腐蚀机制（精选6篇）
腐蚀机制 篇1
0 前 言
耐候钢在使用过程中表面会逐步形成一层致密的、附着牢固的腐蚀产物保护膜,减缓大气中的氧、水及其他腐蚀性介质对基体进一步腐蚀,从而获得好的耐蚀性。所以,耐候钢在腐蚀环境中能否生成致密的锈层,对耐蚀性有着特别的意义。
对于耐候钢的耐腐蚀机理研究有很多,但是它们主要都是建立在对于长期暴晒锈层的分析之上,对锈层初期生长研究都比较缺乏。事实上,所有的腐蚀反应以及锈层的生成都有个过程,都离不开初期腐蚀。本工作通过实验室加速腐蚀试验——周期浸泡腐蚀试验来研究耐候钢和碳钢的锈层腐蚀初期生长方式,锈层组织成分和形貌变化规律以及锈层的电化学特性,揭示耐候钢锈层的耐腐蚀机理。
1 试 验
1.1 材 料
试验材料选择CuPTiRE耐候钢和Q235碳钢。2种试验钢都来源于工业大生产,其化学成分见表1。
1.2 加速腐蚀试验
使用Fl-65干湿周期浸润腐蚀试验机,仿照铁标TB/T 2375-93条件进行试验。
带锈试样先机械去除外层疏松锈层,然后将试样浸泡Clarker溶液中进行除锈处理。由于锈层附着力强,操作过程中使用软毛刷不断的刷洗。为了减少时间不同带来的误差,需要在酸洗时使用空白试样矫正。除完锈以后再进行称重和腐蚀速率计算。
1.3 测试分析
使用HITACHI-S-4300型扫描电镜对试验钢的锈层表面形貌和锈层截面形貌进行微观分析。
锈层组织通过周浸加速腐蚀试验获得,设定腐蚀试验周期分别为2,4,6,8,10,12,24,72,144,216 h,每个周期取出腐蚀试样刮取铁锈,分别进行X射线衍射分析。
设备为荷兰PHILIPS公司生产的APD-10型全自动X射线衍射仪,在获得每一份锈层组织衍射图谱后,再通过软件对锈层成分进行半定量分析。
使用美国PRINCETON公司生产的PARSTATE-2263型电化学测量系统对经过周浸试验216 h的带锈试样进行极化曲线的测定检测;试验溶液为0.1 mol/L Na2SO4。测试前浸泡0.5 h;使用三电极体系,参比电极为饱和甘汞电极(SCE),辅助电极为Pt电极。
2 试验结果
2.1 腐蚀失重
图1为耐候钢和碳钢周浸腐蚀试验腐蚀速率曲线。由图1可以看出,耐候钢耐腐蚀性能明显好于碳钢。2种钢在腐蚀初期的区别更大,通过这一腐蚀试验可以很好地分析和研究耐候钢和碳钢初期腐蚀行为不同之处。
2.2 腐蚀初期微观形貌
图2为耐候钢和碳钢腐蚀初期微观形貌。
由图2可以看出:2种钢在腐蚀初期都生成带有晶体特征的铁锈,但有两点明显不同,首先是晶体形貌不同,其次是晶体尺寸不同。耐候钢晶体形貌呈团状(图2c),每个晶体团本体结合紧密;碳钢晶体形貌呈平铺排列状(图2d),粗大枝晶交叉排列。耐候钢的晶体尺寸明显小于碳钢晶体尺寸;耐候钢的晶体枝晶呈纤细针状,而碳钢的晶体枝晶呈粗大片状(图2e～h)。
2.3 锈层成分分析
图3为不同腐蚀时间碳钢和耐候钢锈层组织X衍射谱半定量分析结果。由图3可以看出:(1)耐候钢的锈层组织成分主要由α-FeOOH和γ-FeOOH组成,碳钢的锈层组织成分主要由Fe2O3和α-FeOOH和γ-FeOOH,它们之间存在明显区别;(2)腐蚀初期(前24 h),耐候钢的锈层组织成分以α-FeOOH为主,占90%以上;腐蚀初期碳钢的锈层组织成分则以Fe2O3为主,大约占80%。
2.4 锈层截面微观形貌
图4为耐候钢和碳钢锈层的截面形貌。
由图4可以看出:(1)耐候钢锈层截面形貌和碳钢锈层截面形貌不同,耐候钢锈层是不均匀的,存在很多的腐蚀深坑,碳钢锈层是均匀的;(2)耐候钢锈层生长方式以局部腐蚀为基础,首先局部腐蚀出深坑,腐蚀坑再横向发展,连成一片。碳钢锈层生长腐蚀是均匀腐蚀,锈层均匀增厚。
2.5 锈层阳极极化曲线
图5所示:耐候钢锈层的阳极极化出现明显钝化,说明耐候钢的锈层阳极阻滞更大,易于钝化,易于维持钝化,其锈层的保护性能更好。可以认为,通过长时间暴晒,耐候钢生成的保护性锈层,为一种致密的、结构完整的钝化膜。
3 分析与讨论
3.1 耐候钢中合金元素对锈层组织成分的影响
腐蚀初期耐候钢或碳钢表面没有覆盖锈层,这一阶段的腐蚀反映的是裸板的耐蚀性。图3显示的耐候钢的锈层组织成分以α-FeOOH为主,碳钢的锈层组织成分主要为Fe2O3,其唯一原因是耐候钢相比于碳钢添加了少量的合金元素,合金元素改变了锈层的组织成分和结构,合金元素的存在促进了α-FeOOH的形成,抑制了Fe2O3的形成。
3.2 α-FeOOH和Fe2O3对锈层保护性的不同
结合图2可以看出,α-FeOOH和Fe2O3形貌存在明显不同,正是这种不同决定着锈层有着不同的保护性。保护性锈层要具有以下两个条件,一是好的附着力,二是致密。Fe2O3晶体形貌呈平铺排列状决定着其锈层的附着力较差,会出现一片一片脱落的情况;Fe2O3粗大枝晶决定着其孔洞较大,致密性差。相反α-FeOOH晶体形貌呈致密团状,晶体团相互之间紧密堆积,决定着其既有好的致密性又有好的附着力。另外,图2e显示Fe2O3枝晶的尺寸大约4 μm,说明其长大速度要远快于α-FeOOH枝晶的长大速度,这会导致Fe2O3锈层具有更大的内应力,更可能导致裂纹产生。
3.3 耐候钢锈层具有钝化作用
通过耐候钢锈层的阳极极化可以看出,耐候钢锈层具有很好的钝化作用,很好地减缓了基体的腐蚀。因此,耐候钢的腐蚀通常发生在锈层不完整或保护相对薄弱的活性点上。这种腐蚀可以看成是一种良性腐蚀,即大阴极小阳极的腐蚀,对基体有很好的保护作用。
能够形成这种具有钝化效果的锈层,必要条件是锈层需要致密,附着力要很好,并且内应力要小。比较耐候钢和碳钢锈层组织可以发现,α-FeOOH晶体的生成至关重要。
3.4 耐候钢锈层耐腐蚀性原因分析
长期以来,对具有保护性锈层的相组成,不同的学者有不同的观点,并且还在不断的发展。前期认为:使耐候钢具有抗大气腐蚀的内锈层主要由非晶态尖晶型氧化铁构成[1]。有保护作用的锈层主要由含有大量水结晶的非晶态FeOOH构成[2]。保护性内锈层主要由σ-FeOOH构成,其中含有10%～20%的γ-FeOOH和少量的α-FeOOH[3]。近期发现,覆盖在耐候钢表面的稳定、保护性锈层主要由α-Fe1-xCrxOOH的微小粒子构成[4]。作为最初的锈层组成物γ-FeOOH,在长期的大气腐蚀过程中,可能经过非晶态的FeOOH物质转化为最终的稳定锈层组成物α-FeOOH,从热力学角度来讲,α-FeOOH是最稳定的。这一关于在工业区形成的稳定、保护性锈层的最新论述得到大家的认可[5]。
