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史上最全的設備防腐蝕辦法

發布日期:2019-11-13

 引言

防腐蝕的方法總的來說可以分為兩大類:一是正確地選擇防腐蝕材料和其他防腐蝕措施;二是選擇合理的工藝操作及設備結構。嚴格遵守化工生產的工藝規程,可以消除不應當發生的腐蝕現象,而即使采用良好的耐腐蝕材料,在操作工藝上不腐蝕規程,也會引起嚴重的腐蝕。目前,化工生產中常用的防腐蝕方法有以下幾種。
 
1 正確選材和設計
了解不同材料的耐蝕性能,正確地、合理地選擇防腐蝕材料是最行之有效的方法。眾所周知,材料的品種很多,不同材料在不同環境中的腐蝕速度也不同,選材人員應當針對某一特定環境選擇腐蝕率低、價格較便宜、物理力學性能等滿足設計要求的材料,以便設備獲得經濟、合理的使用壽命。
 
2 調整環境
如果能消除環境中引起腐蝕的各種因素,腐蝕就會終止或減緩,但是多數環境是無法控制的,如大氣和土壤中的水分,海水中的氧等都不可能除去,且化工生產流程也不可能隨意更改。但是有些局部環境是可以被調整的,如鍋爐進水先去除氧(加入脫氧劑亞硫酸鈉和肼等),可保護鍋爐免遭腐蝕;又如空氣進入密閉的倉庫前先出去水分,也可避免貯存的金屬部件生銹;為了防止冷卻水對換熱器和其他設備造成結垢和穿孔,可在水中加入堿或酸以調節PH值至最佳范圍(接近中性);煉油工藝中常加堿或氨使生產流體保持中性或堿性。溫度過高時,可在器壁冷卻降溫,或在設備內壁砌襯耐火磚隔熱,等。這些都是改變環境且不影響產品和工藝的前提下采用的方法,在允許的前提下,建議工藝中選用緩和的介質代替強腐蝕介質。
 
3 加入緩蝕劑
通常,在腐蝕環境中加入少量緩蝕劑就可以大大減緩金屬的腐蝕,我們一般將它分為無機、有機和氣相緩蝕劑三類,其緩蝕機理也各不相同。
 
1 無機緩蝕劑
有些緩蝕劑會使陽極過程變慢,稱之為陽極型緩蝕劑,它包括促進陽極鈍化的氧化劑(鉻酸鹽、亞硝酸鹽、鐵離子等)或陽極成膜劑(堿、磷酸鹽、硅酸鹽、苯甲酸鹽等),它們主要在陽極區域反應,促進陽極極化。一般陽極緩蝕劑會在陽極表面生成保護膜,這種情況下的緩蝕效果較好,但也存在一定風險,因為如果劑量不充足,會造成保護膜不完整,膜缺陷處暴露的裸金屬面積小,陽極電流密度大,更容易發生穿孔。另一類緩蝕劑是在陰極反應,如鈣離子、鋅離子、鎂離子、銅離子、錳離子等與陰極產生氫氧根離子,形成不溶性的氫氧化物,以厚膜形態覆蓋在陰極表面,因而阻滯氧擴散到陰極,增大濃差極化。除此之外,也有同時阻滯陽極和陰極的混合型緩蝕劑,但加入量一般都需要先通過試驗才可確定。
 
2 有機緩蝕劑
有機緩蝕劑是吸附型的,吸附在金屬表面,形成幾個分子厚的不可視膜,可同時阻滯陽極和陰極反應,但對二者的影響力稍有不同。常用無機緩蝕劑有含氮、含硫、含氧及含磷的有機化合物,其吸附類型隨有機物分子構型的不同可分為靜電吸附、化學吸附及π鍵(不定位電子)吸附。有機緩蝕劑的發展很快,用途十分廣泛,但是使用它同時也會產生一些缺點,如污染產品,特別是食品類,緩蝕劑可能對生產流程的這一部分有利,但進入另一部分則變為有害物質,也有可能會阻抑需要的反應,如酸洗時使去膜速度過緩,等。
 
