某化工廠濃硫酸管道選用了碳鋼管道，運行多年運行良好。但在另一工程，某濃硫酸管道仍選用了碳鋼管道，但是在試運行階段就開始到處泄漏，后來換成316L不(bu)銹鋼管后，才運行正常。

  純(chun)凈的(de)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)是無色、無味、黏滯狀液體。市售硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)通常濃(nong)度為98％（質量分數，指的(de)是溶(rong)質質量／溶(rong)液質量x100％）。高濃(nong)度的(de)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)是一種強氧化(hua)劑，可使具有鈍化(hua)能力的(de)金屬進入鈍態(tai)，可以使這些金屬在(zai)濃(nong)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)中腐蝕(shi)速(su)率很低。低濃(nong)度的(de)硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)則沒有氧化(hua)能力，僅有強酸(suan)(suan)(suan)(suan)性的(de)作用，其(qi)腐蝕(shi)性很大。硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)的(de)腐蝕(shi)性取決于許多因素(su)，主要是溫(wen)度與濃(nong)度，其(qi)他因素(su)如氧化(hua)還原劑的(de)存在(zai)、流速(su)、懸(xuan)浮(fu)固體物等，也會影響硫酸(suan)(suan)(suan)(suan)對各種管道材料(liao)的(de)耐蝕(shi)性。

1. 耐(nai)硫酸腐蝕(shi)金屬材料

  ①. 鐵在硫酸中的腐蝕速率與濃度的關系見圖4.7.1。在稀硫酸中，腐蝕速率隨硫酸濃度的增大而增加，當H₂SO₄達到50％時，由于鈍化作用，腐蝕速率迅速下降，最后達到最低值。但酸濃度超過100％以后，隨過剩SO₃含量的增加，腐蝕速率又開始增大，在一定濃度時出現第二個最大值，SO₃含量繼續增加，腐蝕速率又下降。

    作為耐硫(liu)酸用的材料(liao)，廣(guang)泛被(bei)采用的金(jin)屬是(shi)鉛和鉛合金(jin)以及碳(tan)鋼。它(ta)們的耐蝕性(xing)范(fan)圍剛(gang)好可(ke)以相互補充。分別使用這兩種(zhong)材料(liao)就可(ke)以適應(ying)硫(liu)

    酸的廣泛的濃度和溫度范圍。圖4.7.2和圖4.7.3表示了鐵和鉛的腐蝕速率與硫酸濃度的關系。由圖可見，低于70％濃度的硫酸對碳鋼的腐蝕極嚴重，而碳鋼在室溫下對高于70％濃度的硫酸卻有足夠好的耐蝕性，因此鋼鐵材料可用于制造濃度為70％～100％的濃硫酸的儲罐與運輸管線。而濃度小于70％的硫酸可以用鉛制的設備儲運。碳鋼通常也可以用于濃度超過101％的中溫發煙硫酸，但應注意兩個問題：一是硫酸是一種強吸水劑，暴露于空氣中會因吸水而自動稀釋，從而進入高腐蝕區；其二是鋼鐵材料在硫酸中所生成的黏附性良好的硫酸鹽保護膜（FeSO₄）易受溶液流動沖刷等機械作用而破壞。

    鋼和鉛之所以耐硫酸腐蝕，都是因為表面上生成黏結性好的FeSO，或PbSO₂保護膜，這些硫酸鹽膜在強氧化性環境中被氧化，通常變為鈍態的氧化膜。

  ②. 鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)與硫酸(suan)的(de)(de)(de)(de)(de)濃(nong)度和溫(wen)度的(de)(de)(de)(de)(de)關系見(jian)圖(tu)4.7.4，圖(tu)中的(de)(de)(de)(de)(de)曲線(xian)(xian)為鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)等腐(fu)蝕(shi)速(su)(su)率曲線(xian)(xian)，曲線(xian)(xian)分別代表(biao)(biao)0.1、0.5、1.5mm/a。碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)在任何溫(wen)度下都不宜在濃(nong)度約65％以(yi)下的(de)(de)(de)(de)(de)硫酸(suan)中使(shi)用(yong)；在高于70％的(de)(de)(de)(de)(de)硫酸(suan)中，根據溫(wen)度情(qing)況可考慮(lv)使(shi)用(yong)碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)；濃(nong)度在100％以(yi)下，溫(wen)度超過80℃時，碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)腐(fu)蝕(shi)速(su)(su)率達(da)1～5mm／a，一般不宜再使(shi)用(yong)。在101％附近濃(nong)度硫酸(suan)中碳(tan)(tan)鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)腐(fu)蝕(shi)速(su)(su)率較高，但該區的(de)(de)(de)(de)(de)數據尚不夠充(chong)分，故(gu)用(yong)虛線(xian)(xian)表(biao)(biao)示(shi)。

