田凤麟

(天津长芦海晶集团有限公司，天津 300450)

1 前言

卤水化工是以卤水为原料，经过化学、物理等工艺而制取各种化工产品的过程。卤水是海水、盐湖水、井咸水经过加工或井矿盐水溶后，并且所含固形物中氯化钠含量在50%以上，浓度在5 °Be′(15 ℃时)以上的液体[1]，也是一种强电解质溶液。卤水中的氯属于卤族元素，原子核外层都缺少一个自由电子，化学活动性特别强，分离成氯离子后，是强氧化剂，对绝大数金属材料具有很强的腐蚀性[2]。这些性质决定了卤水化工生产中腐蚀是非常普遍的现象，不仅造成巨大的经济损失，还会酿成生产安全事故。为了更好解决或减缓腐蚀问题，经常会选用各种耐腐蚀的设备材料，而316L不锈钢因其优异的防腐性能在卤水化工生产中应用非常广泛。

2 316L不锈钢及常见腐蚀类型

316L不锈钢是一种防腐蚀性能优异的奥氏体不锈钢，316L是美国标号。在现行国家标准(GB/T 20878-2007)中数字代号为S31603，牌号为022Cr17Ni12Mo2，旧牌号为00Cr17Ni14Mo2。由于使用习惯，行业中一直延用316L不锈钢这一名字。由于316L不锈钢中添加了铬(16%～18%)、镍(10%～14%)、钼(2%～3%)等抗腐蚀元素，因此使其具有较为独特的抗腐蚀性，但316L不锈钢应用在卤水化工生产中仍会发生不同程度腐蚀，有时还会比较严重，给卤水化工生产带来非常大的影响。

316L不锈钢作为金属材料的一种，按腐蚀过程分类有化学腐蚀和电化学腐蚀；按金属腐蚀破坏的形态和腐蚀区域的分布有全面腐蚀(也可称普遍腐蚀或均匀腐蚀)和局部腐蚀；按腐蚀的环境条件还可分为高温腐蚀和常温腐蚀、干腐蚀和湿腐蚀、酸腐蚀和碱腐蚀等各种类型[3]。在实际的工业生产中往往是多种腐蚀类型混合发生、相互作用，影响正常生产或造成生产事故。

3 卤水化工中316L不锈钢的腐蚀类型

结合卤水化工生产环境和工艺特点，从316L不锈钢全面腐蚀和局部腐蚀角度进行分析。全面腐蚀是在不锈钢材料和设备整个暴露的内外表面或大面积表面上均匀发生的腐蚀现象，使整个设备在宏观上普遍的减薄和减重。卤水化工在生产工艺、设备制造和材质选择时，会结合具体的工艺条件和技术经济可行性，对避免全面腐蚀均有客观合理的选择和设计，因此，卤水化工中316L不锈钢设备在正常使用周期内全面腐蚀不是主要类型。在一般情况下，卤水化工中金属材料的局部腐蚀比全面腐蚀的危险性大得多，往往造成灾难性的事故[4]，其中316L不锈钢的局部腐蚀也是如此。

4 卤水化工中316L不锈钢局部腐蚀类型

4.1 电偶腐蚀

当两种具有不同电位的金属相互直接连接或通过能够导电材料连接后浸入或同时接触电解质溶液时产生的腐蚀现象就是电偶腐蚀，也称为金属接触腐蚀[3]。在卤水化工生产中为了减少投资和成本，只在关键设备或部位选用较好、较贵的316L不锈钢。因此，经常会有不同金属材料的设备或部件与316L不锈钢设备相连接且接触相同料液。常见的有管道法兰、管程和壳程、监测仪表等连接，这些均有可能产生电偶腐蚀。

4.2 缝隙腐蚀

在卤水化工生产中经常有金属铆接、螺栓连接、螺钉接头等316L不锈钢与其它部件金属间的联接结构，也常采用一些非金属材料(如塑料、橡胶、石棉)作为法兰联接的垫圈与金属材料相接触，在这种联接结构中都存在或大或小的装配缝隙[3]。这种缝隙的联接结构接触或浸在卤水化工料液中时，在缝隙的局部范围内常常会发生缝隙腐蚀。316L不锈钢作为依靠钝性提高耐蚀性的金属材料比较容易引起缝隙腐蚀，尤其在含有氯离子的卤水化工料液中比较容易发生缝隙腐蚀。

4.3 晶间腐蚀

316L不锈钢是由多晶体组成的金属材料，在适宜的腐蚀性介质中沿晶界发生和发展的局部腐蚀破坏形态就是晶间腐蚀[3]。这种腐蚀，从表面看金属材料仍有金属光泽，几乎看不到腐蚀产物，但晶粒间的结合力却大大降低了，失去了原有的机械强度，甚至敲击或掉在地上即可碎成粉末，导致严重的经济损失。晶间腐蚀有一定的隐蔽性，因此突发性强，危害性很大。

