二氧化硫（SO?）腐蝕是材料在含二氧化硫氣體環境中發生的化學或電化學反應，導致材料性能退化（如金屬氧化、涂層起泡、混凝土劣化等）。該腐蝕現象常見于燃煤電廠、石油化工、冶金、垃圾焚燒等領域。以下是關于二氧化硫腐蝕的全面解析：
一、腐蝕機理
直接化學反應
混凝土：SO?與水泥中的氫氧化鈣反應，生成石膏（），導致體積膨脹開裂。
金屬涂層：有機涂層吸濕后，SO?滲透引發電化學腐蝕。
金屬腐蝕：亞硫酸進一步氧化為硫酸（），與金屬反應生成硫化物或硫酸鹽（如鐵銹：）。
非金屬材料：
電化學腐蝕（濕大氣環境）
在濕度較高（>60% RH）時，SO?溶解于水膜形成電解質溶液，加速金屬的陽極溶解（如鐵的氧化）。
二、影響因素
| 因素 | 影響機制 |
|---|---|
| 濃度 | SO?濃度越高，腐蝕速率越快（工業區濃度可達1~100 ppm）。 |
| 濕度 | 濕度>60% RH時，腐蝕速率顯著增加（臨界濕度）。 |
| 溫度 | 溫度升高加速化學反應速率，但過高（>80℃）可能加速保護膜破壞。 |
| 氣體協同作用 | 與Cl?、NO?等共存時，腐蝕速率協同加劇（如燃煤煙氣中的復合污染）。 |
| 暴露時間 | 長期暴露導致腐蝕產物累積，可能從均勻腐蝕轉為局部腐蝕（如點蝕、應力腐蝕開裂）。 |
三、常見測試方法與標準
1. 氣體腐蝕試驗（實驗室模擬）
ASTM G87（酸性氣體腐蝕試驗）
條件：SO?濃度10~100 ppm，溫度25℃±2℃，濕度95% RH，持續時間1~28天。
應用：金屬板材、涂層、電子設備。
ISO 9227 NSS（中性鹽霧試驗，可摻入SO?）
在鹽霧中添加SO?氣體（濃度50~200 ppm），模擬工業大氣環境。
DIN 50018（濕硫化氫/二氧化硫試驗）
適用于高濕環境下鋼鐵材料的腐蝕評估。
2. 現場暴露試驗
典型場景：燃煤電廠煙囪、化工廠煙氣管道。
參數監測：定期檢測材料表面腐蝕速率（失重法）、微觀形貌（SEM）及腐蝕產物成分（XRD/EDS）。
3. 加速腐蝕試驗
復合氣體腐蝕：SO?與Cl?、H?S等混合氣體，模擬復雜工業環境（如ASTM G91）。
濕熱-氣體耦合試驗：結合高溫高濕（如85℃/85% RH）與SO?暴露，加速老化。
四、典型應用領域與失效案例
| 行業 | 受影響材料 | 失效模式 | 防護措施 |
|---|---|---|---|
| 燃煤電廠 | 鋼管、混凝土煙囪 | 酸露點腐蝕、混凝土剝落 | 耐酸鋼（如ND鋼）、內襯防腐涂層 |
| 石油化工 | 不銹鋼閥門、管道 | 晶間腐蝕、應力腐蝕開裂（SCC） | 選用316L不銹鋼、定期檢測焊縫 |
| 汽車電子 | PCB板、連接器 | 焊點氧化、絕緣失效 | 三防漆處理、密封灌裝 |
| 建筑結構 | 鋼筋混凝土 | 鋼筋銹蝕、混凝土中性化 | 添加阻銹劑、使用硅酸鹽水泥 |
五、防護技術
材料選擇
金屬：采用耐蝕合金（如哈氏合金C-276）、鍍鋅/鍍鋁層。
非金屬：環氧樹脂涂層、聚四氟乙烯（PTFE）襯里。
表面處理
鈍化處理（如鋼鐵發藍處理）、陰極保護（犧牲陽極法）。
環境控制
煙氣脫硫（FGD）：使用石灰石-石膏法降低SO?排放。
定期維護
檢測腐蝕速率，修復破損涂層，更換老化部件。
六、安全注意事項
毒性防護：SO?為刺激性氣體，試驗需在通風櫥中進行，操作人員佩戴防毒面具（如A級防護）。
設備密封：防止氣體泄漏，試驗箱需配備尾氣處理裝置（如堿液吸收塔）。
應急措施：泄漏時啟動緊急排風系統，避免直接接觸皮膚或吸入。
七、標準與規范參考
國際標準
ASTM G87（酸性氣體腐蝕試驗）
ISO 9227（鹽霧試驗，可摻入SO?）
NACE TM0177（石油天然氣行業腐蝕測試）
國內標準
GB/T 10125-2021（人造氣氛腐蝕試驗 鹽霧試驗）
HG/T 4755-2014（化工設備防腐蝕設計規范）
八、總結
二氧化硫腐蝕是工業環境中材料失效的主要誘因之一，需通過實驗室模擬（如ASTM G87）或現場監測評估材料耐蝕性。防護需結合材料升級、表面處理與環境治理（如煙氣脫硫）。對于關鍵設備（如燃煤電廠煙囪），建議采用加速腐蝕試驗（如濕熱-SO?耦合試驗）預測壽命，并定期維護以降低風險。