耐候钢锈层具有优良的耐腐蚀性正是由于锈层形成了以α-FeOOH为主的致密锈层。α-FeOOH晶体枝晶纤细,形成致密的晶体团,并以晶体团的形态紧密堆积,正是这种存在状态,决定了耐候钢锈层耐腐蚀性。相反,耐候钢锈层中应尽可能少的存在Fe2O3,Fe2O3只会使锈层变得疏松和多孔,并降低锈层的附着力。
4 结 论
(1)腐蚀初期耐候钢的锈层组织成分主要为α-FeOOH,碳钢的锈层组织成分以Fe2O3为主。耐候钢中合金元素改变了锈层的组织成分和结构,促进了α-FeOOH的形成,而抑制了Fe2O3的形成。
(2)Fe2O3枝晶粗大,Fe2O3晶体形貌呈平铺排列状,锈层疏松和多孔不具有保护性。α-FeOOH晶体枝晶纤细,α-FeOOH晶体形貌呈致密团状,晶体团相互之间紧密堆积,锈层具有保护性。
(3)耐候钢锈层具有钝化作用,对基体有很好的保护性。因此耐候钢锈层以局部腐蚀为基础,首先局部腐蚀出深坑,腐蚀坑再横向发展,连成一片。碳钢锈层生长方式是均匀腐蚀,锈层均匀增厚。
摘要：过去对耐候钢耐腐蚀性机理的研究,锈层初期生长因素考虑较少。模拟工业大气环境的周期浸润实验室加速试验,对试验钢进行了腐蚀失重分析;通过扫描电镜、X射线衍射、阳极极化等手段对锈层进行分析。主要研究耐候钢和碳钢的锈层组织和电化学性能。结果表明:腐蚀初期耐候钢的锈层组织成分以α-FeOOH为主;碳钢的锈层组织成分以Fe2O3为主。α-FeOOH晶体枝晶纤细,锈层致密,具有保护性;Fe2O3枝晶粗大,锈层疏松多孔,不具有保护性;耐候钢锈层具有钝化作用,对基体有很好的保护性。
关键词：耐候钢,碳钢,大气腐蚀,腐蚀机制
参考文献
[1]Kihira S I H,Murata T.Quantitative Classification of Patina Conditions for Weathering Steel Using a Recently Developed Instrument[J].Corrosion Science,1990,31:383.
[2]Misawa T,Asami K,Hashimoto K.The Mechanism of At-mospheric Rusting and the Protective Amorphous Rust on Low Alloy Steel[J].Corrosion Science,1974,14:279.
[3]Keiser J T,Brown C W.Characterization of the Passive Film Formed on Weathering Steelsδ-FeOOH[J].Corrosion Sci-ence,1983,23:251.
[4]Yamashita M,Konishi H,Mizuki J,et al,Nano-Structure of Protective Rust Layer on Weathering Steel Exposed in Na-tion-Wide Environments in Japan[A].First International Conference on Advanced Structural Steels[C].[s.l.]:[s.n.],2002:287.
[5]Yamashita M,Miyuki H,Matsuda Y,et al.The Long Term Growth of the Protective Rust Layer Formed on Weathering Steel by Atmospheric Corrosion during a Quarter of a Centu-ry[J].Corrosion Science,1994,36(2):283.
腐蚀机制 篇2
近些年来,国内外对以飞机结构损伤为背景的疲劳及腐蚀疲劳做了大量的研究,如北大西洋公约组织在20世纪70年代后期就对飞机结构的腐蚀疲劳问题开展了系统的研究,20世纪80年代,美军标中明确要求,设计制造商在飞机的设计过程中须考虑气候环境对飞机结构的耐久性、损伤容限及实验验证的影响[3]。国内在预腐蚀损伤对材料疲劳寿命影响的研究方面很少,只有对几种典型材料经过预腐蚀后的腐蚀疲劳寿命的研究,如张有宏[4]进行了LY12CZ铝合金预腐蚀后疲劳和腐蚀疲劳实验,得出S-N曲线,初步建立了腐蚀损伤与疲劳寿命降低之间的关系。如包俊成等[5]研究了钛合金BT20焊接接头腐蚀环境和疲劳寿命之间的关系,并建立了疲劳曲线的回归方程,分析了应力比和疲劳强度之间的关系。如宫玉辉等[6]研究了不同腐蚀环境下的7475-T7351铝合金的疲劳性能以及不同腐蚀环境下铝合金的疲劳裂纹扩展速率。如管琪等[7]研究了2524铝合金在模拟油箱积水中的腐蚀行为。如鲍蕊等[8]分析了潮湿空气环境对2024-T3铝合金疲劳性能的影响。如文献[1]中给出了不同材料在不同腐蚀环境和不同的应力、波形下的腐蚀疲劳S-N曲线。国外对2024铝合金及7075铝合金的腐蚀损伤及疲劳寿命预测进行了研究[9,10,11]。
本工作研究了航空金属材料7XXX铝合金预腐蚀后在实验室空气、盐水、潮湿空气、油箱积水环境下的三种不同应力比的疲劳寿命实验,分析了不同腐蚀环境对其疲劳寿命的影响。
1实验
1.1试样
7XXX铝合金的室温力学性能见表1,其化学成分如表2所示。为了便于在腐蚀环境下进行实验,选用漏斗型轴向疲劳光滑试样,L方向取样。试样由直径小于22mm的棒材加工而成,其几何形状与尺寸如图1所示。试样的热处理状态为T7751,其显微组织如图2所示。实验 前对试样 进行预腐 蚀处理 ,将试样浸泡在3.5%的NaCl溶液中,腐蚀72h后取出试样并去除腐蚀产物。
1.2实验环境
实验室空气 环境:温度20℃±5℃,湿度小于50%;盐水环境:含3.5%NaCl的去离子水,腐蚀装置内的溶液为连续循环;潮湿空气环境:采用水蒸发法,用湿棉球使腐蚀装置内相对湿度RH>90%;油箱积水环境:采用潜水泵将配置好的油箱积水通入腐蚀装置内进行连续循环。
1.3实验内容
实验在MTS810-100kN电液伺服材料疲劳试验机上进行,采用轴向应力控制,其静态拉向示值相对误差为±0.20%,动态拉向示值相对误差为±1.86%(试验机满足HB5287—1996的要求)。疲劳实验前对实验件进行 了预腐蚀 处理,疲劳实验 的加载频 率为10Hz,加载波形为正弦波,应力比R分别为-1,0.06,0.5,每种环境下均采用4种应力。腐蚀装置为自制介质盒,试样的工作段完全浸没于腐蚀环境中。采用成组法确定试样的中值S-N曲线[12]。保证实验数据分散在4~5级应力水平上,试样的个数要满足由变异系数确定的最少的实验件数,中值疲劳寿命区间为104~106。