3 氣相緩蝕劑
這類緩蝕劑是揮發性很高的物質,含有緩蝕基團,一般用來保護貯藏和運輸中的金屬零部件,以固體形態應用居多。它的蒸汽被大氣中的水分解出有效的緩蝕基團,吸附在金屬表面,達到減緩腐蝕的目的。另外,它也是一種吸附性緩蝕劑,被保護的金屬表面不需要除銹處理。
 
4 陰極保護
陰極保護是依靠外加直流電流或犧牲陽極,使被保護金屬成為陰極,從而減輕或消除金屬的腐蝕的方法。因為在應用陰極保護之前,大多數產生腐蝕的金屬結構上都存在著陰極區和陽極區,如果能把所有的陽極區都變成陰極區,整個金屬構件變成陰極,也就達到了消除腐蝕的目的。對于一個具體的工程,在選擇陰極保護系統之前,應考慮的問題很多:
 
1 所需總保護電流
進行陰極保護,必須知道所需的總電流。這可用臨時的試驗裝置來測定電流的需要量。若所需要的保護電流不大(小于1.5~2A),最好選用犧牲陽極保護,如果所需保護電流較大,采用外加電流保護比較經濟。
 
2 環境的變化
在透氣性較差的土壤中,金屬相對容易極化,若在氧容易到達結構表面的土壤中,結構要極化需要較大的電流。另外,土壤電阻率最低的地方是最適合于安裝四聲陽極或外加電流系統的陽極。水的運動有顯著的作用,若水靜止,保護電流可取較小值。相反,湍流的水能沖刷結構表面,因此需要極強的機械去極化作用。
 
3 電的屏蔽
對間距小、結構復雜,且進行陰極保護的構件,很容易發生電的屏蔽作用。從遠處陰極保護電源來的電流,很容易被外層構件所吸收,只有少量電流能達到內層構件中,于是外層構件就形成了一種電的屏蔽。此時,陰極的數量和配置應盡量做到與被保護結構的各部位距離大致相等,使電流的分散更加均勻。
 
4 經濟因素
使用陰極保護時,應考慮陰極保護在經濟上是否合算。如果陰極保護是解決腐蝕問題的經濟辦法,那么選擇的陰極保護系統應該是成本最低的,且其中需要考慮設計和安裝成本、電源成本以及系統維護的成本。
 
5 保護壽命
設計時,應該知道被保護結構預期的使用期限。在實際應用陰極保護的地方,應該使陰極保護系統的設計壽命與被保護結構的壽命相同,壽命過低,保護效果不好,過高會增加成本,造成浪費。
 
6 雜散的電流影響
在設計陰極保護系統之前,必須了解該地區是否有雜散電流。它主要來自電氣化鐵路、采礦機械、電焊等直流電源。雜散電流使被保護結構產生很快的腐蝕,通常比其他環境因素引起的腐蝕更加嚴重。因此,在設計陰極保護時,應該很好地選擇陽極系統的位置,盡量避開雜散電流。
 
7 溫度
溫度會改變介質的電阻,由于土壤和水的電阻通常是隨著溫度的升高而降低的。熱帶海水電阻比寒冷地區的同樣海水的電阻低很多就是這個原理。
 
8 犧牲陽極材料
適合做犧牲陽極的材料有鋁、鎂、鋅。陽極材料可以澆鑄成多種不同形狀的犧牲陽極,以滿足陰極保護設計的需要。
 
9 外加電流陽極
用于外加電流陰極保護系統的陽極,最好在輸出電流時有一個符合實際的最低的腐蝕率。廢鋼管、棒及類似的廢鋼材料都可以用作外加電流保護系統的陽極,雖然消耗較多,但來源十分廣泛。總之,陰極保護比較適宜于腐蝕性不太強的介質,如海水、土壤、中性鹽溶液等,在強腐蝕性介質中,由于電能與護屏材料消耗太大,一般不采用。
 
