系统腐蚀（共11篇）
系统腐蚀 篇1
引言
随着社会经济的快速发展, 设备腐蚀为化工厂带来的经济损失及人员伤亡日益严重。在不影响系统正常运作的基础上, 对设备腐蚀速率及相关参数进行连续测量的在线腐蚀监测技术发展迅速。同时, 此技术的研究与应用已成为国内石化企业的重要研究课题之一。
1 设备腐烛机理类型
根据化工设备腐蚀作用机理, 金属腐蚀机理主要包含化学、电化学、生物及物理四种腐蚀类型。据数据显示, 化学与电化学腐蚀在化工企业比较常见, 尤其电化学更是普遍存在。
1.1 化学腐蚀
该腐蚀主要是指金属表面直接与非电解质发生化学反应, 从而对金属造成一系列破坏。如果发生氧化还原反应, 不会形成腐蚀电流, 此种情况下化学腐蚀会从属于化学多相反应动力学规律。比如, 在干燥气体中金属受到腐蚀, 在四氯化碳及中银成分受到腐蚀。必须要注意的是, 化学腐蚀其介质中没有水分。但在实际生产中, 单纯的化学腐蚀非常少, 主要是由于介质含水量低, 化学腐蚀会转换为电化学腐蚀。因此, 化学腐蚀是在无水干燥气体或有机溶剂情况下出现的腐蚀。
1.2 电化学腐蚀
这种腐蚀主要是由于金属与电解质溶液间出现电化学反应, 从而对金属造成损害。相较之化学腐蚀, 其主要包含阳极与阴极两个同时存在又相互独立的化学反应过程, 同时会产生一定的腐蚀电流。因此, 该腐蚀从属于电化学动力学原理。该腐蚀比较常见, 且其带来的伤害也是最大的。
2 影响金属腐烛的主要因素
腐蚀类型不同, 其影响因素也不同。就影响因素的本质而言, 金属腐蚀主要包含金属物理、化学及力学三大类影响因素。其中, 金属物理主要是材质及组织结构等对腐蚀造成的影响;金属化学主要是造成金属腐蚀的相关化学因素, 如介质、离子浓度、温度及流速等;金属力学则是指腐蚀金属受到的残余及工作等应力。总之, 在这些因素的作用下, 宏微观腐蚀电池应用而生。因此, 只有掌握各腐蚀因素规律及其破坏性, 才能制定行之有效的防腐措施。在实际生产中, 可从三方面分析设备构件腐蚀失效的影响因素。
2.1 介质
介质主要是引起金属腐蚀的外在因素。在分析腐蚀失效因素时, 首先要明确造成腐蚀的外在环境介质, 主要包含介质成分、浓度、压力、导电性、温度及流速等物理、化学及电化学等相关阐述。介质与材料不同, 其腐蚀规律也大不相同。
2.2 材质
腐蚀过程, 具体而言就是环境介质与金属表面或界面出现的化学与电化学反应。因此, 对于腐蚀过程而言, 金属材料非常关键。材质因素是造成金属腐蚀的内在因素。在分析腐蚀现象时, 材质影响因素主要分为四类。第一类, 材料冶炼质量, 主要是材料的化学成分、非金属杂物、饶注缩孔、偏析、加热及冷却白点等现象与缺陷。第二类, 材料加工质量, 主要是轧制、锻造与挤压成型的加热中形成的沿晶氧化缺陷。由于冷却速度比较快, 造成细小裂纹引起的各类缺陷, 甚至热影响区的各类不良因素。第三类, 热处理不规范。在热处理加热操作中, 由于温度过高或过烧产生晶粒大、脱碳及增碳等;在冷却及淬火中引起开裂、回火脆性、微观组织不合理等造成的缺陷。第四类, 材质表面状态, 其表面粗糙度会影响金属腐蚀形貌与速度。
2.3 结构设计
在设备结构设计中, 要尽可能避免出现不合理的应力集中与积液等现象。在确定设备材料时, 要充分考虑材质与环境的相容性。
