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化工設備的腐蝕問題及防腐蝕措施
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化工設備一旦遭受腐蝕,不僅會在其色澤、外形以及基本的性能方面發生變化,縮短設備使用壽命,還會對化工企業產品的生產以及資源節約、成本控制等帶來不利影響,甚至還有可能造成嚴重的安全和環境事故?;ぴO備常見腐蝕及腐蝕原因、腐蝕措施有哪些?快來了解一下吧。


化工設備腐蝕的分類


腐蝕按材料種類分為金屬腐蝕和非金屬腐蝕。


腐蝕按表面形貌分為全面腐蝕和局部腐蝕;局部腐蝕又有小孔腐蝕、應力腐蝕破裂、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、磨損腐蝕等等。


金屬腐蝕按機理可分為物理腐蝕、化學腐蝕、電化學腐蝕等。


物理腐蝕:材料單純物理作用的破壞,一般是由溶解、滲透引起的,如熔融金屬容器的溶解,高溫熔鹽、熔堿對容器的溶解滲透。


化學腐蝕:金屬與非電解質直接發生化學作用引起的破壞,腐蝕過程中沒有電流的產生。腐蝕過程是純氧化-還原反應,腐蝕介質與金屬表面的原子直接碰撞而形成腐蝕產物,反應中無電流產生,符合化學動力學規律。


電化學腐蝕:金屬與電解質溶液發生電化學作用而引起的破壞。反應過程中有陽極失去電子和陰極獲得電子以及電子的流動(電流),歷程符合電化學動力學規律。


化工設備腐蝕原因及規律


化工生產過程中存在并產生許多腐蝕性的介質,如酸、堿、鹽、水、氧等,這是產生腐蝕的主要原因。


介質的種類、化學成分、濃度、pH值、雜質、水分和含氧量都是造成腐蝕的外在原因。介質流動速度愈快,愈易腐蝕,因為介質在流動過程中會沖刷保護膜,產生旋渦、湍流、空泡,引起嚴重的沖擊磨損和空泡腐蝕。


選材不當,如果設備表面接觸腐蝕介質,而設備本身又不耐腐蝕,會產生表面腐蝕,表面越粗糙,越易腐蝕,其現象是泄漏、早期磨損、破壞、發聲等。


表面均勻腐蝕有成膜和無膜兩種形態,無膜的腐蝕很危險,腐蝕過程以一定的速度進行,這主要是選材錯誤造成的。成膜的腐蝕,其鈍化膜通常具有保護作用的特性,但有些設備所用的材料,如不銹鋼、鈷、鉻合金等其表面的鈍化膜在端面摩擦中容易被破壞,在缺氧條件下新膜很難生成,使電偶腐蝕加劇。


缺乏防腐措施或施工質量低劣等,都為腐蝕破壞提供了環境。環境不同,選材不同。在設備的生產過程中往往不能做到兼顧選材和環境腐蝕的一致性,溫度、濃度、壓力不同,選材不同、腐蝕情況各異,而且施工過程中把關不嚴、施工質量低劣,腐蝕問題不可避免。


操作中的超溫、超壓,設備管理不完善,思想不重視,也是產生腐蝕破壞的原因之一。


通常情況下,介質的溫度越高,壓力越高,腐蝕越快,因為腐蝕是一種化學反應,每升溫10℃,腐蝕速度增加1~3倍。溫度升高,擴散速度增大,同時電解液電阻下蝕降,所以使腐蝕電池的反應加快。如果設備端面摩擦劇烈,比壓過大,表面光潔度低或者冷卻不夠以及表面潤滑不好則設備在運行過程中產生的摩擦熱會加速腐蝕的進行。


化工設備的防腐蝕措施


目前的防腐技術主要有:開發耐蝕材料,表面防蝕技術,電化學保護等。


1)開發耐蝕材料


耐蝕材料的開發研究是防腐蝕技術進步的突破口,人類各個時期的技術進步無不與其息息相關。耐蝕材料主要分為金屬材料、高分子材料、無機非金屬材料。


金屬及合金材料是結構材料中的主體,其中鋼鐵占據主要地位,但是,鋼鐵的耐蝕性能具有局限性。具有高性能的合金及有色金屬材料的開發和應用發展迅速,在一定程度上解決了局部腐蝕及特殊環境下的腐蝕問題。如含鉬高的耐蝕合金,雙相不銹鋼,高純鐵素體不銹鋼,鎳基合金,低合金鋼,鈦及鈦合。


