耐硫酸腐蚀材料的选用

硫酸工业用XD系列特种合金材料介绍及与zecor等材料特性比较一.硫酸工业用系列金属合金材料1.耐热钢①XD-1奥氏体耐热钢XD-1是以铬镍为基础，以钨和钼辅助合金化并配以高碳的奥氏体耐热钢。

碳化物是主要强化相。

温度＜700℃具有良好的热强性；温度＜800℃具有良好的抗氧化性。

820～850℃退火后的室温和高温力学性能如表1所示，表2是该钢的抗氧化性能。

表1. 退火后的XD-1耐热钢力学性能温 度，℃ σb， Mpa σ0.2， Mpa δ， %20 706 314 20600 568 323 18700 363 206 33表2. XD-1耐热钢抗高温氧化性能试验温度，℃ 800 850 900氧 化 速 度g/m2·h 0.2165 1.0535 2.2928 0.3688 0.7019 2.1957尤其值得指出的是XD-1耐热钢尚具有一个独特的性能，即是在600～700℃温度范围内有强烈的时效倾向。

在这一温度范围内使用时合金强度和硬度非但不降低反而有所提高。

非常适於制造使用温度在700℃以下的阀门和坚固件，尤其是高温金属弹性硬密封蝶阀。

XD-1耐热钢是硫酸工业用610℃抗SO2腐蚀的高温金属硬密封蝶阀的阀板、阀座、阀杆及紧固螺栓的优良材料。

②XD-4奥氏体耐热钢XD-4是以高铬镍为基础，同时以硅、氮和稀土等元素补充合金化的奥氏体耐热钢。

具有较高的高温强度和组织稳定性以及耐急冷急热性。

尤其是具有良好的高温抗氧化性、抗渗碳性和抗硫化腐蚀能力。

最高使用温度为1200℃。

在900～1200℃其主要性能超过传统的Cr25Ni20（Si）耐热钢。

XD-4耐热钢高温力学性能如表3。

表4是XD-4高温强度与4Cr25NI20耐热钢的比较。

图1是XD-4耐热钢在温度1200℃抗氧化性能及其与4Cr25Ni20Si2等耐热钢的比较。

表3. XD-4耐热钢高温力学性能试验温度， ℃ σb， Mpa δ， % 500 559 30.4600 516 28.8700 432 20.2800 326 12.2900 220 13.01000 130 17.01100 65 37.01200 31 30.2表4. XD-4高温强度与4Cr25Ni20耐热钢比较（σb，Mpa）钢 种 900℃ 1000℃ 1100℃ 1200℃ XD-4 220 130 65 314Cr25Ni20 157 101 --- ---图1.XD-4高温抗氧化性能与25-20耐热钢的比较由表3、表4和图1可以看到，XD-4耐热钢具有比25-20传统耐热钢高的高温强度。

实验时候温度会升高么？有以下金属材料，并且有硫酸的浓度和温度配置，你看下。

不锈钢(SUS316 、SUS316L) ：温度40 ℃以下，浓度20% 左右；904 钢(SUS904 、SUS904L) ：适于温度40~60 ℃、浓度20~75% ；温度80 ℃、浓度60% 以下；高硅铸铁(STSi15R) ：室温至90 ℃之间各种浓度；纯铅、硬铅：室温的各种温度；S-05 钢(0Cr13Ni7Si4) ：90 ℃以下的浓硫酸，高温浓硫酸（120~150 ℃）；普通碳钢：室温70% 以上的浓硫酸；铸铁：温度为室温的浓硫酸；蒙乃尔、金属镍、因可耐尔：中温中等浓度的硫酸；钛钼合金(Ti-32Mo) ：沸点以下、60% 的硫酸和50 ℃以下、98% 的硫酸；哈氏合金B 、D ：100 ℃以下、75% 的硫酸；哈氏合金C ：100 ℃左右的各种温度；镍铸铁(STNiCr202) ：室温60~90% 的硫酸。