由上可以发现, 腐蚀失效影响因素较多, 且比较复杂。在分析其时效过程时, 要综合考虑各影响因素, 才能准确判定失效成因。就化工设备而言, 介质因素是其腐蚀速率的主要影响因素。通过分析其腐蚀行为, 掌握介质因素改变, 其腐蚀速率也会改变, 这对准确判断设备腐蚀倾向非常重要。
3 分析化工企业对设备腐蚀监测管理系统的开发与应用
石化企业在长期实践中积累了大量与生产设备及管线相关的设计参数、运行情况、检测信息及维修状况等数据。这些数据为分析腐蚀失效、更换设备及制定防腐措施, 提供了数据支持。在腐蚀问题解决过程中, 如何对这些数据进行科学管理并有效运用非常关键。随着现代化网络技术水平的日益提高, 化工企业实施在线监测腐蚀的意义与作用日益凸显。本文通过计算机技术开发在线腐蚀监测管理系统, 搜集腐蚀监测数据、分析腐蚀速率及报警等, 管理设备腐蚀的研究实验结果等。化工企业可以系统化管理生产装置腐蚀数据, 确保装置可以长期稳定运行的安全性。
3.1 概述腐蚀监测管理系统
该监测管理系统包含监测与管理两大功能。腐蚀监测, 最早是腐蚀实验与无损检测现场设备等技术的融合体, 功能是通过腐蚀实验与无损检测技术, 对设备腐蚀情况进行定期在线或离线检测, 从而获得腐蚀速率及离子浓度等相关数据。监测技术的不断更新, 体现了腐蚀监测技术的发展。比如, 高温电阻与电感探针等新技术的应用, 一定程度上扩大了腐蚀监测范围, 提高了监测精度。随着现代化计算机技术与程序的开发应用, 腐蚀管理系统不断发展。目前, 系统结构主要包含浏览器与客户端两种服务器系统, 增强了软件开发功能, 提高了数据处理与分析能力, 便于快速查找与管理数据。
3.2 设计开发思路
(1) 在对设备工艺流程图及腐蚀机理研究基础上, 参照工艺流程图, 结合设备运行经验, 判断设备与管道存在的潜在损伤机理与失效位置, 从而选用合适的腐蚀监测点位置与方法。
(2) 全面设置系统结构, 确保其对数据能够在线监测搜集与离线检测输入。此外, 还能够对相关数据进行一定处理。
(3) 通过编程软件, 编制腐蚀监测管理程序, 并确保其具备腐蚀速率、剩余壁厚及腐蚀实验结果等监测管理模块。在此基础上, 得到腐蚀速率与时间、剩余壁厚与时间相关关系曲线图。如果腐蚀速率、剩余壁厚及相关参数不在程序范围内, 该监测程序自动报警, 以此防范发生腐蚀失效现象。
3.3 设计腐蚀监测方案
在设计腐蚀监测方案时, 其主要包含设计监测点与选择监测防范。必须要在工艺流程图与腐蚀机理研究前提下, 掌握生产工艺状况及设备腐蚀机理, 设计监测方案, 才能确保监测点与方法具有的代表性与经济性。
换言之, 首先要确保单个监测点具有一定的代表与区域性, 监测过程具有以偏概全的效果。其次, 监测点整体布置要具备系统性, 也就是在生产系统各环节中将监测落实到位, 才能实现全面而有效的腐蚀监测。
此外, 必须要根据实际生产状况布置监测点, 满足经济发展需求, 确保测量精度与安全可靠性。
通常, 将工况条件比较差的位置设为监测点, 主要是该位置容易发生腐蚀且速度快。具体的, 可参考以下原则选择监测点: (1) 结合设备运行状况, 将事故多发的设备与管道作为腐蚀重要监测点; (2) 从介质角度出发, 将介质相变点、积液与浓缩点及高温高压易腐蚀点作为优先监测点; (3) 从设备结构角度出发, 管道易冲蚀点、应用过程中变形与应力集中位置、设备进出口位置等是首选监测点。
3.4 选取监测方法