5 陽極保護
以設備作為陽極,從外部通入電流,一般將加速腐蝕,且腐蝕電流隨陽極極化而增大。但對可以鈍化的金屬則會出現另一種情況,當電位隨電流上升,達到致鈍電位后,腐蝕電流急速下降,甚至可下降幾萬倍,以后隨電位上升,電流不變,直到鈍區為止。利用這個原理,以需要保護的設備為陽極,導入電流,使電位保持在鈍化區的中段,腐蝕率可保持很低值,通入的電流就表示設備的腐蝕速度。
 
6 合金化
在基體金屬中加入能促進鈍化的合金成分,當加入量達到一定比例后,便得到耐蝕性優良的材料。如鐵中加入12%以上的鉻,就稱為不銹鋼;鉻鋼中加入鎳,可擴大鈍化范圍,還可提高機械性能;又如鐵中加入14%硅,就得到耐酸性優良的高硅鐵,等等。另外在某些活性金屬中加入微量超電壓低的陰極貴金屬,可以促進鈍化。如不銹鋼和鈦在某些濃度和溫度的硫酸中是活性的,如在基體金屬中加0.1~0.15%的鈀或鉑,將在合金表面分布成為眾多的微陰極,促進局部腐蝕電池的運轉,陰極電流很快增大,迅速達到鈍化區,使金屬耐蝕性增強。
 
7 表面處理
金屬在接觸使用環境前先用鈍化劑或成膜劑處理,表面生成穩定密實的鈍化膜,抗蝕性大大增加。它與緩蝕劑方法不同之處,在于它在以后的使用環境中不需要再加入緩蝕劑,鋁經過陽極處理,表面可以生成比在大氣中生成的更為密實的膜,這類膜在溫和的腐蝕環境中有優良的抗蝕能力,鋼鐵部件表面發藍也是這個原理。
 
8 金屬鍍層和包覆層
在鋼鐵底層上可用一薄層更耐腐蝕的金屬保護。常用的方法是電鍍,一般鍍2~3層,只有幾十微米厚,因而不可避免地存在微孔,溶液可滲入微孔,將構成鍍層-底層腐蝕電池。鍍層若為貴金屬,其電位比鐵高,將成為陰極,會加速底層鐵腐蝕。因此,這類鍍層不適于強腐蝕環境,但可用于大氣、水等環境,緩慢產生的腐蝕產物可將微孔堵塞,電阻增大,獲得一定的使用壽命。若用廉價的金屬,構成腐蝕電池的極性則與上述相反,使鋼得到陰極保護,可以保持較長的壽命。除了電鍍外,還常用熱浸鍍(熔融浸鍍)、火焰噴鍍、蒸汽鍍和整體金屬薄板包鍍。后者因無微孔,耐蝕性強,壽命更長,但價格稍高。
 
9 涂層
用有機涂料保護大氣中的金屬結構,是最廣泛的防腐手段。涂料覆蓋在金屬表面,干后形成多孔薄膜,雖然不能使金屬與介質完全隔絕,但增大價值通過微孔的擴散阻力和溶液電阻,使腐蝕電流下降。在緩和的環境中,如大氣、海水等,微孔底金屬腐蝕緩慢,腐蝕產物可堵塞微孔,有很長的使用壽命,但不適于強腐蝕溶液,因為金屬腐蝕速度較快,并伴隨有氫氣的產生,會使漆膜破裂。
 
10 襯里
襯里一般為整片材料,適用于和強腐蝕介質接觸的設備內部。如鹽酸、稀硫酸的貯槽會用橡膠或塑料襯里,貯存硝酸的鋼槽用不銹鋼薄板作襯里等。搪瓷實際上是一種玻璃襯里,工業上稱為搪瓷玻璃,它的耐酸性強,廣用于食品、醫藥等工業,可保證產品質量,但是不能燒制太大的設備。

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