? ? ? ?化工工業(yè)中，硫酸（98%酸）是很常用的一種化工原料。我們很多客戶經(jīng)常需要用到濃硫酸泵或稀硫酸泵，由于硫酸的強烈腐蝕性，使生產(chǎn)硫酸和使用硫酸的設備造成了嚴重的腐蝕。為了防止或減輕這種腐蝕，保證生產(chǎn)的順利進行，各種硫酸設備的材料必須根據(jù)硫酸的腐蝕特性以及各種材料的耐蝕性能進行正確的選擇和合理的使用。那么，選擇什么樣材質(zhì)的泵適合輸送98%酸呢？首先我們先分析濃硫酸的特性再選擇合適的材料。

? ? ? ?一、硫酸的腐蝕特性：

? ? ? ?濃硫酸，俗稱壞水，化學分子式為H?SO?，是一種具有高腐蝕性的強礦物酸。濃硫酸指質(zhì)量分數(shù)大于或等于70%的硫酸溶液。濃硫酸還具有強腐蝕性：在常壓下，沸騰的濃硫酸可以腐蝕除銥和釕之外所有金屬（甚至包括金和鉑），其可以腐蝕的金屬單質(zhì)種類的數(shù)量甚至超過了王水。硫酸在濃度高時具有強氧化性，這是它與稀硫酸最大的區(qū)別之一。同時它還具有脫水性，難揮發(fā)性，酸性，吸水性等。輸送硫酸的泵型有氟塑料離心泵、氟塑料磁力泵、氟塑料自吸泵等型號,再往下還可按照流量及揚程來進一步的細分。

? ? ? ?硫酸主要是用接觸法和鉛室法生產(chǎn)的。硫或硫化物，如硫化銅礦石經(jīng)過燃燒生成二氧化硫，在氧和催化劑的作用下，二氧化硫變成了三氧化硫，三氧化硫溶介于水即得硫酸。當硫酸濃度大于100%，并含有游離三氧化硫氣體時被稱為發(fā)煙硫酸。例如含有20%游離三氧化硫氣體的酸被稱為20%發(fā)煙硫酸或104.5%硫酸。

? ? ? ?稀硫酸是一種非氧化性酸，隨著濃度的提高，硫酸就會變成氧化性酸，它可以被還原成二氧化硫。因此濃硫酸可以使鋼和鐵鈍化，使普通鋼鐵在濃硫酸中成為耐蝕。但是硫酸會吸收空氣中的水份，一旦硫酸被稀釋到68%以下濃度時，碳鋼和鑄鐵的設備就會受到嚴重的腐蝕。在非氧化性的稀硫酸中，鋼和鐵不能通過在表面生成氧化膜而鈍化。氧和其他氧化劑的存在會改變稀硫酸的腐蝕特性。但是在濃硫酸中，由于濃硫酸本身是一種氧化劑，因此氧和氧化劑就不會改變濃硫酸對金屬的腐蝕特性，正如不銹鋼在硝酸中那樣不受通氧或不通氧的影響。

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? ? ? ?二、碳素鋼的耐硫酸腐蝕特性：

? ? ? ?碳素鋼廣泛地被用作室溫下濃度大于70%的硫酸設備，如貯槽、管線、槽車和船倉等。通常盛裝78%、93%、 98%的硫酸和發(fā)煙硫酸。圖1表示碳素鋼在濃硫酸中硫酸濃度和溫度對腐蝕率的影響。等腐蝕曲線顯示，在硫酸濃度為101%附近，曲線明顯下凹，表明此處腐蝕迅速增加，選用碳素鋼時要特別注意。在硫酸濃度85%附近，曲線也稍有下凹，表明此處腐蝕稍有增加。曲線的虛線部分表示數(shù)據(jù)不足，曲線位置多少是帶有推測性的。圖1也表明，不論在什么溫度下，在小于65%的硫酸中，碳素鋼是不能使用的。溫度在65℃以上時，不論硫酸濃度多大，碳素鋼一般也不能使用。

? ? ? ?較高的流動速度會增加硫酸對碳素鋼的腐蝕，如碳素鋼制的泵使用壽命很短，但是每秒幾英尺的流動速度，似乎還不會改變它的腐蝕特性。固體懸浮物會引起碳素鋼的磨損腐蝕。

? ? ? ?充空氣對碳素鋼在濃硫酸中的腐蝕影響很小，因為濃硫酸本身是氧化性的。但是發(fā)現(xiàn)“空氣泡”對通濃硫酸的管線卻有破壞作用。例如一根通93%硫酸的碳素鋼管線，使用一段時間后發(fā)現(xiàn)沿著管子內(nèi)壁的頂部出現(xiàn)溝槽，溝槽深而銳利，而在管子的其他內(nèi)表面上幾乎沒有腐蝕。這顯然是由沿著管子內(nèi)壁上方浮動的“空氣泡”引起的?？諝馐峭ㄟ^泵的墊料處吸入，并隨著流動的硫酸進入系統(tǒng)內(nèi)部、這種“空氣泡”的破壞作用可以通過排出空氣或防止空氣從泵、閥等處進入管線而得到克服。

? ? ? ?碳素鋼在濃硫酸中使用，因焊接等原因受熱后，在局部地區(qū)會出現(xiàn)“牛皮癬”腐蝕，這是由于珠光體組織受熱后球化引起的，將碳鋼經(jīng)850℃左右的正火處理后可以防止“牛皮癬”腐蝕的發(fā)生。

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? ? ? ?三、低合金鋼的耐硫酸腐蝕特性：

? ? ? ?低合金鋼在硫酸中的耐蝕性大體和碳素鋼相似，但是含銅或含鉬的某些低合金鋼在室溫稀硫酸中的耐蝕性有所提高。例如09CuWSn鋼在室溫稀硫酸中具有比普通碳素鋼好得多的耐蝕性，在濃硫酸中的耐蝕性和普通碳素鋼相似。09CuWSn鋼的成份和性能見表1。

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? ? ? ?四、鑄鐵的耐硫酸腐蝕特性：

? ? ? ?普通鑄鐵在硫酸中的耐蝕性和普通碳素鋼相似。但是灰鑄鐵在濃硫酸中會發(fā)生開裂現(xiàn)象。這是因為酸能夠沿著連續(xù)的片狀石墨組織滲入鑄鐵內(nèi)部，使鑄鐵內(nèi)部發(fā)生腐蝕(公眾號:泵管家)。由于腐蝕產(chǎn)物體積增大，而使局部產(chǎn)生很高的應力。隨著腐蝕產(chǎn)物的增加，局部內(nèi)應力不斷增加，最后導致鑄鐵開裂損壞。因此在硫酸中普通灰鑄鐵通常不宜采用。如果通過熱處理，使連續(xù)的片狀石墨組織變成不連續(xù)的球狀組織，這樣硫酸就不會滲入鑄鐵內(nèi)部，從而就可以防止鑄鐵在硫酸中發(fā)生開裂現(xiàn)象。因此，所謂可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵或延性鑄鐵在硫酸中就具有較好的使用性能。

? ? ? ?鑄鐵和碳鋼一起在100%左右的硫酸中使用時，可能會發(fā)生電偶腐蝕。由于鑄鐵較脆以及考慮到安全等的原因，因此在可能的條件下應該寧用碳鋼而少用鑄鐵。

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? ? ? ?五、高硅鑄鐵的耐硫酸腐蝕特性：

? ? ? ?高硅鐵的典型成份為含碳0.95%，含硅14.5%，其余為鐵。從成份看，似屬于鋼，從組織和性能來看，它和鑄鐵相似，所以通常稱為高硅鑄鐵。它不含鉻和鎳等貴重合金元素，并且有很好的耐蝕性能。在硫酸中，從0~100%的濃度中，它具有比所有其他工程合金更好的耐蝕性，因此廣泛地被用于硫酸介質(zhì)中。但是高硅鑄鐵硬而脆，難以加工，只能鑄造。在使用中對溫度變化很敏感，激冷激熱也會開裂損壞，受機械振動或沖擊時也較易開裂，因此制造、安裝、使用都必須特別小心。但是，因為它硬，所以很耐磨，特別適宜在含有固體懸浮物或固體雜質(zhì)的硫酸中使用。