2实验结果
为了研究不同环境对预腐蚀7XXX铝合金腐蚀疲劳性能的影响,首先对相同应力比不同腐蚀环境下疲劳寿命进行分析。一般情况下,结构疲劳寿命服从对数正态分布,腐蚀只降低疲劳寿命,并不改变寿命值的几率分布规律[13]。对实验中所有的实验结果按对数正态分布进行处理,实验件数量必须满足γ=95%的置信度要求。
用小子样数据估计母体参数,根据实验数据及式(1)~(3)分别计算盐水、实验室空气、潮湿空气以及油箱积水环境下子样的平均值x-、标准差s和变异系数Cv,实验结果如表3所示。
其中n为子样的观测个数,δmax为误差限度,一般情况下可取δmax=5%[14],tγ是概率密度函数,可依据子样的观测值个数n查表获得。
根据表3的实验结果,以最大应力σmax为纵坐标,疲劳寿命N为横坐标,绘制在不同应力比下4种实验环境的中值S-N曲线,如图3所示。
3分析与讨论
3.1疲劳寿命曲线
由图3可见,三种应力比下的实验室空气及潮湿空气的疲劳寿命数据都有着比较大的分散性,而且是应力越低,分散性就越大。因为在低应力水平上,试样的疲劳寿命变长,局部微观塑性变形变小,使得裂纹萌生阶段变长,裂纹扩展所占的比例变小,而裂纹的形成又受到材料的微观结构、局部组织缺陷及周围环境等多种因素的影响,所以分散性变大。而盐水环境和油箱积水环境的实验结果比较集中,分散性较小。因为在盐水和油箱积水环境中,由于腐蚀介质的存在,加速了裂纹的扩展,从而缩短了裂纹萌生阶段,减少了占疲劳寿命的比例,因此数据比较集中。
预腐蚀7XXX铝合金的疲劳寿命受腐蚀环境的影响从重到轻依次是:油箱积水、盐水、潮湿空气和实验室空气,这与民机 结构环境 分类的原 则是一致的[15]。实验室空气环境受污染较小,温湿度也适中,对试样的疲劳寿命影响最小。潮湿空气中的水蒸气与试样表面发生反应形成原子氢,原子氢具有较强的活性,从而引发铝合金的氢脆,产生应力集中现象,因此腐蚀速率就要比实验室空气中快。在盐水腐蚀环境中,大量氯离子的存在破坏了试样表面的钝化膜,从而加速了腐蚀的进行,对疲劳寿命的影响要比潮湿空气要大。在油箱积水中除了含有较多的氯离子之外,还有少量的硫酸根离子及多种金属离子,这些都是强腐蚀介质,因此对疲劳寿命的影响最为严重。
当应力比为0.5和0.06时,盐水和油箱积水环境下的疲劳寿命曲线在N=105循环次数 之后几乎 重合,即在低应力水平区盐水和油箱积水环境对疲劳寿命的影响基本相同。而应力比为-1时则不同,盐水下的疲劳寿命总是略低于油箱积水环境下的疲劳寿命。在拉-拉疲劳时,潮湿空气下的疲劳寿命比实验室空气下的略低,降低的幅度随着应力的降低而增大,而拉-压疲劳时,潮湿空气相比实验室空气下的疲劳寿命随着应力的降低,降低的幅度比拉-拉疲劳时要略大。
腐蚀环境对 材料的疲 劳性能有 较大影响,对应N=105循环次数,盐水、油箱积水、潮湿空气环境下的疲劳强度分 别为实验 室空气下 的53.5%,53.6%,93.1%(R=0.5),40.4%,39.2%,92.3%(R=0.06),41.9%,35.9%,91.8%(R=-1)。
3.2疲劳断口形貌
利用S-3400N扫描电子显微镜 对应力比 为0.5时不同环境下的疲劳断口进行了观察,图4为7XXX铝合金疲劳断口形貌。由图4可见,不同环境中的疲劳裂纹萌生部位基本一致,均在表面点蚀处,如图(a),(c),(e),(g)中箭头所示,说明预腐蚀损伤对疲劳寿命的有一定影响,腐蚀坑引起了应力集中,在腐蚀环境的作用下又加速了裂纹的形成。在实验室空气中断口形貌呈现疲劳条带,多为塑性条带。在潮湿空气、盐水和油箱积水环境下的疲劳断口多呈解理、准解理形貌,脆性条带的比重增加,以疲劳源为中心向外辐射的放射台阶和条纹与裂纹扩展的方向一致。通过观察可以看到,盐水和油箱积水环境下的疲劳断口有少量的腐蚀产物。
图47XXX 铝合金疲劳断口形貌(a),(b)实验室空气;(c),(d)潮湿空气;(e),(f)盐水环境;(g),(h)油箱积水Fig.4Micrographsofthefatiguefracturesurfaceof7XXXaluminumalloy(a),(b)labair;(c),(d)wetair;(e),(f)3.5%NaClsolution;(g),(h)waterinfueltank
4结论
(1)预腐蚀7XXX铝合金的疲劳寿命受腐蚀环境的影响从重到轻依次是:油箱积水、盐水、潮湿空气和实验室空气。
(2)实验室空气及潮湿空气的疲劳寿命数据都有着比较大的分散性,而且是应力越低,分散性就越大。而盐水环境和油箱积水环境的实验结果比较集中,分散性较小。
(3)当应力比为0.5和0.06时,低应力水平区盐水和油箱积水环境对疲劳寿命的影响基本相同,潮湿空气下的疲劳寿命比实验室空气下的略低,降低的幅度随着应力的降低而增大。当应力比为-1时,盐水下的疲劳寿命略低于油箱积水环境下的疲劳寿命,潮湿空气相比实验室空气下的疲劳寿命随着应力的降低,降低的幅度比应力比为0.5和0.06时要略大。
腐蚀机制 篇3
关键词：油井腐蚀,监测技术,腐蚀原因,防腐措施
我国石油开采领域中油井的腐蚀问题目前究竟是一个什么样的状况呢?笔者将首先介绍一下我国油井腐蚀的问题现状;然后, 笔者将对我国目前采用的油井腐蚀监测技术进行简单的介绍;接着, 笔者将根据自己多年以来的工作经验总结造成油井腐蚀的因素;最后, 笔者针对造成油井腐蚀的重要因素提出针对性的防腐措施。
1 油井腐蚀的问题现状
目前我国石油开采产业的油井腐蚀情况十分严重。石油作业的环境是“高压, 高温, 高含水, 高矿化度”。在这样的环境下作业, 油井, 石油管道, 泵, 机器都十分容易腐蚀。每年石油产业因腐蚀问题造成的经济损失达到十几亿元人民币!这损失里面包括直接的经济损失, 还包括因腐蚀严重导致的停产, 停业损失。而且后者比前者还要大得多!目前我国石油企业对于油井腐蚀的问题十分重视, 采用了一系列科学的油井腐蚀监测技术对油井进行时时的监测, 同时还采用了有效的防腐手段, 减缓油井的腐蚀速度。可以说, 石油企业采用油井腐蚀监测技术以及一系列的防腐措施以来, 油井腐蚀所造成的严重经济损失已经大大减少了。不过, 目前我国所采用的油井腐蚀监测技术以及防腐手段还有很多地方落后于欧美, 日本等发达国家, 所以仍需要百尺竿头更进一步, 不断地努力, 缩小与国际领先水平的距离!
