Серная кислота разъедает сталь
Обновлено: 26.04.2024
Коррозия металла в кислотах – это его разрушение при взаимодействии с концентрированными или разведенными кислотами. Часто такие разрушения встречаются на химических производствах и других сферах деятельности человека. Слабые кислотные растворы могут создавать даже некоторые продукты питания, и непокрытый металл, соприкасающийся с ними, будет коррозировать. То, как себя поведет металлический предмет при контакте с кислотой, зависит от его способности пассивироваться. Процесс коррозии металлов в кислотах проходит с выделением водорода.
Рассмотрим более подробно случаи коррозии металла в кислотах разного происхождения.
Коррозия металлов в соляной кислоте
Соляная кислота является очень агрессивной по отношению к металлам. В большей степени это обуславливается содержанием в ней ионов Cl - . Даже коррозионно-стойкие стали подвергаются разрушению, когда концентрация кислоты выше среднего. Если же раствор достаточно сильно разбавлен, такие стали коррозии не подвергаются.
Коррозия никеля в серной кислоте не протекает даже в случаях, когда достигается температура кипения. В присутствии трехвалентного железа, хлоридов, других окислителей никель и его сплавы начинают разрушаться.
Низколегированная аустенитная сталь при комнатной температуре и концентрации соляной кислоты в 0,2 – 1% подвергается коррозии со скоростью 24 г/(м 2 •сут).
Коррозия металлов в органических кислотах
Самой сильной среди органических кислот является уксусная. В яблочной, бензойной, пикриновой, олеиновой, винной, стеариновой кислотах даже при больших температурах (выше 100°С) коррозионно-стойкие стали отличаются высокой устойчивостью. При контакте металлов с муравьиной кислотой образуются питтинги (особенно при увеличении температуры). Глубина их даже больше, чем в уксусной кислоте.
В органических кислотах высокой устойчивостью обладает алюминий, т.к. на его поверхности присутствует защитная пленка труднорастворимых окислов.
Щавелевая, себациновая, лимонная и молочная кислоты вызывают коррозию сталей только при больших концентрациях. В них устойчивы хромистые стали с добавками молибдена.
Коррозия металлов в азотной кислоте
Азотная кислота обладает агрессивным воздействием по отношению ко многим металлам. Малоуглеродистые стали не обладают достаточной устойчивостью в растворах азотной кислоты. Кроме того, при повышении концентрации HNO3 до 35 – 40% (при данных концентрациях сталь переходит в пассивное состояние) коррозия малоуглеродистых сталей в азотной кислоте увеличивается. При концентрации азотной кислоты близкой к 100% пассивное состояние нарушается. Азотная кислота является окислителем. При коррозии железа катодными деполяризаторами являются молекулы азотной кислоты и нитрат-ионы. Устойчивость в азотной кислоте хромистых сталей повышается, если в их состав вводить никель и молибден. Коррозионное разрушение сталей в азотной кислоте происходит по границам зерен. На алюминий слабое влияние оказывают пары азотной кислоты или растворы с концентрацией более 80%. При нормальной температуре алюминий обладает высокой коррозионной стойкостью в азотной кислоте. Скорость коррозии алюминия в азотной кислоте возрастает при постоянном перемешивании и присутствии в растворе хлорид-ионов.
Коррозия металлов в серной кислоте
При концентрации серной кислоты около 50 – 55% поверхность железа переходит в пассивное состояние. Далее с повышением температуры и концентрации серной кислоты поверхность железа становится активной (наблюдается коррозия железа в серной кислоте).
В растворах серной кислоты, как и в других кислотах, на скорость коррозии железа большое влияние оказывает природа анионов. Это связано с торможением катодного и анодного процессов и их адсорбцией на поверхности металла.
Я.М. Колотыркин развил представления, что на анодное растворение железа оказывают влияние анионы. Это связано с образование комплекса:
Из вышеперечисленных уравнений понятно, что скорость анодного процесса возрастает с увеличением концентрации ионов HSO4 - и SO4 2- . С поверхности железа сульфат ионы вытесняются хлорид ионами, но до определенной концентрации ионов хлора, скорость протекания анодного процесса замедляется.
