碳钢矩鞍环:碳钢材质的耐酸性能较差,仅能耐受浓度极低的非氧化性弱酸(如浓度<5% 的稀盐酸、稀硫酸)。在中高浓度酸性介质中,碳钢会发生明显腐蚀,表面产生铁锈(氧化亚铁),随着腐蚀加剧,填料壁厚减薄、强度下降,甚至出现穿孔、碎裂。例如,在 20% 硫酸溶液中,碳钢的腐蚀速率可达 1 - 5mm / 年,短期内就会丧失结构完整性,因此碳钢矩鞍环不适用于酸性工况,除非通过镀锌、涂漆等防腐处理,但防腐层破损后仍会快速腐蚀。
304 不锈钢矩鞍环:304 不锈钢(含铬 18% - 20%、镍 8% - 10%)具有一定耐酸性能,可耐受常温下的弱氧化性酸和非氧化性酸,如浓度<10% 的稀硫酸、常温稀硝酸(浓度<20%)、磷酸等。在常温低浓度酸性工况中(如 pH>4 的弱酸环境),304 不锈钢表面会形成致密的氧化铬钝化膜,阻止腐蚀进一步发生。但在高浓度氧化性酸(如浓硝酸)、高温酸性介质或含氯离子的酸性环境中,钝化膜易被破坏,腐蚀速率加快,例如在 60℃以上的 10% 硫酸中,304 不锈钢的腐蚀速率会显著上升。
316L 不锈钢矩鞍环:316L 不锈钢在 304 基础上添加了 2% - 3% 的钼元素,耐酸性能大幅提升。它可耐受常温下的中浓度非氧化性酸(如浓度<30% 的硫酸)、有机酸(如醋酸、柠檬酸),以及含氯离子的酸性介质(如沿海地区的酸性废气)。在制药、食品行业的酸性溶液精馏、吸收工艺中,316L 不锈钢矩鞍环能长期稳定运行。但在浓硝酸、氢氟酸等强氧化性或强腐蚀性酸中,仍会发生腐蚀,例如在 50% 以上的浓硝酸中,316L 不锈钢的钝化膜会被氧化破坏。
特种合金矩鞍环:哈氏合金(如 C276)、钛及钛合金等特种金属材质,耐酸性能优异。哈氏合金可耐受多种强氧化性酸(如浓硝酸、浓硫酸)、混合酸及含氟酸性介质,在高温高浓度酸性工况中表现稳定;钛合金对常温下的多数有机酸、无机酸(除氢氟酸、浓盐酸外)耐受性强,尤其在氯碱行业的酸性尾气处理中应用广泛。但特种合金成本高昂,仅适用于强腐蚀、高价值的工艺场景。
酸的类型与浓度:酸性介质的氧化性是影响耐酸性能的关键。非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸)主要通过氢离子腐蚀金属,而氧化性酸(如硝酸、浓硫酸)会在金属表面形成钝化膜,若钝化膜稳定则腐蚀轻微,反之则腐蚀剧烈。浓度方面,多数金属的耐酸性能随酸浓度升高而下降,例如 304 不锈钢在 5% 硫酸中可短期使用,但在 30% 硫酸中会快速腐蚀。
温度条件:温度升高会加速酸性介质的腐蚀速率。即使是耐酸性能较好的 316L 不锈钢,在常温稀硫酸中稳定,但在 100℃以上的相同介质中,腐蚀速率会增加数倍。高温还可能破坏金属表面的钝化膜,失去保护作用,例如钛合金在常温硝酸中耐蚀,但在 200℃以上浓硝酸中会发生晶间腐蚀。
流速与杂质:高流速的酸性介质会冲刷金属表面,破坏钝化膜,引发冲刷腐蚀,尤其在填料的边角、开孔等湍流区域更为明显。介质中的杂质(如氯离子、氟离子)会加剧腐蚀,例如氯离子浓度>200ppm 时,304 不锈钢易发生点蚀,而氟离子会对钛合金产生腐蚀。
匹配介质特性:根据酸的类型、浓度选择材质,非氧化性弱酸可选 304 不锈钢;中浓度非氧化性酸或含少量氯离子的酸性介质选 316L 不锈钢;强氧化性酸或混合酸则需选用哈氏合金等特种材质。例如,在 5% 稀硫酸常温吸收塔中,316L 不锈钢矩鞍环可稳定运行;而在浓硝酸精馏塔中,需选用哈氏合金矩鞍环。
结合温度压力:高温酸性工况需升级材质,如常温下 316L 不锈钢可耐受 20% 硫酸,但温度升至 80℃时,需改用哈氏合金。高压条件下,酸性介质的渗透性增强,需选择致密度更高的材质,避免应力腐蚀开裂。
平衡成本与寿命:在满足耐酸要求的前提下,优先选择性价比高的材质。普通酸性工况(如低浓度醋酸)选用 316L 不锈钢即可,无需盲目追求特种合金;而强腐蚀、长周期运行的工艺(如制药行业的硫酸回收塔),虽初期投入高,但选用特种合金可减少停机损失,总体更经济。
预处理与安装:金属矩鞍环在投入酸性工况前,需去除表面油污、氧化皮等杂质,避免杂质引发局部腐蚀。安装过程中避免划伤表面,防止钝化膜破损形成腐蚀点。
运行监测:定期检测金属矩鞍环的腐蚀状况,通过外观检查(是否有锈迹、斑点)、壁厚测量等方式评估腐蚀速率。当腐蚀速率超过 0.1mm / 年时,需考虑更换材质或采取防腐措施。
防腐辅助措施:在酸性介质中添加缓蚀剂,可降低金属腐蚀速率;对碳钢等易腐蚀材质,可采用衬塑、涂覆防腐涂层等方式增强耐酸性能,但需确保涂层完整无破损。