本次造紙行業(yè)腐蝕調(diào)查根據(jù)走訪和調(diào)查文獻(xiàn)方式進(jìn)行調(diào)查。造紙行業(yè)腐蝕調(diào)查走訪主要根據(jù)造紙廠的年產(chǎn)量、地理位置等因素，選取幾個(gè)比較有代表性的公司。根據(jù)不同地區(qū)的產(chǎn)量情況，選取有代表性的四個(gè)地區(qū)進(jìn)行調(diào)查，分別為華東，華北，中南和東北地區(qū)，對(duì)不同地區(qū)的大型，中型及中小型造紙單位進(jìn)行腐蝕情況調(diào)查與統(tǒng)計(jì)。表6-12為16個(gè)省（區(qū)、市）紙及紙板產(chǎn)量超過(guò)100萬(wàn)噸的企業(yè)。圖6-62為2014年各省（區(qū)、市）紙及紙板產(chǎn)量比例。

    在造紙生產(chǎn)過(guò)程中，設(shè)備常與酸、堿、鹽、腐蝕性氣體等腐蝕性介質(zhì)或具有腐蝕作用的微生物接觸，設(shè)備因此受到腐蝕作用的破壞，給生產(chǎn)帶來(lái)很多不利影響，如原料消耗增加、生產(chǎn)環(huán)境惡化等，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致設(shè)備在達(dá)到預(yù)期使用壽命之前就無(wú)法使用，不得不提前更新，這些都會(huì)大大增加造紙工業(yè)的成本，嚴(yán)重影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。從腐蝕類(lèi)型看，造紙行業(yè)所遇到的最普通的腐蝕類(lèi)型包括均勻腐蝕、局部腐蝕（（應(yīng)力腐蝕破裂以、磨損-腐蝕交互作用等）。根據(jù)造紙行業(yè)不同設(shè)備發(fā)生腐蝕的部位來(lái)看，包括造紙機(jī)的腐蝕、真空泵的腐蝕、輥軸的腐蝕以及蒸球的腐蝕等等。

    6.3.2.1造紙行業(yè)面臨的主要腐蝕問(wèn)題

    根據(jù)不同地區(qū)不同規(guī)模的造紙廠的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，造紙行業(yè)引進(jìn)的新設(shè)備腐蝕較輕微，舊設(shè)備面臨的腐蝕問(wèn)題相對(duì)嚴(yán)重，不同程度的腐蝕現(xiàn)象隨處可見(jiàn)。下面根據(jù)不同腐蝕類(lèi)型，簡(jiǎn)單介紹下造紙行業(yè)存在的腐蝕。

    （1） 均勻腐蝕

    圖6-63顯示的是某小型造紙企業(yè)漿池一角的腐蝕情況，從圖中可以看出，整個(gè)混凝土表面均發(fā)生腐蝕，呈現(xiàn)均勻腐蝕的形貌。其腐蝕原因可能為：混凝土的重要組成有Ca（OH）²、水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，而漿池中的水在機(jī)械作用下有一定流速，在一定壓力的流動(dòng)水作用下，水化產(chǎn)物Ca（OH）²會(huì)不斷溶出并流出，Ca（OH）²的溶出使溶液中水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣失去穩(wěn)定性而水解，析出CaO，生成非結(jié)合性產(chǎn)物，導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度不斷降低，直至混凝土被破壞。同時(shí)國(guó)內(nèi)外造紙工藝中為了提高紙漿白度，生產(chǎn)紙漿（漿板）過(guò)程中均采用CIO²漂泊技術(shù)，使?jié){板中殘留了大量的氯元素及其他腐蝕性物質(zhì)，所以漿池中的水帶有一定腐蝕性，也會(huì)破壞混凝土結(jié)構(gòu)至其發(fā)生均勻腐蝕。