硫酸是一种价格便宜的强酸，它的水溶液对热的稳定性良好，在工业清洗中硫酸应用得很广泛。

它的缺点是硫酸在清洗中生成的盐类有许多是水溶性较低的，比如用硫酸去除含钙盐的锅炉污垢时，由于与硫酸反应生成水溶性差的硫酸钙，所以去垢效果不好。

相反改用盐酸处理，由于生成水溶性很好的氯化钙而除垢效果良好(在25℃时，100cm3水中只能溶解0.208g 硫酸钙，而可溶解74.5g时氯化钙)。

稀硫酸容易与钢铁反应并产生氢气，常温下，60%(质量)及以上浓度的硫酸会在钢铁表面形成钝化膜而使钢铁对它有耐蚀性93%(质量)以上时即使加热到煮沸条件也几乎不腐蚀钢铁。

而铅与钢铁正相反，可溶于浓硫酸中，但对稀硫酸有良好的耐蚀性。

其余金属与硫酸的反应情况归纳如下。

铝：易溶于10%(质量)的硫酸中，但对80%(质量)以上的硫酸有耐蚀性。

锌、镁：易溶于各种浓度的硫酸中。

锡：对稀硫酸才有耐蚀性。

镍：常温下，对80%(质量)以下的硫酸有耐蚀性。

铬：可被浓硫酸氧化生成钝化膜，所以它不被浓硫酸腐蚀。

硫酸储罐的选材及防腐措施1、硫酸腐蚀原理及特点碳钢在硫酸中发生的腐蚀过程是典型的电化学腐蚀。

其化学反应式表述如下：金属材料的本质、表面状态及金属阴极相杂质、硫酸浓度（pH值）、温度都会影响到金属的氢去极化腐蚀。

此外，一些物理因素如介质流速、固相颗粒、结垢等也会影响硫酸的腐蚀性。

2、硫酸储罐的设计2.1类型及概况分钢制储罐、塑料储罐和玻璃钢储罐，也分为压力容器类和非压力容器类硫酸储罐，还分为立式和卧式硫酸储罐。

硫酸不存在较大的蒸汽压力，无需采用内浮盘。

为隔离空气及雨水等杂质，需要用固定顶保护罐内介质，一般采取自支撑的固定顶，且应将加强肋等支撑件设置在罐顶外壁，并保证在液位下的部件不存在裂纹等缺陷。

从安全角度出发，一般不在罐顶设置操作平台，为便于操作、检修，可以设置独立的操作平台。

若必须设置罐顶平台，则在罐顶设计时，应充分考虑包括顶部平台、管支架等相关设施的设备自重和相关设备带来的附加载荷的影响。

材料选定后，硫酸储罐的罐体厚度，可按相关标准进行计算或选定，与其它储罐的设计是一样的，只不过与普通介质的储罐相比，钢制硫酸储罐需要采用较大的腐蚀裕量。

碳钢罐尽量同时使用阳极保护，此时的腐蚀裕量也需要足足3mm厚，合金罐、塑料罐、FRP罐或其他衬里罐则一般无需预留腐蚀裕量。

2.2结构设计硫酸罐一般应至少包括如下管口：硫酸入口，硫酸出口，溢流口，放空口（压力阀口），顶部人孔，清扫孔。

为减少泄漏，硫酸入口一般设置在罐顶，并使管口距离罐壁至少1200mm。

但有时由于条件限制，也将人口设置在靠近顶部的罐壁处。

硫酸入口一般应采用汲取管的方式，即将管口内伸至液面下。

对侧壁入口，则可用90℃弯头使管线在罐内保持竖直状态并达到上述要求。

为保护罐底，在罐底正对入口管末端的相应位置设置防冲板。

为防止介质的虹吸现象，硫酸人口管线应开放空孔，一般只需要在管线的上部开一个12mm的孔即可。

硫酸出口一般也采取内伸汲取管的方式，且多采用可拆式结构，为便于拆卸，外套管直径一般取硫酸出口管直径的2倍以上。

JNS耐硫酸露点腐蚀钢板在电力、冶金、石化等工业领域，以煤或重油为主要燃料的烟气处理系统，如锅炉低温部位的空气预热器、省煤器、烟道、烟囱以及脱硫装置等，普遍会遇到燃料中含硫量偏高，在露点温度下形成硫酸而造成设备腐蚀问题，这称之为“硫酸露点腐蚀”的现象。

采用较高含硫量燃料的锅炉烟气中含有SO2和SO3，它们与烟气中的水汽结合生成亚硫酸和硫酸，并在锅炉的低温部件上凝结，引起硫酸露点腐蚀。

用普碳钢制作的锅炉低温部件，由于其耐硫酸露点腐蚀性能很差，腐蚀严重，使用寿命很短。

如采用耐酸不锈钢制作锅炉低温部件，材料价格是普碳钢的数倍，工程建设成本将大幅度的增加。

因此，研制、开发和使用低合金耐硫酸露点腐蚀钢对提高钢套筒烟囱、锅炉低温部件等使用寿命、降低材料成本有着非常重要的意义。

80年代中期，日本新日铁株式会社研制生产了耐硫酸腐蚀钢新S-TEN1、S-TEN2，95年日本住友公司也研制生产了耐硫酸腐蚀钢CRIA，并向我国很多企业推广使用。

经过长期使用证明，日本的此类型钢种，更适应其本国的实际情况，在我国不能达到理想的效果。

其主要原因有：我国大部分以煤为主要燃料的发电企业，主要采用的煤型为贫瘦煤，其含硫量最高能达到3%，超过了国家标准GB50051-2002中规定的2.5%最高含硫量标准。

日本的发电厂燃烧用煤含硫量较低，使用环境的差别使其产生的效果差距非常大。

济南钢铁集团总公司根据国内的需求，1989年率先与国内有关大学、科研机构合作，并调集集团公司技术中心优秀科研人员，克服当时的种种困难，联合攻关，于1990年初成功研制出了12MnCuCr“耐硫酸露点”钢板，同年6月通过了山东省冶金工业厅组织的产品鉴定，成为国内首家生产耐硫酸露点钢板的钢铁企业。

该产品首先被当时的电力部华北电力设计院（主设：李兴利）采用，并用于河北三河电厂，随后，德州华鲁电厂，邹县发电厂，菏泽发电厂，威海发电厂、日照发电厂、莱芜发电厂、南京扬子石化、北京燕山石化、齐鲁石化、济南炼油厂等诸多电力、化工企业建设工程，也先后采用该钢种制作烟道、钢烟囱、乙烯裂解炉或空气预热器、鼓风机等，工程实践取得令人满意的效果，得到各用户的一致好评。

硫酸储罐的选材及防腐措施从表1《市面上的硫酸常见的浓度、状态及腐蚀特点》可以看出，针对不同浓度，不同温度状态的硫酸，耐腐蚀选材也不尽相同。

3.1金属金属材质硫酸储罐主要分为三类：整体金属材质硫酸储罐、金属外壳内刷涂料的硫酸储罐、金属外壳内衬玻璃钢或鳞片胶泥硫酸储罐。

3.1.1整体金属材质各种不同金属或合金的耐硫酸腐蚀性能及作为硫酸储罐的选择可行性如下：1）普通碳钢不耐80%以下稀硫酸，但可以耐65℃左右的80%～100%的浓硫酸。

因碳钢在这一浓度范围内可形成钝化保护膜，因此碳钢可直接用作为常温、无流速、无冲刷、无充气、密封的80%～100%浓硫酸储存和运输设备的制造材料，内壁无需额外做其他防腐处理，外壁只需做普通的弱腐蚀防锈耐候涂装处理。

2）普通碳钢和铸铁都不耐102%以上的发烟硫酸，因此不可作为发烟硫酸储罐的制造材料3）铅、铅锑合金、可耐96%以下室温的硫酸，对80%以下的硫酸可耐至210℃（也因表面产生保护膜），但铅锑不耐具有流速和摩擦冲刷的浓硫酸（因其破坏了保护膜）。

因此衬铅也是常用的耐硫酸腐蚀设备的制造材料和衬里材料。

4）普通不锈钢（如304不锈钢）只能耐5%以下的极稀的硫酸，和碳钢一样不直接作为稀硫酸储罐的制造材料。

316L不锈钢是含钼不锈钢，可耐室温下15%浓度以内的无流速、无冲刷、无充气的硫酸溶液和85%～100%浓度的常温、无流速、无冲刷、无充气、密封的硫酸。

5）高硅不锈钢、高合金不锈钢、镍钼铬合金（及哈氏合金）可以同时耐稀、浓硫酸，可以耐高温、高速下一切浓度硫酸。

其中高硅不锈钢最便宜，但高硅不锈钢抗震差、加工困难、不耐含氟或亚硫酸杂质的硫酸溶液（此时可选用20号高合金钢）。

高硅不锈钢是硫酸行业采用最多的合金材料，用来制造硫酸工厂的干燥塔、吸收塔、管式分酸器、槽管式分酸器、塔内填料支撑箅子板、循环酸槽、管壳式酸冷却器、管线、泵、法兰和阀门等硫酸生产设备。

但是直接采用高硅不锈钢来制造硫酸储罐，还是不多。

硫酸储罐的选材与防腐措施文/本刊特约撰稿人欧阳自强摘要:本文为51fangfu论坛有关硫酸储罐防腐精华贴的总结，它系统分析了不同浓度、不同温度、不同状态硫酸腐蚀的原理及特点，探讨了各种状况下硫酸储罐的选材、防腐和安全问题，并提出了相应的防腐保护措施，尤其是对“树脂重防腐”在硫酸储罐领域的应用作了较深度的分析。

关键词:硫酸储罐；防腐蚀；树脂重防腐中图分类号：文献标识码：文章编号：0前言硫酸是活泼的无机强酸之一，它是化肥、医药、冶金、染料、化纤、精细化工、矿物加工、制药、石油炼制和各类有机无机化工行业的不可或缺的催化剂、溶剂和生产原料，因此在化工行业的广泛应用而号称“化工之母”。

硫酸因与肥料三要素（氨、磷、钾）及硫基肥所制造的母体作用有密不可分的联系，更是被称为“化肥之母”。

由于硫酸具有很强的腐蚀性，所以在生产、运输和使用过程中，硫酸的安全储存是一个非常重要的环节。

为了保证储存设施能安全运行，应正确选材、合理设计、妥善管理，系统地运用电化学保护、钝化、覆盖层保护等多种手段加以保护。

欧阳依据多年的经验，对此问题进行了一些研究和探讨，汇总了51fangfu论坛相关精华帖观点[1]，以期与同行商榷、探讨。

1硫酸腐蚀原理及特点表1市面上的硫酸常见的浓度、状态及腐蚀特点浓度状态腐蚀性特点备注<5%特稀硫酸溶液电化学腐蚀为主，腐蚀性一般1）65%浓度以下的稀硫酸在所有温度都为还原性；2）稀硫酸对碳钢的腐蚀速率随浓度的提高而增强；达到一定浓度后（47%～50%是电化学腐蚀速度的峰值点），腐蚀速率随浓度的提高而急剧下降；3）同一浓度的稀硫酸随着温度的增加，腐蚀性会加大；4）杂质对腐蚀也有很大的影响，如含氟、氯等其他离子；5）介质流速越大、固相颗粒多也会加剧稀硫酸溶液的腐蚀性。

5～65%稀硫酸溶液电化学腐蚀为主，腐蚀性非常强65～85%浓硫酸溶液电化学腐蚀为主1)65%～85%硫酸低温下为还原性，高温或沸点下为氧化性；2)85%～100%硫酸及发烟硫酸在所有温度下都呈氧化性；3)浓硫酸具有吸水性，空气中水份也会使敞空的浓硫酸变稀，对碳钢的腐蚀性增大；4)65%～85%期间，随温度上升，其对碳钢的腐蚀速率下降；5)碳钢在80%～100%的硫酸中可形成钝化保护膜，在无流速、无冲刷、无充气、密封时可耐受60℃～80℃；6)102%以上的发烟硫酸，会破坏钝化膜，腐蚀速度上升，碳钢和铸铁耐不了。