2 油井腐蚀监测技术之浅谈
2.1 井下挂环器
井下挂环器是目前较为先进的技术, 实施起来也比较简单易行, 是将挂环器与油井管道连接安装在一起, 下到油井之中。与油井处于同样的腐蚀环境之下, 且与油井的材质相同, 通过对挂环器的腐蚀程度的监测, 可以得知油井的腐蚀情况。
2.2 井下挂环器之使用
挂环器使用前需要清洗, 干燥, 称重。油井中不同部位的腐蚀情况是不同的, 所以在腐蚀情况不同的地方都需要进行安装挂环器。隔一段时间后取出油井上的挂环器, 对挂环器的腐蚀情况进行监测以此来推断油井的腐蚀状况。监测工作开始前需要对挂环器进行清洗, 干燥, 称重处理。接着通过使用螺旋测微器, 游标卡尺对挂环器的物理参数进行精确地测量。需要精确测量的挂环器物理参数包括挂环器的质量, 厚度, 表面积的腐蚀面积等。然后将这些物理参数与挂环器的原先参数进行比较计算, 从而得知挂环器的腐蚀程度, 腐蚀面积等。根据测得的结果对挂环器所在油井的部位腐蚀情况进行精确地估算。将最终的腐蚀监测结论填表处理, 存档。如果腐蚀情况严重, 还需要根据最终的监测结果及时处理, 包括涂抹防腐蚀剂, 更换阳极金属, 亦或者更换油井的管道, 防止腐蚀问题造成油井的停产, 停业。
3 造成油井腐蚀严重的因素
3.1 出产原油含水量原因
油井出产原油中的含水量将会大大影响到油井的腐蚀。现代理论认为当出产原油中的含水量高达百分之七十的时候, 出产的原油类型就会改变, 从油包水型转变为水包油型, 后者对油井的腐蚀情况十分严重, 腐蚀的速度极快。
3.2 出产原油中可溶性气体的原因
目前在出产原油的过程中, 由于油井气密性的原因, 较多的混有二氧化碳, 二氧化硫这些空气中含量较高的酸性气体, (在原油开采地, 由于工业生产的进行, 产生较多的二氧化碳气体和二氧化硫气体, 故而油井附近的空气中二氧化碳以及二氧化硫等酸性气体的浓度要比一般的空气大得多。) 这些酸性气体溶于出产原油中形成中强酸, 对铁制, 或者钢制的油井管道腐蚀严重。
3.3 出产原油中矿化度的原因
在出产的原油中, 溶有的矿物盐的多少即矿物度的高低直接关系到了油井管道的腐蚀情况。一般而言, 出产原油中含有的可溶性盐越多, 对油井管道造成的腐蚀也就越严重。在开采原油的产地, 产地的地质环境不同, 地质发展的历史不同, 油层矿物度的高低也不同。然而我国在开采原油方面, 使用的油井管道, 基本上属于统一的材质, 所以对于矿物度较高的原油产地, 没有相应地加强油井管道的材质, 就特别容易腐蚀易报废。
3.4 采油作业的工作环境问题
目前我国采油作业的工作环境一般是高温的环境。很多腐蚀反应在高温的环境下, 反应速率快, 对油井管道的腐蚀情况严重。
4 油井防腐措施若干浅谈
4.1 采油管道的材质
油井管道的材质决定其被腐蚀的速度。若油井管道中的杂质含量较高, 那么腐蚀速度就会大大提高;若油井管道的管壁较薄, 不符合标准, 存在偷工减料, 那么油井的管道很容易被腐蚀坏, 对生产作业造成严重的影响。所以在油井管道的材质方面应该严格把关, 保证管道的材质可靠, 管壁厚度符合标准。
4.2 防腐蚀剂的科学使用
防腐蚀剂的科学使用可以减缓油井管道的腐蚀速度。比如在油井的一些极易腐蚀的管道处涂抹防腐蚀剂。防腐蚀剂的使用需要注意配比, 用量, 更新等问题。科学合理的配比用量, 可以将防腐蚀剂的防腐蚀作用发挥到最大;形成规范的保养机制, 对油井的管道定期进行防腐蚀剂涂抹。
4.3 电化学保护技术
我们可以采用电化学的技术来减缓油井管道的腐蚀速度。电化学保护技术分为阴极保护法和牺牲阳极与缓冲剂结合使用的保护法两种。第一种阴极保护法是指使用一种比油井管道金属材质更活泼的金属, 将其埋藏在油井管道的附近并使用导线将二者连接起来, 形成闭合回路。当发生腐蚀反应时, 因附加金属的活泼性更强 (即还原性更强) , 在氧化还原反应中作为阳极, 反应得到电子, 被氧化腐蚀, 从而使油井的金属管道在电化学反应中作为阴极, 由附着在阴极附近的水或者溶于水后的离子失电子被还原, 而油井的金属管道则被保护起来。第二种牺牲阳极与缓冲剂结合的保护法的电化学技术部分与阴极保护法相同, 操作程序相当, 只是在油井管道上再多加一层保障, 即涂抹防腐蚀剂, 这样油井管道就会与空气, 水蒸汽隔绝, 更好地保障在电化学反应的过程中, 油井管道不会作为实际参与反应的一部分。
4.4 改良生产技术
随着科技的不断发展, 相信采油的技术在未来也会有所革新。通过不断地进行技术改良, 改善石油开采的开采环境, 注重环保开采, 减少酸性气体的排放;改良生产环节程序, 简化原油开采的流程, 减少油井管道的使用数量, 都将大大降低油井管道的腐蚀, 减少油井腐蚀对生产造成的巨大经济损失。改良生产技术是从根本上解决油井腐蚀问题的途径。然而, 目前开采石油的领域各方面的技术, 理论已经趋于成熟, 对于新的理论研究, 新的技术使用还没有有效地进展。所以, 短期以来改良技术的手段还只是建议层面上的油井防腐措施, 不过同样应该引起人们的注意和重视!