    圖4.7.4 在硫(liu)酸中碳鋼的(de)腐(fu)蝕與濃度(du)(du)和溫度(du)(du)的(de)關(guan)系(xi)

   ③. 流速(su)對(dui)腐(fu)蝕速(su)率(lv)有很大影(ying)響，表(biao)4.7.7示(shi)出了輸(shu)送(song)硫酸(suan)時流速(su)對(dui)鋼管壽命的(de)(de)影(ying)響。濃硫酸(suan)中充(chong)氣(qi)對(dui)鋼的(de)(de)腐(fu)蝕沒有影(ying)響，因為濃酸(suan)本身就具有氧(yang)化性(xing)。濃酸(suan)中帶進空(kong)氣(qi)泡時，空(kong)氣(qi)泡沿著管子頂(ding)部(bu)流動則會產生沖刷破壞作(zuo)用。

   表4.7.7 硫酸管(guan)道(dao)壽(shou)命與流速的關系

   鉛(qian)在(zai)(zai)低(di)(di)濃(nong)(nong)度(du)硫酸(suan)中，腐(fu)蝕(shi)(shi)速率小(xiao)于(yu)0.1mm／a，但隨溫(wen)度(du)和(he)濃(nong)(nong)度(du)增加(jia)，腐(fu)蝕(shi)(shi)速率上升。在(zai)(zai)濃(nong)(nong)酸(suan)中腐(fu)蝕(shi)(shi)很(hen)快，這是因為硫酸(suan)鉛(qian)表面膜溶(rong)于(yu)濃(nong)(nong)酸(suan)。過去(qu)一個時期(qi)曾(ceng)認為在(zai)(zai)硫酸(suan)濃(nong)(nong)度(du)小(xiao)于(yu)85％的(de)范圍內鉛(qian)有很(hen)好(hao)的(de)耐蝕(shi)(shi)性，得到廣泛應用(yong)，但是鉛(qian)硬度(du)低(di)(di)、有毒、焊接(jie)困難等原因，已(yi)很(hen)少使用(yong)。

  ④. Durimet20合金是為了在(zai)硫酸中使用(yong)而(er)發展(zhan)起來的(de)(de)一種(zhong)鑄態合金，它可(ke)用(yong)于硫酸的(de)(de)全(quan)部濃度(du)范圍，在(zai)發煙硫酸中的(de)(de)耐蝕(shi)性也非常好。其(qi)成分為：＜0.07％C，29％Cr，20％Ni，3.25%Cu,2.25%Mo。

  ⑤. 硫酸對不銹鋼的腐蝕作用與酸中共存的氧化劑有很大關系。在不含別的氧化劑的硫酸中，能夠自鈍化的范圍僅限于低濃度的稀硫酸和具有氧化性的高濃度的硫酸。在中間濃度的范圍內，必須在硫酸中有溶解氧或與其他氧化劑共存的條件下，才能發揮不銹鋼的鈍態耐蝕性。圖4.7.5表示18-8不銹鋼在5％H₂SO₄,60℃時的陽極極化曲線和鋼表面上的Fe³⁺離子陰極極化曲線。Fe^3＋的濃度為0.054g／L時，不銹鋼處于穩定的鈍態，耐蝕性良好；Fe^3＋的濃度為0.001g/L時，不銹鋼不能自鈍化而處于活化態，因而不耐蝕。因此，不銹鋼在硫酸中的耐蝕性取決于不銹鋼本身的陽極溶解行為及共存的氧化劑的陰極還原行為的相對關系。在中等濃度的稀硫酸中，對奧氏體不銹鋼而言，只有含Mo的奧氏體不銹鋼才是可用的，其中性能較好的有0Cr23Ni28N03Cu3Ti。

