本次造纸行业腐蚀调查根据走访和调查文献方式进行调查。造纸行业腐蚀调查走访主要根据造纸厂的年产量、地理位置等因素，选取几个比较有代表性的公司。根据不同地区的产量情况，选取有代表性的四个地区进行调查，分别为华东，华北，中南和东北地区，对不同地区的大型，中型及中小型造纸单位进行腐蚀情况调查与统计。表6-12为16个省（区、市）纸及纸板产量超过100万吨的企业。图6-62为2014年各省（区、市）纸及纸板产量比例。

    在造纸生产过程中，设备常与酸、碱、盐、腐蚀性气体等腐蚀性介质或具有腐蚀作用的微生物接触，设备因此受到腐蚀作用的破坏，给生产带来很多不利影响，如原料消耗增加、生产环境恶化等，严重时可导致设备在达到预期使用寿命之前就无法使用，不得不提前更新，这些都会大大增加造纸工业的成本，严重影响企业的经济效益。从腐蚀类型看，造纸行业所遇到的最普通的腐蚀类型包括均匀腐蚀、局部腐蚀（（应力腐蚀破裂以、磨损-腐蚀交互作用等）。根据造纸行业不同设备发生腐蚀的部位来看，包括造纸机的腐蚀、真空泵的腐蚀、辊轴的腐蚀以及蒸球的腐蚀等等。

    6.3.2.1造纸行业面临的主要腐蚀问题

    根据不同地区不同规模的造纸厂的调查发现，造纸行业引进的新设备腐蚀较轻微，旧设备面临的腐蚀问题相对严重，不同程度的腐蚀现象随处可见。下面根据不同腐蚀类型，简单介绍下造纸行业存在的腐蚀。

    （1） 均匀腐蚀

    图6-63显示的是某小型造纸企业浆池一角的腐蚀情况，从图中可以看出，整个混凝土表面均发生腐蚀，呈现均匀腐蚀的形貌。其腐蚀原因可能为：混凝土的重要组成有Ca（OH）²、水化硅酸钙和水化铝酸钙，而浆池中的水在机械作用下有一定流速，在一定压力的流动水作用下，水化产物Ca（OH）²会不断溶出并流出，Ca（OH）²的溶出使溶液中水化硅酸钙和水化铝酸钙失去稳定性而水解，析出CaO，生成非结合性产物，导致混凝土的强度不断降低，直至混凝土被破坏。同时国内外造纸工艺中为了提高纸浆白度，生产纸浆（浆板）过程中均采用CIO²漂泊技术，使浆板中残留了大量的氯元素及其他腐蚀性物质，所以浆池中的水带有一定腐蚀性，也会破坏混凝土结构至其发生均匀腐蚀。

    同一造纸企业中，图6-65是双圆盘磨浆机发生腐蚀部位及被腐蚀的磨片的照片，图6-65（a）1为连接管道与磨浆机的弯曲管道部位，该部位发生了均匀腐蚀，且腐蚀程度严重，部分锈层已脱离基体。图6-65（a）2处箭头指向为法兰处，该部位也发生了均匀腐蚀。此外，磨浆机中的磨片也发生了严重的均匀腐蚀，如图6-65（b）所示的因腐蚀废弃掉的磨片。图6-66所示的打浆机同样如此，腐蚀严重程度难以想象，打浆机外表完全被厚厚的腐蚀产物和纸浆所覆盖，其中一台因为腐蚀已经不能工作。造成如此严重腐蚀发生的原因首先是纸浆中含有水分，并且水中往往含有多种残留的造纸化学助剂，可以看成是电解质溶液，构成了电化学腐蚀的条件。在介质和环境的共同作用下，阳极金属铁失去电子变成铁离子Fe->Fe₂₊+2e；电子从阳极流到阴极；阴极主要靠氧的去极化作用，反应为O²+H²O+4e->4OH_-，设备长期处于此环境中就形成了图6-64（a）和图6-65中所示的厚厚的锈层。磨片除了受纸浆中腐蚀介质的作用外，还不断受纸浆的摩擦作用，形成磨损腐蚀。