5 结语
最后综上文之介绍, 虽然我们无法完全避免油井的腐蚀, 但是我们可以采用科学的监测技术, 有效的防腐手段, 减缓油井腐蚀的同时, 对油井的腐蚀问题做到时时的监控, 掌握油井的腐蚀状况。采用先进的监测技术, 有效的防腐手段, 对于提高石油的出产率, 提升石油开采产业的经济效益都有着重要的意义。同时, 也将大大降低油井腐蚀对环境污染的危险系数。让人们真正感受到科技让生活更加美好。笔者在文中的观点, 认识难免有盲人摸象之处, 仅希望能与读者相互交流, 共同进步。同时希望对于推动我国油井腐蚀问题的研究发展能贡献出一己微薄之力!
参考文献
[1]皮艳慧, 张哲, 何梦醒, 汪是洋.Microcor腐蚀监测技术及其应用[J].管道技术与设备.2013 (05) .
[2]吴保玉, 张新发, 李养池, 吴伟然, 李世勇.大牛地气田含硫气井腐蚀监测[J].全面腐蚀控制.2012 (10) .
腐蚀机制 篇4
因此,对失效部件进行化学成分分析,材料金相组织分析,腐蚀特征分析和腐蚀产物分析,对凿槽型腐蚀的形成机理进行研究,从而找到解决腐蚀失效的办法和方案。
1 宏观检查
喷淋冷却器入口短节的规格为Φ133mm×5mm短管,标称材质20#钢,入口短节有环焊缝,外表面有白色和褐色腐蚀产物,松散易清理。管内壁存在较厚的氧化腐蚀产物,呈褐色和铁锈红色,坚硬不易清理,局部产物脱落,裸露出环焊缝。
喷淋冷却器入口短节在直管段内壁有一道环形焊缝,焊缝附近形成环向的腐蚀沟槽。与物料接触的管内壁,存在较厚的氧化腐蚀产物,呈褐色和黑褐色。氧化产物脱落的母材裸露部位腐蚀减薄比较厉害,呈铁锈红色,并形成凿槽型腐蚀。在腐蚀沟槽底部有一腐蚀穿孔孔洞。
2 材质化学成分和金相组织分析结果
在短节直管段上取样,进行化学成分分析,经过判定,短节的化学成分符合GB/T699-1999《优质碳素结构钢》中的20#钢规定[2,3],焊缝的化学成分也符合规范。
经金相显微镜照片分析,短节基体金属、焊缝以及焊缝热影响区三个部位的金相组织均无过热现象,珠光体无球化,晶粒没有明显长大。焊缝及热影响区组织也是低碳钢的常见特征组织无异常,减薄区域与正常部位的组织相同,符合铁素体碳钢的焊接工艺要求,从而排除了因为焊接过程有失误造成腐蚀穿孔的可能性。
3 腐蚀产物组成结构分析
对内壁腐蚀产物进行能谱X-ray成分分析和X-ray衍射结构分析,X-ray成分分析表明,腐蚀产物中含有大量的氧、钠、硫、钙、铁及少量的铝、氯、钾、钛和铬。腐蚀产物X-ray衍射谱峰和计算机检索结果表明,腐蚀反应生成物主要为四氧化三铁和硅氧化铁、硅酸盐等混合物。
腐蚀产物分析结果表明,短节内壁腐蚀产物主要为Fe3O4,其中还含有大量的Na元素,符合碳钢在高温NaOH介质环境中的腐蚀产物特征。短节外壁因受到污染,能谱分析结果腐蚀产物成分出现较大的偏差,但主要成分可判定为Fe2O3和Fe3O4,符合碳钢在湿空气环境下内氧化[4,5]的腐蚀产物特征。
4 凿槽型腐蚀沟槽形成原因分析
4.1 腐蚀产物形成原因分析
从以上分析数据可知,入口短节内壁腐蚀产物的形成原因是,在充满高温气态NaOH水蒸汽的环境中,水蒸汽中的溶解氧作为氧化剂对金属产生氧化腐蚀。碳钢在NaOH水蒸汽中,最初生成化学性质不稳定的铁红色Fe2O3,最终由Fe2O3形成性质更为稳定的黑褐色偏铁酸亚铁盐Fe(FeO2)2化合物,即Fe3O4。其反应方程式如下[6]:
2Fe + H2O + O2 → Fe2O3 + H2↑
2Fe + H2O + 1/2O2 → 2FeO + H2↑
查阅相关资料文献可知,一般来说,当温度处于常温时,由于氧化物固结在金属表面上,形成一层固态的氧化膜,在一定程度上阻滞了金属与介质之间的物质传递,因而起了一定的保护作用。但当环境温度高于200℃时,金属氧化膜与NaOH可发生反应形成可溶性的钠盐,从而破坏了氧化膜的致密性。
在喷淋冷却器中,入口短节内壁工作温度约为250℃左右,超过发生高温碱腐蚀的温度上限。此时铁能够以铁氧离子FeO2-的形式溶解而产生碱腐蚀形成亚铁酸盐,并且使金属的表面氧化膜和金属都发生溶解。其反应方程式如下[7]:
Fe +2NaOH → Na2FeO2 + H2↑
Fe3O4 +4NaOH → 2NaFeO2 + Na2FeO2 + 2H2O↑
考虑到NaOH水溶液在高温下为气态,NaOH和水分子离散分布在工作空间内,钠盐在形成以后存留在Fe3O4氧化膜内,逐渐被物料溶解、冲刷掉。这使得Fe3O4氧化膜受到局部侵蚀,结构变得疏松,而水蒸汽中游离态的溶解氧很容易透过氧化物层对基体金属造成直接腐蚀,造成基体组织的海绵化。
金属的基体组织一旦被海绵化,其耐腐蚀性能和机械性能将变得很差。伴随着氧化膜的增厚,NaOH溶液容易被封存在海绵状组织的间隙,使得金属基体不断暴露在NaOH碱环境中,间隙也在不断地扩大、蔓延,最终形成局部腐蚀。因此,碱腐蚀具有选择性和局域性,往往集中腐蚀金属构件的某一减薄部位,最后形成穿孔。
4.2 氧化物的剥蚀与腐蚀穿孔的形成
由前文所作的入口短节腐蚀形貌分析可知,在有氧化腐蚀产物覆盖的部位,减薄的不严重,而在氧化产物剥落的母材裸露部位腐蚀减薄比较厉害。碱腐蚀往往是在氧化膜剥落的部位先形成基体金属减薄,再形成穿孔。造成氧化膜脱落主要有两方面的原因:(1)氧化膜内应力的形成;(2)氧化膜与金属衬底间的结合力的大小。
氧化膜的形成与剥落的步骤是:(1)氧化膜的生成与长大;(2)氧化膜的开裂;由于氧化膜生长衬底的材料结构和几何形状的不同,导致氧化膜的热膨胀系数不同,从而产生内应力造成开裂;(3)母材基体的裸露:氧化膜在物料冲刷下剥落,裸露出母材金属;(4)腐蚀积液坑的形成:腐蚀性液体积攒在氧化物与母材之间的间隙,形成腐蚀积液坑,造成局部腐蚀;(5)腐蚀沟槽的扩大:腐蚀积液坑不断扩展形成沟槽形腐蚀。
5 结论
通过以上分析,可知碱腐蚀之所以具有选择性和局域性,是由于NaOH水溶液蒸气对氧化膜的侵蚀形成了对金属基体的内氧化腐蚀。随着腐蚀的深入,氧化膜逐渐增厚,在金属基体的焊缝等较薄弱部位,就容易发生起皮、开裂和崩落,使碱腐蚀在裸露的基体金属部位得以继续进行,造成碱腐蚀的局域性。
为防止碱腐蚀穿孔的发生,必须根据设备的工艺条件和结构特点对设备进行改造。考虑到该设备工艺操作环境的特殊性(高温、碱环境),使得化工设备上常用的金属镀层和化学覆盖、有机涂层喷涂等防护手段的使用受到了限制。因此,根据以上所述的设备运行环境和腐蚀类型特点,将材质更换为耐高温碱腐蚀的金属材料[8]。
另外,内氧化腐蚀也是高温碱腐蚀的一个重要诱因,因此,还可以考虑对NaOH水溶液进行脱氧处理,降低氧化腐蚀造成的危害,从而延长设备使用寿命。
摘要：本研究针对喷淋冷却器入口短节频繁出现的腐蚀泄漏问题,从材质、腐蚀产物、运行工况等方面对凿槽型腐蚀造成的腐蚀穿孔进行了分析,提出了相应的防腐技术措施。
关键词：碱腐蚀,凿槽型腐蚀沟槽,海绵化,内氧化
参考文献
[1]徐洪.高压锅炉水冷壁管碱腐蚀诊断与机理研究[J].中国电机工程学报,2003,2(23):183-187.
