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化工材料的腐蚀及防护

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摘要:通过了解腐蚀与防护的相关内容,总结了一些有关腐蚀与防护的基本要点,并拟将其应用于以后化工生产当中,以进行正确的设备选材,合理的结构设计,并根据实际使用情况对腐蚀选取最佳的预防措施,用以减少因腐蚀而引起的经济损失,人员伤亡,环境危害,资源浪费等情况。同时,还能促进新技术的发展,减少自然损耗。

关键词:腐蚀;防护措施;化工设备

1材料腐蚀与防护内容基本介绍

材料腐蚀是材料受环境介质的化学、电化学和物理作用产生的损坏或变质现象,因此腐蚀也包括化学、电化学与机械因素或生物因素的共同作用。其具有自发性、普遍性和隐蔽性的特点。

1.1腐蚀的分类

由于材料腐蚀是一个十分复杂的过程,材料构件、化学成分、表面状态等差异,所处环境的不同,以及不同的受力状态,所以存在着各种不同的腐蚀分类方法。(1)根据材料的类型:可分为金属材料和非金属材料的腐蚀;(2)根据腐蚀的反应机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀;(3)根据腐蚀过程进行的条件,可以把腐蚀分成高温腐蚀和常温腐蚀。对于金属材料,根据材料所处的环境状态可将腐蚀分为:(1)在自然环境中的腐蚀:大气腐蚀、土壤腐蚀、淡水和海水腐蚀、微生物腐蚀;(2)在工业环境介质中的腐蚀:在酸性溶液中的腐蚀、在碱性溶液中的腐蚀、在盐类溶液中的腐蚀、在工业水中的腐蚀、在熔盐中的腐蚀、在液态金属中的腐蚀。根据腐蚀形态可将腐蚀分为:(1)全面腐蚀:均匀全面腐蚀、不均匀全面腐蚀;(2)局部腐蚀:电偶腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀及其特例丝状腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀;(3)在力学和环境因素共同作用下的腐蚀:氢致开裂、应力腐蚀断裂、腐蚀疲劳、磨损腐蚀。对于非金属材料分为高分子材料的腐蚀和无机材料的腐蚀。

1.2材料防护的基本途径

提高材料本身的耐蚀性、改变环境、采用涂镀层和表面改性、将材料与介质隔开、采用电化学保护、正确的选材和合理的设计。

1.3金属的电化学腐蚀

金属的电化学腐蚀的实质就是在浸入电解质溶液中的金属表面上形成了腐蚀原电池。根据构成腐蚀电池的电极尺寸大小可将腐蚀电池分为两大类:(1)宏观腐蚀电池:异种金属浸于不同的电解质溶液中、异种金属在同一腐蚀介质中相接触、浓差电池、温差电池;(2)微观电池:金属表面化学成分不均匀引起的微观电池、金属组织不均匀性构成的围观电池、金属表面物理状态的不均匀性构成的微观电池、金属表面膜不完整构成的微观电池。根据发生腐蚀的机理可分为:(1)析氢腐蚀。以氢离子还原反应为阴极过程的金属腐蚀称为析氢腐蚀。(2)吸氧腐蚀。以氧的还原反应为阴极过程的腐蚀称为氧还原腐蚀或者吸氧腐蚀。

1.4金属的钝化

金属表面形成了一层极薄的钝化膜,使金属由活化态变成钝态,这一现象称为钝化现象。

2化学工业中的腐蚀与防护

化学工业是基础性工业,主要包括各种酸、碱、盐的生产,其产品又是其他工业的原料,在化学工业中,以硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸、甲酸、醋酸及磷肥、食盐制成碱和尿素合成等生产介质的腐蚀性最强,设备腐蚀严重,常常造成很大的经济损失。

2.1化学工业中常见腐蚀现象

(1)在化学工业中,表面易钝化的金属材料以及有阴极性镀层的金属(不锈钢、铝合金),由于特殊离子(如Cl-、Br-、I-)在其表面不均匀吸附导致钝化膜不均匀破坏而诱发点蚀,从而造成不锈钢受到大规模腐蚀,使设备的使用寿命缩减,甚至出现溶液滴、漏,污染环境等危害。

(2)在设备的不同构件之间的连接,如金属和金属之间的铆接、搭焊、螺纹联接,以及各种法兰盘之间的垫衬等金属之间的接触,或者在金属表面有沉积物、附着物、涂膜等时出现的缝隙腐蚀使金属联接处出现缝隙,造成液体的泄露等。

(3)二氧化碳气提法尿素合成装置的高压甲铵冷凝器换热管上端高温区壳程气体压力比管程水压大,使壳体与管束同时受到一个拉应力并且处于高浓度介质环境,又由于材质含C量略高,造成碳化铬更容易析出,使晶界附近贫铬,发生晶间腐蚀,使应力腐蚀孕育期缩短,使得最后设备发生应力腐蚀破裂。

(4)热电厂涡轮叶片正常工作时受到离心力和弯曲应力。起停时,载荷发生波动,叶片表面干湿交替,冷凝蒸汽溶解大量的氯化物盐,沉积在叶片上,发生腐蚀,停机时,氧气和二氧化碳溶解于酸性盐中,加强腐蚀。二氧化硅粒子冲蚀造成叶片出现缝隙,导致缝隙腐蚀,Cl-进一步促进缝隙腐蚀导致裂纹,裂纹尖端应力集中,最终在腐蚀性环境的联合作用下,发生腐蚀疲劳失效。

(5)钛和18-8不锈钢在稀硫酸中活性腐蚀,并析出氢气;在磷复肥生产中由于介质腐蚀和磨蚀联合作用导致料浆泵损坏严重,不能维持正常生产;醋酸生产中,丁烷氧化处理后的第二冷凝器由于腐蚀严重报废;尿素合成由于介质腐蚀严重,设备损坏相当严重等等。

2.2腐蚀的防护

(1)设备进行合适的选材以及合理的设计,以提高材料本身的耐蚀性。

(2)改变环境,降低环境的腐蚀性,例如除去大气中的SO2,在水溶液中除氧气,在环境中加入缓蚀剂等。

(3)采用镀层和表面改性,采用金属镀层、非金属镀层和改变材料的表面结构,使材料表面具有耐蚀性。
(4)将材料与腐蚀介质隔开,采用衬里,防锈油,防锈纸等。

(5)采用电化学保护,通过阴极极化降低氧化反应速度,或通过实现阳极钝化来达到防腐目的。

3化学工业中腐蚀科学技术的发展

(1)利用所学知识,加上创新,开发和应用新的耐蚀合金、非金属材料及防护技术。(2)普及腐蚀科学知识。(3)应用腐蚀检测和监控技术。(4)对化工失效设备进行原因分析,来降低腐蚀率。(5)深入研究腐蚀机理。

4总结

通过学习腐蚀与防护课程,对腐蚀的类型以及原理的掌握能够对化学工业设备的腐蚀进行有效分析,可减少化工行业、石油化工、造纸行业中,金属腐蚀造成设备的跑、冒、滴漏造成大量有毒物质的泄露,所以,研究与与解决材料的腐蚀问题与环境污染和保护人民健康息息相关。

作者:陈果 单位:重庆市万州高级中学

腐蚀与防护杂志责任编辑:张雨    阅读:人次