? ? ? ?近年來，通過加稀土元素等辦法，高硅鑄鐵的脆性已經(jīng)有所改善，并且已經(jīng)可以制造泵、閥、硫酸濃縮加熱器、噴霧器、小型容器、貯槽出口、管子、電極、泡帽、塔體另件以及其他配件等。

? ? ? ?圖2表示高硅鑄鐵(Duriron)在硫酸中的耐蝕性。圖中沸點曲線用0.13毫米/年和0.5毫米/年等腐蝕曲線來表示，這表明高硅鑄鐵在硫酸中直至沸騰溫度時都有很好的耐蝕性。但是在濃度大于100%的發(fā)煙硫酸中，高硅鑄鐵和普通灰鑄鐵一樣不宜使用。另外，當硫酸中含有二氧化硫和氟化物時，高硅鑄鐵在硫酸中的腐蝕率就會明顯增加。高硅鑄鐵已經(jīng)可以用到540℃的高溫，但是在使用中必須嚴格注意緩慢的加熱和冷卻，并避免沖擊和振動等。

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? ? ? ?六、鉛的耐硫酸腐蝕特性：

? ? ? ?鉛被廣泛地用于稀硫酸中，在70%以下的硫酸中，鉛具有很好的耐蝕性，但是在濃硫酸中則不行。這種情況正好和碳鋼相反(圖3)。

? ? ? ?它表明在低濃度硫酸中，鉛幾乎不受腐蝕，但隨著溫度和濃度的增加，腐蝕率增加了。在90%以上的濃硫酸中鉛變得很不耐蝕，這顯然是因為在稀硫酸中具有保護作用的硫酸鉛表面膜在濃硫酸中被溶介而引起的。高純鉛在稀硫酸中具有較好的耐蝕性，但是它軟而強度低，蹄鉛在濃硫酸中具有較純鉛好的耐蝕性，但在稀硫酸中不及純鉛好。含銻4~5%的鉛通常被稱為硬鉛，具有比純鉛較高的機械強度，適宜制作鑄件等，但是這種“高強度”在溫度高達87℃時即便消失，甚至變得比純鉛還低。另外“硬鉛”的耐蝕性也沒有純鉛好，這在選用時必須注意，特別在高溫下使用的設備更要注意。

? ? ? ?由于鉛軟而易于磨損，因此高速酸或含有固體雜質(zhì)的介質(zhì)往往會破壞其表面的硫酸鉛保護膜，使鉛加速腐蝕，所以鉛不宜制作泵，也很少用作閥。襯鉛的容器，在高溫或帶有磨損的條件下，常常用內(nèi)襯耐酸磚的辦法來保護。

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? ? ? ?七、鉻鎳鉬銅合金的耐硫酸腐蝕特性：

? ? ? ?鉻鎳鉬銅合金是專門發(fā)展用于硫酸中的合金，國外著名的牌號Durimet20(達里美)、Esco20(依斯科)、Carpenter20(卡品脫)(鍛態(tài))、FA-20等。由于它們之間的成份和性能相似，并都用20序號，因此通常統(tǒng)稱為20號合金。該類合金都是奧氏體組織(公眾號:泵管家)，具有和18-8鉻鎳不銹鋼相似的機械性能。在國內(nèi)，這類合金的牌號有OCr23 Ni28Mo3Cu3Ti； OCr20Ni24 Mo3Si3Cu2；OCr12Ni25Mo3 Cu3Si2Nb等。

? ? ? ?圖5表示達里美20號合金在硫酸中的等腐蝕圖。聲圖可知該合金不同于鉛和碳鋼，它在整個硫酸濃度范圍內(nèi)都有較好的耐蝕性。在78%左右的硫酸中，曲線向下凹，表明該合金腐蝕率在此附近較大。硫酸鐵和硫酸銅在硫酸中對20號合金起緩蝕劑的作用，使腐蝕率降低。而氯化鐵和氯化亞銅在硫酸中，當濃度較高時會使20號合金發(fā)生點腐蝕。

? ? ? ?20號合金在硫酸中主要用作泵、閥。包括接觸法制造硫酸的工廠在內(nèi)的許多工業(yè)部門都使用這類合金，并已列為標準。因為碳鋼和鑄鐵的泵、閥在濃硫酸中使用壽命不長，而鉛制的泵、閥在稀硫酸中容易產(chǎn)生磨蝕。