  某些鎳基合金，如825合金（Incoloy 825）可以在一個很寬的濃度范圍內應用于硫酸介質中。銅與銅基合金一般不太應用于硫酸，它們對氧化性條件很敏感。鋁青銅因有較好的耐磨蝕性，適用于煉油廠處理含碳質泥渣的硫酸的設備。鋯可應用于熱硫酸介質中，但硫酸濃度不得高于60％。

  20號合金適用于常壓(ya)下任何濃度溫(wen)度的硫(liu)酸(suan)，不(bu)過價格(ge)偏高。哈氏合金更(geng)耐腐蝕，但是價格(ge)比20號合金更(geng)貴(gui)。一般很少去(qu)考(kao)慮它(ta)。

  ⑥. 耐硫酸腐蝕金屬材(cai)料。

濃(nong)度75％以下呈還原(yuan)性（或(huo)呈中性），超(chao)過75％呈氧(yang)化性。

    不銹鋼（SUS316、SUS316L）：溫度40℃以下，濃度20％左右；

    904超級不銹鋼（SU904、SUS904L）：適(shi)于(yu)溫(wen)度40～60℃、濃度20％～75％；溫(wen)度80℃、濃度60％以下；

    高(gao)硅鑄鐵(tie)（STSi15R）：室(shi)溫到(dao)90℃之(zhi)間(jian)各種濃(nong)度(du)；

    純鉛、硬鉛：室溫的各(ge)種濃度；

    S-05鋼（0Cr13Ni7Si4）：90℃以下的濃(nong)硫(liu)酸，高(gao)溫(wen)濃(nong)硫(liu)酸（120～150℃）；

    普通(tong)碳鋼：室溫70％以上的濃(nong)硫酸；

    鑄鐵：溫度為室溫的濃硫(liu)酸；

   蒙乃爾、金屬(shu)鎳、因可耐爾：中(zhong)溫中(zhong)等濃度的硫酸；

    鈦(tai)鉬合金（Ti-32Mo）：沸(fei)點以(yi)下(xia)、60％的硫酸(suan)和50℃以(yi)下(xia)、98％的硫酸(suan)；

    哈氏(shi)合金B、D：100℃以下(xia)、75％的硫酸；

  哈氏合(he)金C：100℃左右的各種濃度；

  鎳鑄(zhu)鐵（STNiCr202）：室(shi)溫60％～90％的硫酸。

2. 耐硫酸腐蝕(shi)非金屬材(cai)料(liao)

  稀硫酸有極強酸性，根據實際工廠應用，碳鋼、316L不銹鋼(gang)都不能很好地抗腐蝕，建議使用非金屬管道，即選用襯里管道及管件，現在常用的襯里管道有鋼襯塑料與鋼襯搪玻璃管。鋼襯塑料管道輸送硫酸溫度不可過高，襯塑管道雖然有優異的耐腐蝕性能，但是在實際工業應用中，生產廠家多，質量參差不齊，使用時易留下隱患，如不耐負壓，輸送泵啟動或者關閉時，內襯塑料管道容易發生“抽癟”現象導致管道堵塞，雖然現在有所改進，但是在熱酸管道中仍然無法避免，另外氟塑料襯里在燒結過程中，由于燒結質量不穩定，易存留小孔或者裂紋，一旦出現，在使用過程中與酸液接觸，造成管道腐蝕漏酸現象。搪玻璃管能耐各種濃度的硫酸，但是一般使用壓力不超過1.0MPa，設計溫度范圍為-20～200℃，見HG／T 2130《搪玻璃管》。

3. 工程應用

  某(mou)管(guan)道(dao)(dao)輸(shu)送(song)濃硫酸、常溫，輸(shu)送(song)壓(ya)力低(di)于1.6MPa，選(xuan)用了(le)PVC／FRP管(guan)道(dao)(dao)；輸(shu)送(song)壓(ya)力高(gao)于1.6MPa，選(xuan)用了(le)CPVC管(guan)道(dao)(dao)。如果使(shi)用PP或PE管(guan)，在室(shi)外架空，陽光暴曬(shai)下會很快(kuai)老化。