[2]王非.换热器[M].北京:化学出版社,2002.
[3]秦叔经.化工设备用钢[M].北京:化学出版社,2003.
[4]徐洪.高压汽包锅炉水冷壁管爆管分析[J].理化检验——物理分册,2002,10(38):445-447.
[5]何冰流.过热器爆管原因分析及对策[J].石油化工安全技术,2000,1(8):25-29.
[6]邹永辉,王萍.锅炉氧腐蚀问题及除氧方法[J].甘肃科技,2004,5(5):166-169.
[7]金强,商玉华.氯碱腐蚀与常用耐蚀性材料的选择应用[J].氯碱工业,2005,5(5):39-41.
浅论防腐蚀节能管理中的腐蚀监测 篇5
重腐蚀行业中的石油化工、有色金属冶炼、食品发酵及贮藏等国家的经济支柱产业企业,属高耗能、高污染,是国家重点治理的对象。作者随着防腐工程队施工,曾经到过上百家类似企业,目睹腐蚀给企业造成严重的经济损失和难以弥补的环境污染。部分企业对腐蚀节能管理的腐蚀监测非常重视,在单项监测系统的投资比重较大,但与其良好的防腐蚀效果相比,其比重还是很小的。腐蚀监测对防腐蚀节能管理非常重要,是保证长效固定设备减缓腐蚀的有效措施。
1 落实腐蚀监测管理,达到安全节能目的
气、液相腐蚀监测的节能管理,其主要功能是使设备的老化程度降到最低,延缓腐蚀速率,最大可能地延长设备的工作寿命,从而达到节能降耗、减少成本投资及钢材的单位损耗量,实现绿色环保,增加长效固定设备资源的工作周期,提高安全可靠性,将事故造成的影响减到最小。通过系统地测试设备腐蚀(或老化、脆性化)的速率,测试影响腐蚀速率的工艺过程、环境状况变化等,以达到节能、安全、投资长效固定设备的目的。在腐蚀监测措施中,自动化在线腐蚀监测仪表不仅可以显示腐蚀控制措施实施的效果,而且也有助于了解腐蚀发生的初始及循序过程,确保在腐蚀控制领域的节能、安全、投资得以有效管理。
自动化在线腐蚀监测仪表主要用于事故的监控预防,可进行周期性或连续性监测长效固定设备资源潜在的事故征兆,以期在泄漏、温变、侵蚀等能耗安全事故发生之前,有计划地采取预防措施。记录与报警方式的选择十分重要,迹象和征兆的反馈应精确可靠,重点部位可实行并联监测措施,增加报警的可靠度,及时反映迫近的危害,保证充裕的时间间隔,使应急预防措施得以准确地实施。迹象监测的工艺参数有温度、压力、气液态的化学组分等,或孔蚀深度、开裂痕迹、均匀减薄量、蠕变量、振动、晶间腐蚀速率等。
2 超前监测危险信息,调节改变工艺环境
根据危险信息存在的条件与识别特点,可选择不同的监测方法和方式,使仪器仪表有助于显示产生变化的原因和影响的范围,连续或间歇反馈数据的获得由采用的监测装置得以实现,利用记录下的精确信息,不仅可以评价分析危险存在的充分条件,而且也可以显示因环境和工艺操作参数的改变所产生的不利影响。
腐蚀监测不同于腐蚀检测,腐蚀检测属于定时、定点的常规法定检验,通常是事先计划检测程序,由专业人员在事先主观认定的部位实施检测,间隔时间较长,当发现腐蚀危害时,事故可能已经发生了,为事后被动检测。腐蚀监测或监视则为主动的事前检测,其信息的反馈更具有实际意义,在获得不良腐蚀信号后,就可及时调整工艺参数,防患于未然。采取有效并措施得当的防腐蚀手段,不仅在安全上得到了保障,在节能与实际节约投资上将更为可观。
在线腐蚀监测系统应用与建设项目节能管理“三同时”进行实施,在设计、施工、投入生产和使用阶段就应配套实施,不断完善,才能达到消除和控制建设项目中的危险有害因素。腐蚀监测是非插入式的快速、连续、实时探测,间隔非常短,并有规律性的腐蚀检测方法,可探测反映生产全过程中各种环境条件与工艺参数的变化,有助于管理者及时了解和分析即将发生和已发生的腐蚀情况,通过调整生产过程中的各种工艺参数,调节改变工艺环境,采取适时的技术措施,如调压、调温、添加缓蚀剂等,可防止腐蚀发生和减缓其向深层发展,将腐蚀破坏的影响降到最低。
3 加强腐蚀节能监测手段,引进适用配套仪器仪表
“跑、冒、滴、漏”对长效固定设备造成的腐蚀破坏,一直是企业节能管理向高效清洁节能目标迈进的瓶颈。所以,为了更好地实现高耗能企业节能降耗、绿色环保的总体目标,配合党的“十七大”提出的节能降耗,实现绿色清洁环保的总体计划,在企业设备投入完好达标的前提下,再进行主动预防性的腐蚀监测是非常重要的。腐蚀监测通常有内部和外部检测两大类型,具体方法种类比较繁多。如:巡视检测、超声波检测、工艺参数测试记录、化学消耗鉴定、试件(试片)分析、化学取样、泄漏的气液相探测等。这些传统方法都是以实际观测和分析为基础的,主要是分析计算微量金属的损失量,多以操作管理者的经验和专业知识为基础。目前,以声光磁电探测、遥感探测电脑综合监控分析,测量电阻值的线性极化阻抗的现代先进监测技术已逐渐或广泛地应用于腐蚀监测控制系统中。