316L作为铬镍奥氏体不锈钢的一种，在使用加工过程中在敏感温度范围内受热时，其中的过饱和碳会迅速向晶界扩散，与铬形成碳化铬而析出，而铬的扩散速度较慢得不到补充，形成贫铬区，比较容易产生晶间腐蚀。在卤水化工生产中316L不锈钢的晶间腐蚀也经常发生，但由于从外观不易发现，而且常因其他类型腐蚀问题及时采取相应措施，因此，晶间腐蚀的影响不明显。

4.4 点腐蚀

316L不锈钢在适宜的环境介质中，经过一定时间，大部分不会受到腐蚀或只有轻微的腐蚀，但在表面上个别的点或微小区域内，因金属的选择性腐蚀而出现蚀孔或麻点。随着时间增加，蚀孔不断地向纵深处发展。通常蚀孔的深度要比其直径大得多。这种腐蚀形态称点腐蚀(点蚀)，也称为坑蚀、孔蚀。点蚀是一种隐蔽性强，破坏性大的局部腐蚀，经常发生在表面有钝化膜或保护膜的金属上。若持续发展能导致设备腐蚀穿孔，产生严重的生产事故。316L不锈钢等可钝化性的金属材料，在含有氯离子及其他一些特定的介质中，特别容易发生点蚀，因此，点蚀也是316L不锈钢在卤水化工生产中最主要的腐蚀形态。

316L不锈钢设备表面结构的不均匀性特别容易使表面钝化膜某些部位较为薄弱，成为点蚀容易发生的部位。这些部位主要是在使用加工过程中焊接、切割及其他处理中产生的贫铬区和位错，形成点蚀的敏感部位。大量实践和研究表明，一般含卤族元表化合物的溶液都易引起点蚀，其中以氯离子最为厉害，尤其温度较高的含有氯离子溶液。尽管铬、镍、钼等元素能够提高316L不锈钢的抗点蚀能力，但在卤水化工的溶液环境中，仍然容易发生点蚀。

4.5 应力腐蚀

应力腐蚀，也就是应力作用下的腐蚀，是金属设备或构件在使用时，产生的各种应力在化学介质的协同作用下，对于金属设备材料产生特殊的腐蚀破坏现象[3]。应力主要是外加载荷或产生残余内应力以及腐蚀产物较腐蚀掉的金属体积变大而产生的体积膨胀应力。316L不锈钢在卤水化工生产中普遍发生应力腐蚀，有时还非常严重。主要有应力腐蚀断裂、氢脆、冲击腐蚀等。

4.5.1 应力腐蚀断裂

应力腐蚀断裂是金属设备在应力与化学介质协同作用下引起的金属断裂现象。在卤水化工中316L不锈钢设备在使用过程中均会有外加载荷应力的存在，尤其是拉伸应力存在，拉伸应力越大，应力腐蚀断裂所需时间越短；并且大部分用于较高温度的高浓氯离子的料液。在这种特定介质和应力作用，316L不锈钢更容易发生应力腐蚀断裂，断裂速度约在0.001 cm/h～0.1 cm/h数量级范围内，远大于没有应力时腐蚀速度，因此，在实际生产中要高度警惕和预防这种现象的发生。

4.5.2 氢脆

氢脆也称为氢致开裂或氢损伤，是一种由氢作用所引起的金属材料塑性下降、力学性能降级或开裂现象。氢的来源有内氢及外氢，内氢是金属材料在冶炼及随后的机械加工(如焊接、酸洗、电镀)过程中吸收到的氢；外氢是金属材料在致氢环境(包括含有氢气的气体、能分解而生成氢原子或分子的水溶液、碳氢化合物等)中使用时所吸收的氢[3]。在卤水化工中的井矿盐和地下卤水中常伴有硫化氢等含氢成分，如果没有处理好，316L不锈钢设备比较容易发生氢脆，但经常与应力腐蚀断裂混合发生，要从料液成分、温度、pH值、压力、位置等具体分析确定主要腐蚀类型，制定相应的预防措施。

4.5.3 冲击腐蚀

冲击腐蚀是金属表面与腐蚀流体之间由于高速相对运动而引起的金属损坏现象[3]。通常，相对速度越高，流体中悬浮的固体颗粒越多、越硬，则冲击腐蚀速度越快。在卤水化工中强制循环蒸发制盐设备中，循环管部分的工艺条件就会发生冲击腐蚀，但由于316L不锈钢中含铬、镍、钼等耐腐蚀、耐磨、耐冲击较好的元素，并且料液流速一般均在3 m/s以下，因此，卤水化工中316L不锈钢发生冲击腐蚀非常轻微。

5 结束语

卤水化工生产实践中，316L不锈钢设备发生腐蚀的现象非常普遍，有时还比较严重。腐蚀是多种因素协同作用的结果，但主要还是卤水化工的特殊物料性质和生产工艺条件决定的。腐蚀也是多种类型并存，互相作用，从现实生产实践和外在影响来看，还是以点蚀和应力腐蚀为主。因此，应结合具体的生产工艺环境，可采用电化学保护、表面工程保护、阴离子缓蚀剂、调整工艺溶液状态及选用高铬高钼含氮的不锈钢材料等一种或多种方法，减少或延缓腐蚀发生，确保卤水化工生产的合理安全稳定运行。