    同一造紙企業(yè)中，圖6-65是雙圓盤(pán)磨漿機(jī)發(fā)生腐蝕部位及被腐蝕的磨片的照片，圖6-65（a）1為連接管道與磨漿機(jī)的彎曲管道部位，該部位發(fā)生了均勻腐蝕，且腐蝕程度嚴(yán)重，部分銹層已脫離基體。圖6-65（a）2處箭頭指向?yàn)榉ㄌm處，該部位也發(fā)生了均勻腐蝕。此外，磨漿機(jī)中的磨片也發(fā)生了嚴(yán)重的均勻腐蝕，如圖6-65（b）所示的因腐蝕廢棄掉的磨片。圖6-66所示的打漿機(jī)同樣如此，腐蝕嚴(yán)重程度難以想象，打漿機(jī)外表完全被厚厚的腐蝕產(chǎn)物和紙漿所覆蓋，其中一臺(tái)因?yàn)楦g已經(jīng)不能工作。造成如此嚴(yán)重腐蝕發(fā)生的原因首先是紙漿中含有水分，并且水中往往含有多種殘留的造紙化學(xué)助劑，可以看成是電解質(zhì)溶液，構(gòu)成了電化學(xué)腐蝕的條件。在介質(zhì)和環(huán)境的共同作用下，陽(yáng)極金屬鐵失去電子變成鐵離子Fe->Fe₂₊+2e；電子從陽(yáng)極流到陰極；陰極主要靠氧的去極化作用，反應(yīng)為O²+H²O+4e->4OH_-，設(shè)備長(zhǎng)期處于此環(huán)境中就形成了圖6-64（a）和圖6-65中所示的厚厚的銹層。磨片除了受紙漿中腐蝕介質(zhì)的作用外，還不斷受紙漿的摩擦作用，形成磨損腐蝕。

    （2） 局部腐蝕

    1）縫隙腐蝕-電偶腐蝕

    上圖6-65（a）法蘭連接3處發(fā)生了縫隙腐蝕。其發(fā)生縫隙腐蝕的原因?yàn)榭p隙內(nèi)、外形成了氧濃差宏觀電池及紙漿中CI_-的存在會(huì)加劇縫隙腐蝕程度。在某大型造紙集團(tuán)中，法蘭連接處存在同樣的腐蝕現(xiàn)象，如下圖6-66所示，仔細(xì)觀察還可以發(fā)現(xiàn)，箭頭指向的螺母與法蘭緊密接觸的地方螺母表面已經(jīng)生銹，但法蘭表面仍可看出金屬光澤，該處發(fā)生了電偶腐蝕，屬于局部腐蝕。這主要是由于螺母電位較負(fù)，在電偶腐蝕中是優(yōu)先發(fā)生腐蝕；而法蘭金屬電位較正，不易發(fā)生腐蝕。

    2）應(yīng)力腐蝕

    據(jù)調(diào)查結(jié)構(gòu)件腐蝕70%以上發(fā)生在焊接部位，在造紙行業(yè)也不例外。下圖是某大型造紙集團(tuán)設(shè)備焊縫處的腐蝕照片。圖6-67（b）中的管道雖然使用時(shí)間非常短，但焊縫處的銹跡清晰可見(jiàn)。焊縫處容易腐蝕受其加工工藝的影響。首先，構(gòu)件在焊接過(guò)程中由于較快的升溫和冷卻速度造成構(gòu)件內(nèi)存在較高的殘余應(yīng)力和殘余應(yīng)變，并且最大殘余應(yīng)力通常高于材料的屈服強(qiáng)度。因此，在沒(méi)有外加應(yīng)力時(shí)，焊接結(jié)構(gòu)材料也可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SCC）。另外由于形狀不連續(xù)和焊接缺陷部位的介質(zhì)流動(dòng)速度減緩，這些部位又稱(chēng)為介質(zhì)濃度集中的區(qū)域，提高了材料的被腐蝕傾向；焊接接頭屬于非均質(zhì)材料，各個(gè)微區(qū)成分組織不同，其電位不一樣，易發(fā)生電偶腐蝕。所以焊縫處應(yīng)力集中、工藝缺陷的存在和焊接接頭組織不均勻性共同加劇了焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)力腐蝕破壞的進(jìn)程，影響了焊接結(jié)構(gòu)的使用壽命和安全可靠性。

    上面簡(jiǎn)單介紹了造紙行業(yè)存在的腐蝕類(lèi)型，下面重點(diǎn)根據(jù)不同造紙?jiān)O(shè)備存在的腐蝕問(wèn)題進(jìn)行分析說(shuō)明其腐蝕現(xiàn)象及發(fā)生腐蝕的原因并將其歸納如下。

    （1） 造紙機(jī)存在的腐蝕問(wèn)題

    本次造紙行業(yè)腐蝕調(diào)查中，有一正在生產(chǎn)的小型造紙單位的抄造廠房?jī)?nèi)，熱氣彌漫，視線模糊并且氣味刺鼻，生產(chǎn)環(huán)境非常惡劣，設(shè)備腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重。兩臺(tái)造紙機(jī)幾乎全部已經(jīng)被銹層和殘留在機(jī)器上的紙漿所覆蓋。圖6-69是造紙機(jī)典型部位的腐蝕照片。圖6-69（a）箭頭指向處為白水循環(huán)系統(tǒng)的管道，可以看出該段管道發(fā)生了嚴(yán)重的全面腐蝕；圖6-68（b）為造紙機(jī)機(jī)身構(gòu)成部分，腐蝕類(lèi)型為局部腐蝕；圖6-69（c）中標(biāo)記的構(gòu)件焊接處為局部腐蝕；而圖6-68（d）標(biāo)記的固定壓輥軸的螺母處為均勻腐蝕，還可能伴有縫隙腐蝕。

    在對(duì)大型及中型造紙廠的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，大型造紙廠引進(jìn)設(shè)備都比較先進(jìn)，腐蝕程度較淺，但舊設(shè)備仍存在腐蝕，而且腐蝕還較嚴(yán)重。如下圖6-69所示，造紙?jiān)O(shè)備支架及水循環(huán)系統(tǒng)的管道發(fā)了均勻腐蝕，該單位正在對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修和清洗，可以清楚的看到有些部位出現(xiàn)了一些麻點(diǎn)和蝕坑，發(fā)生了嚴(yán)重的局部腐蝕，原因可能是在這些部位聚集了腐漿等其他污物，發(fā)生了化學(xué)和微生物兩方面的腐蝕，具體原因分析如下。

    造紙機(jī)所處的工況環(huán)境潮濕，環(huán)境介質(zhì)種類(lèi)多，影響設(shè)備腐蝕的因素較多。首先隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，由于水需要量的增加和供水量的減少，水的重復(fù)利用問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視。近幾年來(lái)造紙工業(yè)除了狠抓用水的科學(xué)管理外，重點(diǎn)推廣了紙機(jī)白水封閉循環(huán)，節(jié)約了用水，減少了排污，回收了纖維和填料，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。但是由于白水長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)，形成了溶解性固形物的積累，pH值逐漸降低，并且溶解氧增加，造成設(shè)備及管道的腐蝕，特別是在白水回用率較高的使用商品漿的造紙廠，腐蝕問(wèn)題尤為突出。文章[17]也通過(guò)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了碳鋼在造紙白水中不耐腐蝕。另外，文獻(xiàn)對(duì)造紙廠生產(chǎn)過(guò)程中的造紙廢水和廢氣中的有機(jī)污染物種類(lèi)進(jìn)行定性分析，對(duì)污水進(jìn)行分析檢測(cè)出了48種有機(jī)污染物，包括芳香族及其衍生物、樹(shù)脂酸及其衍生物、脂肪酸、甘油醋及昌醇類(lèi)物質(zhì)，分析空氣污染物成分，檢測(cè)出苯、甲苯等多種有機(jī)污染物。同時(shí)我國(guó)造紙廠大部分工廠還處于車(chē)速較低的情況，漿料在設(shè)備中的停留時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，從而導(dǎo)致沉積物和腐漿的產(chǎn)生，這點(diǎn)從以上圖6-69可以看出，造紙機(jī)身布滿(mǎn)腐漿。有機(jī)物及腐漿的大量存在都為微生物的生存創(chuàng)造了有利的環(huán)境。所以針對(duì)其工作特點(diǎn)，設(shè)備腐蝕原因主要有兩方面，化學(xué)腐蝕原因和微生物腐蝕原因。化學(xué)腐蝕原因如上文解釋到，循環(huán)水中含有溶解鹽離子，屬于電解質(zhì)溶液，而循環(huán)水中又溶解了大量的氧氣，所以無(wú)論是圖6-69和圖6-70中的排水管道還是造紙機(jī)身，都形成了無(wú)數(shù)的腐蝕電池，每時(shí)每刻都在發(fā)生腐蝕。只是在圖6-69（b）中，鋼架有些位置被腐漿覆蓋，而有些位置依然暴露在空氣中，形成氧濃差電池，而發(fā)生局部腐蝕。在圖6-69（c）中的焊接部位腐蝕情況較同一鋼架非焊接部位要嚴(yán)重很多，引起腐蝕的原因較復(fù)雜，上文已分析過(guò)，這主要是由于焊接部位組織不一樣，形成大陰極小陽(yáng)極的電偶腐蝕；其次焊接部分可能存在殘余應(yīng)力，在一定條件下，此處很有可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕微裂紋。另外，循環(huán)水中含有大量氯氣，從CI²和Fe的化學(xué)性質(zhì)上來(lái)分析，F(xiàn)e是較活潑的金屬，常溫下在沒(méi)有水蒸汽存在時(shí)，它們與氯等非金屬單質(zhì)不發(fā)生顯著反應(yīng)，但在高溫Fe將和CI²單質(zhì)及水蒸汽發(fā)生劇烈反應(yīng)，最后生成α-Fe²O³和Fe³O⁴即鐵銹，鐵銹的成份比較復(fù)雜，通常簡(jiǎn)略用Fe²O³.xH²O表示，它是一種松脆多孔的物質(zhì)，不能保護(hù)里層的鐵不受銹蝕。同時(shí)高溫、高濃及高流速的共同作用，阻止金屬表面防腐蝕保護(hù)膜的形成，也使設(shè)備更容易被腐蝕。微生物可以伴隨造紙?jiān)霞吧a(chǎn)環(huán)境生存。微生物進(jìn)行生命代謝活動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生各種化學(xué)物質(zhì)，而其中所產(chǎn)生的無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸對(duì)金屬有很大的腐蝕性，如一種硫細(xì)菌在有氧條件下能使硫或其它硫酸化合物氧化，反應(yīng)最終產(chǎn)生硫酸，對(duì)金屬造成腐蝕。同時(shí)這些細(xì)菌新陳代謝產(chǎn)生的分泌物促使纖維、填料或無(wú)機(jī)鹽沉積在設(shè)備表面，沉積物下面的設(shè)備金屬表面由于缺氧而成為陰極，形成濃差電池，腐蝕作用開(kāi)始發(fā)生。在造紙生產(chǎn)系統(tǒng)中，對(duì)設(shè)備可造成腐蝕的常見(jiàn)的微生物有硫酸鹽還原菌、絲狀鐵菌及硫菌等。其中硫酸鹽還原菌是使鐵金屬腐蝕的主要原因，硫酸鹽還原菌在pH值5.0-9.0，溫度25-60℃范圍內(nèi)活動(dòng)最旺盛。在造紙環(huán)境中，微生物污垢、纖維填料及有機(jī)或無(wú)機(jī)鹽的沉積物以及白水中碳水化合物（糖淀粉、纖維素）、溶解氧、蛋白質(zhì)、硫酸鹽、pH值及溫度都適合其生長(zhǎng)，圖6-70（a）中的麻點(diǎn)和蝕坑可能是受微生物腐蝕影響形成的。圖6-70（d）2處出現(xiàn)的不規(guī)則蝕坑，很大可能是涂層局部機(jī)械損傷而引起的局部腐蝕。

    因?yàn)榱蛩猁}還原菌能使硫酸鹽還原為硫化物，如硫化氫等，硫酸鹽還原菌造成的電化學(xué)反應(yīng)如下：

    陽(yáng)極的溶解作用使鋼鐵被極化，H₊的中和又使鋼鐵去極化

    微生物腐蝕很難單獨(dú)存在，往往總是和電化學(xué)腐蝕同時(shí)發(fā)生，兩者很難截然分開(kāi)。

    （1） 蒸球的腐蝕問(wèn)題

    在造紙行業(yè)中，蒸球的腐蝕問(wèn)題也相當(dāng)嚴(yán)重。在制漿和抄紙工藝中，將植物纖維原料蒸煮制成紙漿的壓力容器——蒸球，在使用過(guò)程中，造紙廠的蒸煮壓力通常是0.5-0.8MPa，工作溫度175 ℃，裝于球形蒸煮容器內(nèi)的工作介質(zhì)含有NH4HSO3，（NH）4SO3，SO2，H2SO4，（NH）2SO4或高濃度NaOH溶液以及草漿分解出的各種有機(jī)酸，并且整個(gè)球形蒸煮容器還要不斷的旋轉(zhuǎn)。焊接球形蒸煮容器有可能存在未焊透等焊接缺陷。蒸球外壁接觸介質(zhì)主要為漿料、水、空氣。特殊的工況和潮濕的車(chē)間空氣使熱球外壁處于濕潤(rùn)狀態(tài) （有一薄層水溶液），寄處于可能發(fā)生腐蝕的狀態(tài)。沾有漿料等雜質(zhì)的地方形成了氧濃差腐蝕條件，被雜質(zhì)覆蓋著含氧量低的溶液接觸到的鋼鐵表面，其電極電位較負(fù)的為陽(yáng)極，發(fā)生腐蝕。而蒸球在蒸料時(shí)內(nèi)部的高溫使外壁干操，當(dāng)雜質(zhì)及腐蝕產(chǎn)物干燥時(shí)是富氧的，這時(shí)銹層中的二價(jià)鐵離子會(huì)被氧化成三價(jià)鐵離子。在重新濕潤(rùn)后，當(dāng)氧的通路被限制時(shí)，銹層可以作為強(qiáng)烈的氧化劑而發(fā)生陰極去極化反應(yīng)。這樣干濕交替的環(huán)境下蒸球的腐蝕被加速了。由于腐蝕性介質(zhì)侵蝕后碳鋼制造的焊接球形蒸煮容器壁厚減薄迅速，嚴(yán)重影響球形蒸煮容器的安全運(yùn)行。超壓造成生產(chǎn)事故隱患，縮短了球形蒸煮容器的使用壽命，增大了生產(chǎn)成本。而球形蒸煮容器腐蝕減薄有很大危害。造紙蒸球作為低壓容器工作壓力較低，但是量大面廣，先天性缺陷較多，事故隱患較大，發(fā)生爆炸事故的惡果相當(dāng)嚴(yán)重。事故的發(fā)生多屬于操作不當(dāng)和不重視防腐蝕造成的。蒸球如果因?yàn)闆](méi)有定期進(jìn)行壁厚檢測(cè)、設(shè)備超齡運(yùn)行等，國(guó)內(nèi)造紙廠已經(jīng)發(fā)生多起蒸球爆炸事故。某造紙廠容積為14m3、操作壓力0.7MPa的蒸球，使用兩年后，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)腐蝕和金屬疲勞。但廠方未降壓使用，導(dǎo)致運(yùn)行中發(fā)生爆炸，造成9人死亡、l人重傷的惡性事故，使企業(yè)受到致命打擊。2005年11月3日凌晨，邢臺(tái)臨西縣新高實(shí)業(yè)有限公司（私企）發(fā)生一起蒸球爆炸事故。該廠一個(gè)25m 3容量的蒸球的球體已經(jīng)完全炸碎，一半球體殘骸飛向?qū)γ嬉蛔有牵硪话肭蝮w殘骸通過(guò)炸開(kāi)的圍墻，落入了附近農(nóng)田。發(fā)生爆炸時(shí)，該廠2人當(dāng)場(chǎng)被炸死，另有3人重傷。質(zhì)監(jiān)部門(mén)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)爆炸物殘骸進(jìn)行的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該蒸球本應(yīng)是16mm厚，可由于酸性物質(zhì)腐蝕嚴(yán)重，最薄的地方不足3mm，最終導(dǎo)致發(fā)生爆炸。

    （2） 真空泵的腐蝕問(wèn)題

    調(diào)查中某大型造紙集團(tuán)在荷蘭進(jìn)口的造紙機(jī)主要材質(zhì)為不銹鋼，運(yùn)行時(shí)間短，未發(fā)現(xiàn)明顯腐蝕現(xiàn)象。但在與工作人員溝通時(shí)了解到，目前這兩臺(tái)進(jìn)口紙機(jī)腐蝕最嚴(yán)重的部件是與紙機(jī)相連的真空泵，其葉輪每?jī)尚瞧诰蜁?huì)銹死，就要停機(jī)酸洗。據(jù)介紹，此真空泵采購(gòu)于國(guó)內(nèi)，葉輪由鑄鐵制成。分析原因，除了上述的化學(xué)原因外，沖刷腐蝕也是導(dǎo)致其嚴(yán)重腐蝕的因素之一。當(dāng)腐蝕流體高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)金屬表產(chǎn)生了附加的剪應(yīng)力，這種剪應(yīng)力有可能不斷剝離金屬表面的腐蝕產(chǎn)物或能夠提供保護(hù)的表面膜，使金屬不斷以金屬離子形式溶入溶液。

    （3） 輥軸的腐蝕問(wèn)題

    造紙機(jī)中的輥軸數(shù)目較多，起傳送、壓榨等作用，受到的腐蝕情況不同，下圖6-70顯示了壓榨輥受磨損腐蝕的情況。

    另外據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道牽引壓榨部的導(dǎo)紙輥容易發(fā)生疲勞斷裂，出現(xiàn)操作側(cè)軸頭斷裂現(xiàn)象。斷裂的導(dǎo)紙輥（見(jiàn)圖6-71）的示意圖如下：

    如圖6-71所示，斷裂面發(fā)生在操作側(cè)軸頭φ40mm與φ45mm之間的臺(tái)階剖面A處。軸頭上φ40位置是用于安裝引紙繩輪的。在正常開(kāi)機(jī)情況下，引紙繩通過(guò)引紙繩輪對(duì)導(dǎo)紙輥施加的作用力F^繩主要作用在這個(gè)位置。這個(gè)位置也是整根導(dǎo)紙輥受力較大的地方。

    這個(gè)位置上的引紙繩對(duì)引紙繩輪的包角都達(dá)到90°。在正常開(kāi)機(jī)情況下，引紙繩的張緊力F^_繩和紙張的張緊力F^_繩基本上是恒定的，不隨時(shí)間而變化。這些力屬于靜載荷。但是對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)紙輥來(lái)說(shuō)，軸頭上的某一點(diǎn)的應(yīng)力隨輥?zhàn)用哭D(zhuǎn)動(dòng)一圈而循環(huán)交變一次。在每次循環(huán)中，平均應(yīng)力、應(yīng)力幅和周期都不隨時(shí)間變化的變應(yīng)力稱(chēng)為穩(wěn)定變應(yīng)力，若其中之一隨時(shí)間變化則稱(chēng)為非穩(wěn)定變應(yīng)力。