新型的以测定电流和潜在噪音为基理的在线腐蚀监测仪表装置,类似于传统的振动分析技术,它可使长效固定设备的损坏在初发期就得以诊断,使防腐蚀破坏的节能管理更加深入化,而且近几年在部分发达国家使用预测性维护中表现得也十分可靠。腐蚀监测仪表可长效适时监测,可同时监测瞬时的电流和电位,这些参数与腐蚀的初步产生和深度发展密不可分(金属浸溶在电解质中)。这些瞬间信号常用于显示自然及超常腐蚀的特征,可作为评价腐蚀速率、侵蚀率的重要常项指标。
4 开展预测维护策略,建立技术分析系统
为保证设备的正常运行,达到节约能源、减少维护费用的目的,设备运转中的基本维修费用通常是维持正常工作所花费最多的一项。查证相关统计资料,再把预防性与预测性维护的维护策略的成本与补偿性维护相比,预防性维护策略,可使运行和维护费用降低1/3;而进一步实施预测性维护策略又能使运行的维护费用再降低1/3左右。所以,开展预测性设备维护策略,将在多效节能管理工作中大有可为,可将节能深入化向国际先进行列迈进一大步。
预测性维护必须借助于在线的各种腐蚀监测仪器,通过计算机将所建立的各种技术数据加以编译归纳处理,预测未来可能发生的腐蚀行为,使处于事故临界状态到设备补救和维护的目标更加明确,更加准确。若得以实施将延长设备使用寿命,节能降耗,提高长效固定设备的更新周期,改进产品质量以及减少环境污染等。
为实现预测性维护,通常实施周期或间歇性监测,主要考虑下列因素:可避免事故的发生;可利用短暂的报警时间;机械故障的随意性。这种监测比在线或连续性监测要经济。其检测的频率主要是:腐蚀的迹象产生到事故发生时间,监测的手段、时间、次数的可信度是否与报警时间同步。以非扰动性技术为基础的现代化监测系统多实施在线或连续监测,发现显示局部侵蚀以及均匀腐蚀的电化学信号。监视系统能够通过信号来识别各种腐蚀机率,并依照事故的腐蚀速率进行归类,并与事故发生的瞬间操作环境相联系,通过对腐蚀严重程度的监控和对事故持续演变范围的监控,来加以限制或排除事故的后果。
5 强化腐蚀监测措施,努力实现节能达标
设备腐蚀有内外部腐蚀,有小速率的均匀腐蚀,也有破坏严重的大速率点状腐蚀(孔蚀)及绽隙腐蚀(晶间)等等。为了深入化地实现设备使用寿命长、完好率高的目标及减少环境污染,提高安全能力,节能不仅是原辅材料的投入与产出的工作,石化、有色金属冶炼、发酵工业设备体本的腐蚀老化速率更是决定企业节能降耗,延长使用寿命,增加产品附加值,甚至决定企业命运的大事。
腐蚀监测系统就是设备腐蚀的侦察兵,中枢指挥控制系统是举足轻重的,在腐蚀监测的程序中必须有计划、有重点地采取必要预防策略,防止失误、漏测。目前,国内外的许多研究人员更加关注监测数据、资料的使用。检测措施还可以进行设定的资料程序加以补充。监测程序在节能管理“三同时”的基础上还可以进行设定和发展的条件,并及时采取补救措施。对于部分特殊工艺参数的监测,应仔细分析评价选择的检测单元位置与监测的间歇频率,不适当的检测位置及不适当的高频率监测次数,很有可能导致较高的监测成本,重复得到大量多余的没有实际意义的数据。进行投入与产出等效的、经济合理的程序控制腐蚀速率,可减少突发的意外的危害。实施监测需要注意的另外一个问题是确定测试频率,如腐蚀单元评价,进行间歇测试,对重要的有意义的参数进行特别权重测试,如:季节、气候、土壤条件、地下水位、水质、初始环境被破坏后等,通常将采用正确的监测方法所获取的定性或定量信息同测试频率和所测定参数的最小测定确定值综合考虑。
6 结论
防腐蚀是个系统工程,它贯穿可行性研究、设计、制造、运输、安装、运行管理、跟踪腐蚀监测的全过程。只强调腐蚀监测的作用是不可取的,必须采取有计划的、严格的、规范的跟踪预防措施,使腐蚀控制在某项工程的前期准备阶段,中期的施工阶段达到相应的国家标准,行业规范,在确保验收合格的前提下,才能确保后期的运行管理腐蚀监测达到相应的目的。长效固定设备减缓腐蚀,适时延长使用寿命,这将在整个加工制造业带来新的一次工业革命,使各类能源紧缺得到缓解,人类可利用资源可延长开发、使用,实现真正意义上的节能,只有节能才能实现实际意义的绿色环保。
摘要：讨论腐蚀监测以及它在防腐蚀节能管理中的作用,通过落实腐蚀监测管理,从而达到安全高效节能的目的。针对腐蚀行业的特殊性,实现节能降耗的深入化管理,必须先从源头上达到规范化的防腐蚀能力,利用信息技术,大量使用各种类型自动化仪表,再实现从预防性维护到预测性维护观念的根本转变,使腐蚀节能管理与资产管理的概念逐步系统化、统一化,才能实现真正意义上的大节能、大环保。
关键词：腐蚀速率,综合能源消耗,腐蚀监测,节能管理“三同时”
参考文献
[1]化学工业部化工机械研究院.腐蚀与防护手册[M].北京:化学工业出版社出版,1991.
[2]高天青.PCM在地下管线探测中的应用[J].福建地质,2005,25(3):191.
[3]米琪,李庆林,等.管道防腐手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1994.
[4]中国腐蚀与防护学会编辑委员会.金属腐蚀手册[M].上海:上海科学技术出版社,1987.
[5]张远声.从腐蚀破坏事例谈防腐蚀知识[J].化工腐蚀与防护,1995,(2):56-61.