В 95 – 98% серной кислоте при нормальной температуре хорошей устойчивостью обладают хромистые стали (с содержанием хрома около 17%) с небольшой добавкой молибдена или без него. В таких условиях (при большой концентрации серной кислоты) стоек также алюминий и углеродистые стали. Чистый алюминий (99,5%) более устойчив в серной кислоте, чем его сплавы, в состав которых не входит медь. Скорость коррозии алюминия в серной кислоте (и его сплавов) при повышении температуры с 20°С до 98°С увеличивается с 8 до 24 г/(м 2 •сут). Коррозионно-стойкие стали в 5-ти или 20-% растворе при температуре кипения серной кислоты устойчивы только в присутствии ингибиторов коррозии.
При обычной температуре в серной кислоте коррозия меди практически не наблюдается. А при повышении температуры до 100°С процесс разрушения интенсифицируется. В 25% растворе серной кислоты, повышенном давлении и температуре близкой к 200°С медь быстро разрушается.
Латунь не обладает коррозионной стойкостью в растворах серной кислоты любых концентраций даже при комнатной температуре. Устойчивость латуней к разрушению в серной кислоте можно только повысить введением в раствор 30% соли CuSO4•5H2O.
Коррозия металлов в фосфорной кислоте
Наибольшей стойкостью к коррозии в фосфорной кислоте отличаются молибденовые стали. Алюминий и его сплавы (в состав которых не входит медь, магний) устойчивы в фосфорной кислоте. При обычной температуре не поддаются также разрушениям хромоникелевые аустенитные стали (в растворах фосфорной кислоты любой концентрации). В концентрированной технической фосфорной кислоте при температуре не выше 50°С стойки малоуглеродистые стали. Если сталь с 17% хрома поместить в раствор фосфорной кислоты, концентрацией от 1 до 10%, то она будет обладать высокой устойчивостью даже при температуре кипения.
Медь практически не подвергается коррозии в фосфорной кислоте при температуре от 20 до 95°С. Но если в систему вводить окислитель и повышать температуру – скорость коррозии меди в фосфорной кислоте значительно увеличивается. Бронзы и латуни в фосфорной кислоте ведут себя аналогично.
Коррозия металлов во фтористоводородной кислоте
Чугун, малоуглеродистая сталь и железо во фтористоводородной кислоте быстро разрушаются. В 10-% фтористоводородной кислоте при нормальной температуре обладают хорошей устойчивостью хромистые стали (с содержанием хрома 17%). В 20-% кислоте при температуре до 50°С устойчивы аустенитные высоколегированные стали. Латуни не разрушаются в 40-60-% фтористоводородной кислоте при 20°С. Магниевые сплавы устойчивы при температурах до 65°С в 45-% растворе.
Коррозия металлов в кислотах
Серная кислота разъедает сталь
Проконсультируйте по трубам из нержавейки.
Для обвязки оборудования применили трубы по ГОСТ 9941 из стали 12Х18Н10Т при перекачивании отработанного травильного раствора серной кислоты концентрацией 0,5% и температурой до 60С.
Трубы потекли через 2недели.
В основном по сварным швам или рядом (в некоторых местах и по всей длине).
В справочниках информация разная.
Мы применили эту сталь основываясь на проектных данных существующей трубной обвязки травильного оборудования,
которая работает на трубах из этой стали уже более 20лет
Сейчас уточняем, может в существующей обвязке другую сталь применили, а проект не меняли.
Кто сталкивался с серной кислотой маленькой концентрации и высоких температур? Держит сталь 12Х18Н10Т кислоту при таких условиях? Либо надо другую сталь применять?
От чего еще могли возникнуть проблемы с трубами? В каком справочнике можно посмотреть материалы, стойкие к серной кислоте при разных концентрациях и температурах?