? ? ? ?表2列出了OCr12Ni25Mo3Cu3Si2Nb鋼的成份和性能。

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? ? ? ?八、鎳鉬合金和鎳鉻鉬合金的耐硫酸腐蝕特性:

? ? ? ?鎳鋁合金有鑄造的Chlorimet2號(開羅里美)和可以鑄造或鍛造的Hastelloy B(哈斯特羅依)合金等。它們大致由三分之二的鎳和三分之一的鉬組成。經(jīng)過固溶熱處理后可以得到最好的耐蝕性能。圖6為開羅里美2號合金和哈斯特羅依B合金在硫酸中的等腐蝕圖。

? ? ? ?它顯示了該類合金在硫酸中具有良好的耐蝕性能。在8%以下的高溫稀硫酸中耐蝕性稍差。這類合金在使用中要注意雜質(zhì)的影響，特別是氧化性雜質(zhì)，如硝酸、氯氣、次氯酸鹽、氯化亞銅、氯化鐵、硫酸鐵以及通空氣等的影響，它們往往會加速這類合金的腐蝕，使壽命縮短。這類合金可以時效硬化，但時效常常會使合金變脆，并使耐蝕性降低。

? ? ? ?鎳鉻鉬合金有鑄造的Chlorimet3號合金和可以鑄造、鍛造的Hastelloy C合金等。它們是一類具有約18%鉻和18%鉬的鎳基合金，在整個濃度范圍的硫酸中都有較好的耐蝕性。

? ? ? ?參見圖7所示。由于鉻的存在，使該類合金在氧化性條件下也具有一定的鈍化能力，因此鎳鉻鉬合金對氧化性雜質(zhì)的影響就不如鎳鉬合金那樣敏感。在還原性條件的高溫稀硫酸中它們也較耐蝕，例如在人造絲的凝結(jié)浴中。在中等濃度的高溫硫酸中的耐蝕性不及鎳鉬合金。

? ? ? ?九、耐硫酸材料的選用:

? ? ? ?由于各種不同的材料在不同濃度或溫度的硫酸中顯示出不同的耐蝕性，彼此之間又沒有相同的規(guī)律，因此耐硫酸材料的選用必須以實驗和經(jīng)驗為基礎。

? ? ? ?不同濃度和溫度的硫酸對材料的腐蝕差別較大,對于濃度在80%以上溫度小于80℃的濃硫酸,碳鋼和鑄鐵有較好的耐蝕性,但它不適合髙速流動的硫酸,不適用作泵閥的材料;普通不銹鋼如304(0CR18NI9)、316(0CR18NII2MO2TI)對硫酸介質(zhì)也用途有限。因此輸送硫酸的泵閥通常釆用髙硅鑄鐵(鑄造及加工難度大)、髙合金不銹鋼(20號合金)制造,但其加工難度大和價格昂貴,因此不被人們看好。

? ? ? ?長期以來,腐蝕就是化工設備最頭痛的危害之一,稍有不慎,輕則損壞設備,重則造成事故甚至引發(fā)事故。據(jù)有關統(tǒng)計,化工設備的破壞約有60%是由于腐蝕引起的,因此在化工泵選型時首先要注意選材的科學性。通常有一種誤區(qū),認為不銹鋼是“萬能材料”,不論什么介質(zhì)和環(huán)境條件都捧出不銹鋼,這是很危險的。而氟塑料作為襯里的新型氟塑料系列泵則是引領著最新科技與技術(shù)的結(jié)果。比較徹底的解決了各領域在輸送高腐蝕性介質(zhì)時所遇到的各種困難與問題。

? ? ? ?氟塑料合金具有很好好的耐硫酸性能,它是中國科學院上海有機化學研究所的專利材料,經(jīng)中科院實驗證明:目前尚未發(fā)現(xiàn)在適用溫度范圍內(nèi)有哪種化學介質(zhì)與其能產(chǎn)生反應，使用壽命長，不老化，耐腐蝕，因此采用襯氟泵(F46)是一種更為經(jīng)濟的選擇。適用產(chǎn)品有:CQB氟塑料磁力泵、IMD氟塑料磁力泵、IF氟塑料離心泵、FSB氟合金離心泵等

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