腐蚀机制 篇6
1 氯碱企业中的主要腐蚀源
1.1 氯气
在氯碱化工生产中, 氯气是重要的生产原料, 同时对生产装置也具有较强的腐蚀性。如果在常温干燥的状态下, 对于金属的腐蚀性较低, 但是当温度升高时, 腐蚀性就会加剧。当湿氯气中的氯与水反应后就会形成具有较强腐蚀性的盐酸和次氯酸, 这种物质对很多的金属材料都会产生腐蚀作用, 比如碳钢、铝以及不锈钢等材质的生产装置。只有部分金属材料和非金属材料才具有对抗其腐蚀性的性能, 所以针对于电解质产生的湿氯气采取干燥措施除水有很大的必要性。
1.2 酸
盐酸是在生产氯碱的过程中所产生的附属产物, 而硫酸也是生产工艺中会使用的材料, 这两种酸对于生产装置以及管道都会产生严重的腐蚀, 所以要做好相应的防腐措施。
1.3 烧碱的腐蚀与防护
烧碱是氯碱生产的主要产品, 在锅式法固碱生产过程中, 烧碱溶液在浓缩的状态下会对设备造成严重的腐蚀。在存放烧碱的装置中, 可能会因为应力腐蚀的作用而导致设备开裂等破坏现象。所以对于烧碱经过的管路以及存放烧碱的装置, 要采取防腐措施, 以延长装置的使用寿命。
1.4 盐水
盐水与金属容易构成腐蚀电池使金属失去电子被溶解, 因而在设计选材时常采用非金属材料隔离层措施保护金属。
1.5 尾气腐蚀
氯碱生产主要以氯气、氯化氢气体、硫酸气及碱雾等尾气为主, 为防止其腐蚀设备、厂房、管架、管路、设备及厂房基础等, 目前多以涂料来加以保护, 更为重要的是在生产工艺中加以严格的控制, 从而有效控制和减少碱雾、酸气对土建及设备的腐蚀。
2 氯碱生产中常用设备的选材
2.1 氯气相关设备
氯气在不同的状态下对设备所产生的腐蚀性也不相同, 所以要根据氯碱生产过程中, 氯气在不同状态下所经过的设备, 有针对性的选择设备的材料来防腐。当氯气处于干燥的状态下且温度小于九十度, 生产设备可以采用碳钢材料, 在这个过程中, 氯气的温度和含水系数尤为重要, 一旦超出限度, 将会对设备造成严重的腐蚀。当氯气的温度和湿度都超出碳钢所能承受的极限值时, 就要使用钛金属作为设备的材料, 常温的状态下, 钛金属能够生成一层氧化膜, 具有较强的保护性。但是钛金属应对湿氯气的腐蚀也存在一定的范围, 在必要的情况下, 可以加入少量的贵金属以提高钛的耐腐蚀性。
2.2 盐酸相关设备
在合成盐酸装置中, 石墨材质的合成炉、换热器、吸收器已被广泛应用, 而盐酸贮槽可采用玻璃钢。不透性石墨对绝大多数腐蚀环境都有优良的耐蚀性, 包括沸点盐酸、稀硫酸、氢氟酸、有机溶剂等。只有强氧化性介质如硝酸、浓硫酸、溴和氟能破坏它。玻璃钢 (FRP) 的原材料分为增强材料和基体材料。增强材料为玻璃纤维或其织物, 是玻璃钢主要承载材料, 直接影响玻璃钢的强度和刚度。非金属材料有着较好的耐腐蚀性能, 但其使用会受介质、使用温度等限制。聚四氟乙烯 (PTFE) 具有非常优良的耐蚀、耐热性能, 除熔金属锂、钠、钾、三氟化氯、高温三氟化氧、高流速液氟外, 几乎可以抵抗所有化学介质, 使用温度为-200~260℃。
2.3 烧碱相关设备
在烧碱制备过程中, 锅式法固碱生产是主要的生产工艺, 大锅的材料一般为铸铁, 在烧碱生产的过程中, 需要使用明火对大锅进行加热, 而锅内碱的温度与锅底外壁的温度相差一倍以上, 在反复的温度变化过程中, 加之浓碱的腐蚀, 会对大锅造成腐蚀开裂。为了提高大锅的使用寿命, 在碱液电解的过程中, 尽量控制氯酸盐的生成, 以减少对大锅造成的腐蚀。在点火之前, 先向锅内加入少量的硝酸钠, 在锅内的表面形成一层氧化膜, 提高耐腐性。在进入熬碱锅之前, 先对碱液进行预热, 待达到140~150℃后, 再放入锅内。在熬制完成后, 使用热碱溶解后, 再用热水将锅洗净, 防止锅底温度出现剧烈变化。对于锅底受热不均的现象, 可以改善炉膛的结构, 并且定期的转锅, 减少偏烧和受热不均的几率。
3 采用的防腐蚀措施
3.1 电解车间
重饱和盐水预热器是腐蚀问题严重的设备, 其腐蚀主要是电化学腐蚀。若采用碳钢管道列管换热器, 不到半年, 列管就发生泄漏。紫铜管列管式换热器的使用寿命可提高到1年半以上, 并且只在法兰的密封面泄漏。电解盐水管、淡碱管的选材盐水管、淡碱管使用硬聚氯乙烯 (PVC) 管, 由于盐水在80℃以上, 淡碱在90℃以上, 使得耐温只有65℃的硬聚氯乙烯管发生变形。更换为钢衬聚丙烯管道后, 寿命可达8年以上。
3.2 盐酸车间
合成盐酸系统氯化氢气体及其液体的输送管道, 大多是硬聚氯乙烯管 (PVC) , 因其耐温只有65℃, 时间一长, 易变形而影响盐酸生产。改用钢衬聚丙烯管, 可解决了这一问题, 从而确保合成盐酸的安全生产。盐酸是强腐蚀剂, 因此, 氯碱厂盐酸车间的储罐、计量罐、喷射吸收水罐, 均采用碳钢体内衬橡胶的防腐设备, 使用时间达20年以上。
3.3 蒸发车间
碳钢等材质的浓碱冷却罐易发生应力腐蚀开裂, 可采用1Cr18Ni9Ti不锈钢材质替代。
结束语
在氯碱生产的过程中, 所使用的原材料以及生产过程中产生的附属物质, 都具有较强的腐蚀性, 对生产装置会造成不同程度的腐蚀, 缩短了设备的使用寿命, 严重威胁到生产安全。所以为了降低腐蚀性, 要根据腐蚀物质的性质以及其所经历的生产工艺, 在生产设备方面要有针对性的选择防腐材料, 并且不断的优化生产工艺, 降低腐蚀性, 提高生产过程的安全性。
摘要：氯碱生产企业是我国重要的化工生产企业, 在促进工业经济发展方面起到了重要的作用。氯碱在生产的过程中具有较强的腐蚀性, 所以对于使用的机械设备以及生产工艺要做好充足的防护措施, 为生产的安全运行提供有利的条件。文章对于氯碱生产中常见的腐蚀源进行了分析, 然后提出了防腐措施, 对于提高氯碱生产企业的安全性具有重要的意义。
关键词：氯碱,腐蚀,材料
参考文献
[1]逯军正, 何冠平, 王庆.氯碱工业中的腐蚀与防护[J].中国氯碱, 2010, 3, 25.
[2]陈燕鹏, 董振国.氯碱生产中的腐蚀及常用防腐蚀措施[J].全面腐蚀控制, 2010, 3, 28.