Серная кислота реагирует с нержавеющей сталью и образует тонкий слой сульфатов. Слой сульфатов пассивен к серной кислоты и выступает защитным слоем, при этом сам металл к серной кислоте не стоек. Соответственно, чтобы нержавеющая сталь "держала", нужно одновременно выполнить несколько условий:
- металл должен пройти пассивацию (должен образоваться защитный слой)
- защитный слой не должен быть удалён
- защитный слой должен быть однородным
Нержавеющая сталь перестаёт быть коррозионно стокой при:
- эрозии защитного слоя (например большие скорости потока)
- растворении защитного слоя (например разбавленной соляной кислотой или её солями)
- трещинах (например при коррозионном растрескивании сварных швов под действием ионов хлора)
- недостаточной пассивации (например под грязью, ржавчиной или колонией бактерий)
- локальном повышении концентрации (например испарении недренируемых карманов)
- перегрев (например теплоспутник или пропарка)
Сталь 08Х18Н10Т не применяют из-за высокой скорости коррозии. Буржуины применяют марки 304, 316, 317 по ситуации (аналог Х18Н10, Х17Н13М2, Х19Н13М3 соответственно). Положительный опыт эксплуатации 20 лет это хорошо, любой поступил бы на Вашем месте также. Но важно обеспечить аналогичные условия эксплуатации, включая порядок пуска и остановки, примеси, температуры, концентрации и скорости.
В каком справочнике можно посмотреть материалы, стойкие к серной кислоте при разных концентрациях и температурах?
Определитесь с механизмом коррозии. Информации только о содержании серной кислоты не достаточно. Нужны примеси (например сколько ppm галогенов) и реальные условия эксплуатации. Также будет полезным реальный химический состав металла.
Всем Добрый день. Поделитесь чертежом бака горизонтального на 10 м3 для хранения серной кислоты, 92-94%. С обвязкой, крышкой, что внутри должно быть - какие трубопроводы? Спасибо.
Конструкция ситуативная, зависит от оборачиваемости, способа слива/налива, условий хранения. Стандарт
Не совсем понятный ответ. Обычный расходный бак серной кислоты. Патрубки в крышке. Только какие обязательно?
Вам же написали "ситуативная", т.е. не "какие обязательно", а скорее "какие Вам нужны".
Видел серии на вертикальные резервуары. В некоторых просто "верхний люк" и "нижний люк". Про Ваше оснащение никто кроме Вас тут не в курсе: штуцера на заполнение , штуцера на опорожнений, дыхательные, переливные, аварийной перекачки, люки для осмотра, люки для насосов, штуцера для уровнемеров.
Стандартная практика NACE SP0391 содержит подробную информацию о материалах конструкций, используемых для хранения и обработки концентрированной серной кислоты при комнатной температуре. Этот стандарт также касается некоторых инженерно-технических методов, обеспечивающих бесперебойную эксплуатацию.
В данной статье мы опишем поведение сталей при взаимодействии с концентрированной серной кислотой
Углеродистые стали
Холодная концентрированная серная кислота (H2SO4) оказывает лишь незначительное коррозионное воздействие на сталь и чугун из-за быстрого образования пленки сульфата железа (FeSO4). Однако даже умеренные скорости потока (> 0,6 м/с;> 2 фут/с) или утечка жидкости могут привести к удалению защитной пленки и началу коррозионного процесса. Разбавление также приводит к растворению FeSO4. Повышенные температуры выше 40° C (105° F), также разрушают пленку и становятся причиной образования коррозии. В случае возникновения любого из вышеперечисленных условий, сплавы с более высоким содержанием легирующих элементов заменяются. Кроме того, использование углеродистой стали может быть ограничено спецификацией железа в продукционной кислоте.
Чугун
Серый чугун устойчивее к более высоким скоростям (примерно до 1,8 м/с, 6 футов/с), чем сталь, благодаря эффекту запирания пластинок графита и образованию пленки сульфата железа. Магниевый чугун (кованый чугун) менее эффективен в данных условиях. Аустенитные виды чугуна с высоким содержанием никеля также не отличаются устойчивостью, однако 14% кремниевый чугун обладает превосходной стойкостью до 100% кислоты в точке кипения при скорости коррозии менее 0,12 мм/год (5 милов в год) в диапазоне концентраций. Стойкость высококремнистого чугуна обусловлена образованием пленки из двуокиси кремния, которая тем не менее уязвима перед свободным SO3.