耐蝕非金屬材料目前國內外耐蝕非金屬材料在化工生產中應用非常廣泛。非金屬材料具有優良的耐蝕性能,而機械性能可以通過增強等途徑來彌補,在某些領域已有發展為取代鋼材的趨勢?,F在正在開發的如:耐蝕塑料,玻璃鋼,石墨,搪玻璃,工程陶瓷。


2)表面防蝕技術


在現有的防腐蝕手段中,表面耐蝕涂層和金屬表面技術的費用占所有防腐蝕費用的87%左右。


采取正確的表面防蝕技術是提高設備使用壽命、減少維修費用以及提高設備管理水平必不可少的途徑。同時,采用表面防蝕技術,大大提高了整體材料的耐蝕性能。在化工和石油化工中常用的表面防蝕技術包括涂、襯、鍍、滲以及近年發展起來的各種高技術,其中以涂層及襯里應用廣泛。


3)耐蝕涂料


耐蝕涂料的開發一直是人們關注的研究領域,在化學工業中,耐蝕涂料主要用于建筑物、構筑物、裝置及貯罐的內外壁及輸水、輸油、輸氣管線。據統計,防腐蝕涂層的損壞,其基體表面處理不當約占75%,因此,重視表面處理質量是當務之急。幾種有發展前途的涂料,如富鋅涂料,重防腐涂料,耐高溫涂料,陶瓷類涂料,帶銹涂裝涂料,氟樹脂涂料等等,正是當前國際上研究熱門的涂料。


4)設備表面工程技術


鍍鋅層的鈍化是一個十分活躍的領域,近十年推出的低鉻或無鉻彩色鈍化、黑鈍化、軍綠鈍化及強鈍化(含硅樹脂或其他樹脂的復合鈍化層),可使鍍鋅層在海洋大氣、工業大氣環境及工業水、江水河水環境中的耐蝕性大大提高。


化學鍍是采用金屬鹽和還原劑在同一溶液中進行自催化氧化還原反應,在固體表面沉積出金屬鍍層的成膜技術?;瘜W鍍鎳磷合金及三元鎳系合金,產品比電鍍產品有更優異的耐蝕性和更大的選擇,是目前國內外發展速度快的表面處理工藝之一。


噴涂。噴涂是利用火焰、等離子、電弧噴涂,在材料和產品上獲得金屬、合金、無機、有機耐蝕耐磨表面層的一種工藝技術。


化學熱處理?;瘜W熱處理特別是滲鋁、滲鉻,近十多年在化工機械防腐蝕上已有大量應用。


磷化。磷化作為涂裝的一個重要前處理過程,已有多年的應用。近十多年來,堿金屬三元系低溫或常溫磷化使磷化技術產生質的進步。


5)電化學防腐蝕


電化學保護是指利用外部電流使金屬(包括合金)腐蝕電位發生改變以降低其腐蝕速率的防腐蝕技術。電化學保護可分為陰極保護和陽極保護。


電化學保護技術在化工防腐蝕領域中已引起廣泛的重視和應用,是一種有效的、既經濟又實用的防腐蝕手段。


陰極保護主要用在水和土壤中的金屬結構上,但一般必須用于設備結構簡單、介質腐蝕性不太強的環境中。陰極保護除可防止一般的均勻腐蝕外,還可以防止一些材料的點蝕、晶間腐蝕、沖擊腐蝕、選擇性腐蝕等。


陽極保護是將被保護的金屬構件與外加直流電源的正極相連,在電解質溶液中使金屬構件陽極極化至一定電位,使其建立并維持穩定的鈍態,從而陽極溶解受到抑制,腐蝕速度顯著降低,使設備得到保護。對于沒有飩化特征的金屬,不能采用陽極保護。


主要應用在:硫酸生產中的結構物,如碳鋼儲槽、各種換熱器、三氧化硫發生器等。氨水及銨鹽溶液中結構物,碳化塔、氨水儲槽等。


在強氧化性介質中先考慮采用陽極保護;在既可采用陽極保護,也可采用陰極保護,并且二者保護效果相差不多的情況下,則應優先考慮采用陰極保護;如果氫脆不能忽略,則要采用陽極保護。

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