    （2） 局部腐蚀

    1）缝隙腐蚀-电偶腐蚀

    上图6-65（a）法兰连接3处发生了缝隙腐蚀。其发生缝隙腐蚀的原因为缝隙内、外形成了氧浓差宏观电池及纸浆中CI_-的存在会加剧缝隙腐蚀程度。在某大型造纸集团中，法兰连接处存在同样的腐蚀现象，如下图6-66所示，仔细观察还可以发现，箭头指向的螺母与法兰紧密接触的地方螺母表面已经生锈，但法兰表面仍可看出金属光泽，该处发生了电偶腐蚀，属于局部腐蚀。这主要是由于螺母电位较负，在电偶腐蚀中是优先发生腐蚀；而法兰金属电位较正，不易发生腐蚀。

    2）应力腐蚀

    据调查结构件腐蚀70%以上发生在焊接部位，在造纸行业也不例外。下图是某大型造纸集团设备焊缝处的腐蚀照片。图6-67（b）中的管道虽然使用时间非常短，但焊缝处的锈迹清晰可见。焊缝处容易腐蚀受其加工工艺的影响。首先，构件在焊接过程中由于较快的升温和冷却速度造成构件内存在较高的残余应力和残余应变，并且最大残余应力通常高于材料的屈服强度。因此，在没有外加应力时，焊接结构材料也可能发生应力腐蚀开裂（SCC）。另外由于形状不连续和焊接缺陷部位的介质流动速度减缓，这些部位又称为介质浓度集中的区域，提高了材料的被腐蚀倾向；焊接接头属于非均质材料，各个微区成分组织不同，其电位不一样，易发生电偶腐蚀。所以焊缝处应力集中、工艺缺陷的存在和焊接接头组织不均匀性共同加剧了焊接结构应力腐蚀破坏的进程，影响了焊接结构的使用寿命和安全可靠性。

    上面简单介绍了造纸行业存在的腐蚀类型，下面重点根据不同造纸设备存在的腐蚀问题进行分析说明其腐蚀现象及发生腐蚀的原因并将其归纳如下。

    （1） 造纸机存在的腐蚀问题

    本次造纸行业腐蚀调查中，有一正在生产的小型造纸单位的抄造厂房内，热气弥漫，视线模糊并且气味刺鼻，生产环境非常恶劣，设备腐蚀现象严重。两台造纸机几乎全部已经被锈层和残留在机器上的纸浆所覆盖。图6-69是造纸机典型部位的腐蚀照片。图6-69（a）箭头指向处为白水循环系统的管道，可以看出该段管道发生了严重的全面腐蚀；图6-68（b）为造纸机机身构成部分，腐蚀类型为局部腐蚀；图6-69（c）中标记的构件焊接处为局部腐蚀；而图6-68（d）标记的固定压辊轴的螺母处为均匀腐蚀，还可能伴有缝隙腐蚀。

    在对大型及中型造纸厂的调查中发现，大型造纸厂引进设备都比较先进，腐蚀程度较浅，但旧设备仍存在腐蚀，而且腐蚀还较严重。如下图6-69所示，造纸设备支架及水循环系统的管道发了均匀腐蚀，该单位正在对设备进行检修和清洗，可以清楚的看到有些部位出现了一些麻点和蚀坑，发生了严重的局部腐蚀，原因可能是在这些部位聚集了腐浆等其他污物，发生了化学和微生物两方面的腐蚀，具体原因分析如下。

    造纸机所处的工况环境潮湿，环境介质种类多，影响设备腐蚀的因素较多。首先随着工农业的发展，由于水需要量的增加和供水量的减少，水的重复利用问题越来越引起人们的重视。近几年来造纸工业除了狠抓用水的科学管理外，重点推广了纸机白水封闭循环，节约了用水，减少了排污，回收了纤维和填料，具有明显的经济和环境效益。但是由于白水长时间循环，形成了溶解性固形物的积累，pH值逐渐降低，并且溶解氧增加，造成设备及管道的腐蚀，特别是在白水回用率较高的使用商品浆的造纸厂，腐蚀问题尤为突出。文章[17]也通过实验说明了碳钢在造纸白水中不耐腐蚀。另外，文献对造纸厂生产过程中的造纸废水和废气中的有机污染物种类进行定性分析，对污水进行分析检测出了48种有机污染物，包括芳香族及其衍生物、树脂酸及其衍生物、脂肪酸、甘油醋及昌醇类物质，分析空气污染物成分，检测出苯、甲苯等多种有机污染物。同时我国造纸厂大部分工厂还处于车速较低的情况，浆料在设备中的停留时间相对较长，从而导致沉积物和腐浆的产生，这点从以上图6-69可以看出，造纸机身布满腐浆。有机物及腐浆的大量存在都为微生物的生存创造了有利的环境。所以针对其工作特点，设备腐蚀原因主要有两方面，化学腐蚀原因和微生物腐蚀原因。化学腐蚀原因如上文解释到，循环水中含有溶解盐离子，属于电解质溶液，而循环水中又溶解了大量的氧气，所以无论是图6-69和图6-70中的排水管道还是造纸机身，都形成了无数的腐蚀电池，每时每刻都在发生腐蚀。只是在图6-69（b）中，钢架有些位置被腐浆覆盖，而有些位置依然暴露在空气中，形成氧浓差电池，而发生局部腐蚀。在图6-69（c）中的焊接部位腐蚀情况较同一钢架非焊接部位要严重很多，引起腐蚀的原因较复杂，上文已分析过，这主要是由于焊接部位组织不一样，形成大阴极小阳极的电偶腐蚀；其次焊接部分可能存在残余应力，在一定条件下，此处很有可能产生应力腐蚀微裂纹。另外，循环水中含有大量氯气，从CI²和Fe的化学性质上来分析，Fe是较活泼的金属，常温下在没有水蒸汽存在时，它们与氯等非金属单质不发生显著反应，但在高温Fe将和CI²单质及水蒸汽发生剧烈反应，最后生成α-Fe²O³和Fe³O⁴即铁锈，铁锈的成份比较复杂，通常简略用Fe²O³.xH²O表示，它是一种松脆多孔的物质，不能保护里层的铁不受锈蚀。同时高温、高浓及高流速的共同作用，阻止金属表面防腐蚀保护膜的形成，也使设备更容易被腐蚀。微生物可以伴随造纸原料及生产环境生存。微生物进行生命代谢活动时，会产生各种化学物质，而其中所产生的无机酸和有机酸对金属有很大的腐蚀性，如一种硫细菌在有氧条件下能使硫或其它硫酸化合物氧化，反应最终产生硫酸，对金属造成腐蚀。同时这些细菌新陈代谢产生的分泌物促使纤维、填料或无机盐沉积在设备表面，沉积物下面的设备金属表面由于缺氧而成为阴极，形成浓差电池，腐蚀作用开始发生。在造纸生产系统中，对设备可造成腐蚀的常见的微生物有硫酸盐还原菌、丝状铁菌及硫菌等。其中硫酸盐还原菌是使铁金属腐蚀的主要原因，硫酸盐还原菌在pH值5.0-9.0，温度25-60℃范围内活动最旺盛。在造纸环境中，微生物污垢、纤维填料及有机或无机盐的沉积物以及白水中碳水化合物（糖淀粉、纤维素）、溶解氧、蛋白质、硫酸盐、pH值及温度都适合其生长，图6-70（a）中的麻点和蚀坑可能是受微生物腐蚀影响形成的。图6-70（d）2处出现的不规则蚀坑，很大可能是涂层局部机械损伤而引起的局部腐蚀。

    因为硫酸盐还原菌能使硫酸盐还原为硫化物，如硫化氢等，硫酸盐还原菌造成的电化学反应如下：

    阳极的溶解作用使钢铁被极化，H₊的中和又使钢铁去极化

    微生物腐蚀很难单独存在，往往总是和电化学腐蚀同时发生，两者很难截然分开。

    （1） 蒸球的腐蚀问题

    在造纸行业中，蒸球的腐蚀问题也相当严重。在制浆和抄纸工艺中，将植物纤维原料蒸煮制成纸浆的压力容器——蒸球，在使用过程中，造纸厂的蒸煮压力通常是0.5-0.8MPa，工作温度175 ℃，装于球形蒸煮容器内的工作介质含有NH4HSO3，（NH）4SO3，SO2，H2SO4，（NH）2SO4或高浓度NaOH溶液以及草浆分解出的各种有机酸，并且整个球形蒸煮容器还要不断的旋转。焊接球形蒸煮容器有可能存在未焊透等焊接缺陷。蒸球外壁接触介质主要为浆料、水、空气。特殊的工况和潮湿的车间空气使热球外壁处于湿润状态 （有一薄层水溶液），寄处于可能发生腐蚀的状态。沾有浆料等杂质的地方形成了氧浓差腐蚀条件，被杂质覆盖着含氧量低的溶液接触到的钢铁表面，其电极电位较负的为阳极，发生腐蚀。而蒸球在蒸料时内部的高温使外壁干操，当杂质及腐蚀产物干燥时是富氧的，这时锈层中的二价铁离子会被氧化成三价铁离子。在重新湿润后，当氧的通路被限制时，锈层可以作为强烈的氧化剂而发生阴极去极化反应。这样干湿交替的环境下蒸球的腐蚀被加速了。由于腐蚀性介质侵蚀后碳钢制造的焊接球形蒸煮容器壁厚减薄迅速，严重影响球形蒸煮容器的安全运行。超压造成生产事故隐患，缩短了球形蒸煮容器的使用寿命，增大了生产成本。而球形蒸煮容器腐蚀减薄有很大危害。造纸蒸球作为低压容器工作压力较低，但是量大面广，先天性缺陷较多，事故隐患较大，发生爆炸事故的恶果相当严重。事故的发生多属于操作不当和不重视防腐蚀造成的。蒸球如果因为没有定期进行壁厚检测、设备超龄运行等，国内造纸厂已经发生多起蒸球爆炸事故。某造纸厂容积为14m3、操作压力0.7MPa的蒸球，使用两年后，检测发现腐蚀和金属疲劳。但厂方未降压使用，导致运行中发生爆炸，造成9人死亡、l人重伤的恶性事故，使企业受到致命打击。2005年11月3日凌晨，邢台临西县新高实业有限公司（私企）发生一起蒸球爆炸事故。该厂一个25m 3容量的蒸球的球体已经完全炸碎，一半球体残骸飞向对面一座二层小楼，另一半球体残骸通过炸开的围墙，落入了附近农田。发生爆炸时，该厂2人当场被炸死，另有3人重伤。质监部门对现场爆炸物残骸进行的检测发现，该蒸球本应是16mm厚，可由于酸性物质腐蚀严重，最薄的地方不足3mm，最终导致发生爆炸。

    （2） 真空泵的腐蚀问题

    调查中某大型造纸集团在荷兰进口的造纸机主要材质为不锈钢，运行时间短，未发现明显腐蚀现象。但在与工作人员沟通时了解到，目前这两台进口纸机腐蚀最严重的部件是与纸机相连的真空泵，其叶轮每两星期就会锈死，就要停机酸洗。据介绍，此真空泵采购于国内，叶轮由铸铁制成。分析原因，除了上述的化学原因外，冲刷腐蚀也是导致其严重腐蚀的因素之一。当腐蚀流体高速运动时，对金属表产生了附加的剪应力，这种剪应力有可能不断剥离金属表面的腐蚀产物或能够提供保护的表面膜，使金属不断以金属离子形式溶入溶液。

    （3） 辊轴的腐蚀问题

    造纸机中的辊轴数目较多，起传送、压榨等作用，受到的腐蚀情况不同，下图6-70显示了压榨辊受磨损腐蚀的情况。

    另外据文献报道牵引压榨部的导纸辊容易发生疲劳断裂，出现操作侧轴头断裂现象。断裂的导纸辊（见图6-71）的示意图如下：

    如图6-71所示，断裂面发生在操作侧轴头φ40mm与φ45mm之间的台阶剖面A处。轴头上φ40位置是用于安装引纸绳轮的。在正常开机情况下，引纸绳通过引纸绳轮对导纸辊施加的作用力F^绳主要作用在这个位置。这个位置也是整根导纸辊受力较大的地方。

    这个位置上的引纸绳对引纸绳轮的包角都达到90°。在正常开机情况下，引纸绳的张紧力F^_绳和纸张的张紧力F^_绳基本上是恒定的，不随时间而变化。这些力属于静载荷。但是对于转动的导纸辊来说，轴头上的某一点的应力随辊子每转动一圈而循环交变一次。在每次循环中，平均应力、应力幅和周期都不随时间变化的变应力称为稳定变应力，若其中之一随时间变化则称为非稳定变应力。