Нержавеющая сталь
В горячей кислоте выше примерно 93% незащищенная марка стали 316 несколько менее устойчива в сравнении с 304 из-за легкости окисления молибденового компонента. В таблице 2 приведены типичные скорости коррозии в 99%-ной серной кислоте при температуре 105-115° C (220-240 ° F) в среде абсорбционной колонны. При скоростях потока 1,5 м/с (5 футов/с) и более скорость коррозии для макри 316 увеличивается более чем в 7 раз по сравнению с молибденовой маркой 304. Стандартный сплав 316, CF8M (S92900) подходит для изготовления отсекающих клапанов.
Высококремнистая аустенитная нержавеющая сталь UNS S30600, содержащая 4% Si, была первоначально разработана для использования в концентрированной азотной кислоте. В последующем для использования в концентрированной серной кислоте были созданы сплавы со следующим процентным содержанием элементов: 18% Cr, 16% Ni, 5-6% Si. Сплавы с номинальным содержанием 5% Si, такие как UNS S30601 и S32615 и сплав 6% Si UNS S38815, используются в горячей концентрированной кислоте. По свойствам они не уступают нержавеющей стали 300-й серии с анодной защитой, применяемой при изготовлении колонн, охладителей и трубопроводов.
Анодная защита от коррозии
Анодная защита эффективна для марок 304, 316 и других нержавеющих сталей. Она позволяет расширить температурный диапазон применения во всех растворах сильных кислот. Данная защита гарантирует стабильное, пассивное состоянии, устойчивость к коррозии при различных температурах и концентрациях кислоты. Требования к электротоку для применения анодной защиты возрастают с уменьшением концентрации кислоты или повышением ее температуры.
В лабораторных испытаниях скорость 0,75 мм/год (29 м/д) для свободной коррозии марки 316 в 93% кислоте (плюс 4 ч/млн железа и 800 ч/млн SO2) при 70° C (158° F) была снижена до менее 0,05 мм/год (2 милов в год) благодаря анодной защите. При 100° C (212° F) скорость коррозии снижается с 5 мм/год (200 м/д) до менее чем 0,05 мм/год (2 милов в год). Трубчатые охладители и термочехлы из марки 316L как правило имеют анодную защиту. Предельная температура для незащищенных охладителей составляет около 75° C (167° F), в то время как охладители с анодной защитой используются до 125° C (257° F)
Специальные нержавеющие стали
Специальные сплавы подразделяются на литейные и деформируемые. Изначально они были предназначены для работы с концентрированной кислотой, загрязненной нитратами или сульфидами. Помимо этого данные сплавы отличаются улучшенной стойкостью при повышенных температурах и / или в случае эрозионной коррозии или истирания.
Один из исходных сплавов этого типа был обозначен как Alloy 20. На сегодняшний день существует целый ряд его вариаций, таких как Аlloy 20Cb-3 (N08020). Данные сплавы используются в концентрированной серной кислоте, прежде всего, благодаря устойчивости к скорости или вихревому движению. Литой состав CN7M (N08807), стойкий к вихревым потокам и эрозиям, используется для изготовления дроссельных клапанов и насосов. Аlloy 825 (N08825), стабилизированный титаном, имеет практически такое же сопротивлениев концентрированной кислоте, как Alloy 20. Стоит также упомянуть Alloy 904L (N08904), выдерживащий воздействие концентрированной серной кислоты при температурах до 50° C (122° F). Существует ряд дуплексных марок, таких как 7-Mo Plus (S32950) и Alloy 255 (S32550), устойчивых к концентрированной серной кислоте, например, стабильность в 98% кислоте при температуре до 150° C (300° F). Дуплексные славы, такие как CD4MCu (J93370), также демонстрируют высокую стойкость к вихревым потокам концентрированной кислоты.
Читайте также: