧了經(jīng)濟(jì)性。

　　4管道工作環(huán)境的影響

　　在工業(yè)應(yīng)用中，氯氣管道一般會有室內(nèi)和室外部分。而普通非金屬管道(如PVC、PVDF、PTFE)的抗紫外線能力一般較差，導(dǎo)致其在室外的老化速度遠(yuǎn)比金屬管道要快，因此在選擇氯氣特別是濕氯氣的室外管道材料時要特別留意。如果選擇非金屬管道作為氯氣的室外管道，一定要選擇具有抗紫外線能力的(例如碳鋼襯PTFE管)，也可考慮采用鋁皮、彩鋼板包裹的方式避免紫外線的影響。除此以外，對特殊工況還需要具體分析，例如將干氯氣通入熱的水溶液液面下進(jìn)行工藝反應(yīng)時，在氯氣與水溶液的交界面上肯定會形成濕氯氣，如果還選用鋼管作為插入管顯然是不合適的。

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　　結(jié)語

　　氯氣是一種強(qiáng)氧化劑。盡管如此，氯氣本身還是比較穩(wěn)定的。純凈的氯氣在常溫下與金屬鐵不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。正是基于此，工業(yè)上，特別是在氯堿行業(yè)中，碳鋼管道被大規(guī)模的應(yīng)用于低于80℃的干氯氣的輸送。同時，因?yàn)槁葰獾母叨拘约靶孤┖罂赡茉斐蓢?yán)重后果，氯氣管道的材質(zhì)還必須可靠及耐用。

　　參考文獻(xiàn)

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　　作者：羅賢馳