硫酸的安全储罐设计要点硫酸是一种具有强酸性的化学物质，对于其储存和处理需要严格的安全措施。

在储存硫酸时，使用合适的安全储罐是至关重要的。

本文将介绍硫酸的安全储罐设计要点，以确保储存过程中的安全性和可靠性。

1. 材料选择在选择硫酸安全储罐的材料时，需要考虑其强酸性和腐蚀性。

常见的储罐材料包括玻璃钢、聚乙烯和玻璃衬里碳钢。

其中，玻璃钢具有较好的耐腐蚀性和机械性能，是常用的硫酸储罐材料之一。

2. 结构设计硫酸安全储罐的结构设计需要考虑容量、压力和温度等因素。

对于小容量的硫酸储罐，常采用立式结构，而大容量的储罐通常采用水平结构。

储罐的设计压力和温度应根据硫酸的物性和工艺要求确定。

3. 密封设计硫酸会产生腐蚀性气体，因此储罐的密封设计至关重要。

储罐应配备密封装置，如密封圈、填料和密封垫等。

密封材料应具有良好的耐腐蚀性和耐高温性能，以防止硫酸泄漏。

4. 排放系统设计硫酸的储存过程中可能会产生气体或蒸汽，需要通过排放系统进行处理。

排放系统应包括适当的通风设施和气体处理设备。

同时，需要将排放系统与储罐进行可靠连接，以防止硫酸泄漏造成安全事故。

5. 泄漏探测与报警系统硫酸储罐应配备可靠的泄漏探测与报警系统，以及紧急停泵装置。

泄漏探测与报警系统可以及时发现储罐泄漏情况并进行报警，紧急停泵装置能够迅速切断供液管路，最大程度减少泄漏造成的损失。

6. 底部防腐设计硫酸具有很高的腐蚀性，储存过程中容易对储罐底部造成腐蚀。

因此，硫酸安全储罐的底部需要进行防腐措施，如底部涂层、底部支承和阴极保护等。

底部防腐设计可以延长储罐的使用寿命，减少维护和更换成本。

综上所述，硫酸的安全储罐设计要点包括材料选择、结构设计、密封设计、排放系统设计、泄漏探测与报警系统以及底部防腐设计等。

合理的设计和合适的材料选择可以提高硫酸储罐的使用寿命，保障储存过程中的安全性和可靠性。

在实际应用中，还需根据具体情况进行详细设计和制定相应的安全操作规程，以确保储存硫酸的安全性。

1.碳钢和铸铁：普通钢铁大量应用于80-100%的硫酸，湿度可达60-80℃。

钢铁在这一浓度和湿度范围的硫酸中，表面能产生保护性的硫酸铁膜层。

铸铁不适用于超过100%的发烟硫酸，可能是由于三氧化硫与铁中所含的硅反应，使铸铁变脆。

碳钢不适用于100-102%的发烟硫酸，超过102%的酸则又适用，温度限制约为60℃。

稀硫酸对钢铁的腐蚀很大，当酸浓度为47%左右时，腐蚀率达到最高值。

当酸浓度大于65%时，唐铁的腐蚀率显著降低。

但是在65-80%这一段浓度中，最好还是不使用钢铁，以用铅或者其它耐稀酸材料更为安全。

2.高硅铁: 高硅铸铁对于一切浓度和温度（至沸点）的硫酸都有优良的耐腐蚀性，用途广泛。

主要用于高温和轮番接触稀、浓硫酸的操作。

由于高硅铁具有抗热震动性能差，机械性能不好的缺点，在高温使用时应尽量避免骤热骤冷。

如果硫酸内含有氟，氟化物。

亚硫酸等时，对高硅铁腐蚀严重，不能适用3.高镍铸铁：适用于中等温度以下极稀（<10%）的不充气的硫酸和非氧化性的硫酸盐。

增高温度、流速和空气含量时，会使腐蚀增大。

它对于浓硫酸的耐腐蚀性和普通铸铁相似，使用范围约为70-100%，温度可达70-100℃。

含镍量较高（>28%）的铸铁壳适用于高温发烟硫酸，不会产生普通铸铁常会发生的腐蚀破裂。

4.不锈钢; 普通不锈钢对硫酸的腐蚀性不好，加之价格较高，所以用途有限。

铬镍不锈钢可以适用于常温下5%以下的稀硫酸和90%以上的浓硫酸，含钼的铬镍钢耐腐蚀性比较最好，但使用温度也不宜超过50-70℃。

对于中等浓度的硫酸和发烟硫酸，所有的铬镍钢腐蚀都很大，不适用。

所有的铬钢对于一切浓度的不充气的硫酸都不适用。

5.高合金不锈钢（20号合金）：此种材料对于室温下一切浓度的硫酸和发烟硫酸都有良好的耐蚀性，温度升高，腐蚀率也升高。

对于浓度为10%以下的沸酸，75-95%、50-80℃的酸，95-100%、80-100℃的酸，都有良好的耐蚀性。