实际生产中, 需要综合考虑介质条件、腐蚀类型及监测点特性, 以此选取合适的检测方法, 满足精度需求, 确保监测方法的经济实用性, 降低生产成本。此外, 如果设备腐蚀比较严重, 可以采用多种监测法相互补充。常用监测方法一般有两种:挂片实验法和探针监测法。
3.4.1 挂片实验法
该监测法属于比较传统的监测, 在设备关键位置设置旁路腐蚀实验室, 掌握其腐蚀状况。对一段时间内挂片失重情况进行测量, 准确判断此处设备腐蚀速度, 并在此基础上观察腐蚀形貌, 获得材料腐蚀类型等数据。
在任何环境中都可应用该监测法, 其不但可以全面监测腐蚀速度, 也对局部腐蚀有一定的分析功能。该监测法时效性特点较显著, 即随时可以进行挂片实验检测。测试精度较高, 但是监测方法无法实现在线实时监测, 需要专门人员搜集并分析测量数据, 不具备智能化数据分析测量功能。
3.4.2 探针监测法
该监测法是现代化工企业普遍采用的一种监测法, 其监测周期较短, 可以进行实时监测, 自动测量数据。一般在金属均匀腐蚀速度的测量中常用该方法, 但是其局部腐蚀监测难度较大。
现阶段, 探头式在线测量仪应用较广。它主要包含探头、测量仪表、连接配件及数据搜集器等。既有便携式的单孔腐蚀测量仪, 也有以中心为主控制的腐蚀测量仪。各类型测量仪表由于测量机理不同, 又可分为电阻、线性极化电阻、电偶及高灵敏等不同形式的探头。现阶段, 市场上插入式探头腐蚀测量仪, 可以搜集独立或多种探头数据。
4 腐蚀监测管理系统对化工设备的作用
腐蚀监测管理系统可以有效评估设备的腐蚀状况, 及时了解化工设备管道的腐蚀程度。一旦腐蚀对管道或设备有损坏, 监测管理系统会自动报警, 从而防止事故发生。同时, 监测管理系统可以科学管理和分析一些数据, 从而获得腐蚀速率与生产参数的关系, 进而实现化工设备腐蚀问题的科学化管理。
5 结论
在石化企业生产中, 化工设备腐蚀所造成的经济损失与人员伤亡不可小觑。针对化工设备腐蚀机理, 企业要加强研究并深入分析其影响因素、腐蚀速率及机理变化规律等, 从而全面掌握化工设备腐蚀状况, 并在此基础上及时制定科学合理的防腐措施, 选择有效的腐蚀监测法, 以准确预测设备腐蚀并进行适当的控制, 将腐蚀失效防患于未然, 尽可能降低设备腐蚀造成的各类损失, 为化工设备长期稳定运行提供安全保障, 为石化企业带来社会与经济效益。
摘要：对化工设备腐蚀机理进行深入研究, 并在此基础上开发合理的腐蚀监测管理系统, 对化工企业的发展具有非常重要的现实意义。
关键词：化工设备,腐蚀机理,监测管理系统
参考文献
[1]黄永昌, 张建旗.现代材料腐蚀与防护[M].上海:上海交通大学出版社, 2012.
[2]王凤平, 康万利, 敬和民.腐蚀电化学原理、方法及应用[M].北京:化学工业出版社, 2008.
[3]范强强, 华丽.在线腐蚀监测技术应用概述[J].全面腐蚀控制, 2013, 27 (7) :22-26.
系统腐蚀 篇2
利用LY12CZ板材试件进行未腐蚀试件及预腐蚀后试件的二级加载及随机谱加载的.疲劳和腐蚀疲劳试验,分析疲劳损伤累积的演化规律,发现LY12CZ板材试件纯机械疲劳与腐蚀疲劳累积损伤规律基本一致,且均为非线性;预腐蚀后试件与未腐蚀光滑试件高-低、低-高加载累积规律差异较大,并呈现出相反的结果;Miner理论能较好的适用于随机谱下的纯机械疲劳及腐蚀疲劳寿命估算.
作 者：匡林 杨晓华 张玎 卞贵学 KUANG Lin YANG Xiao-hua ZHANG Ding BIAN Gui-xue 作者单位：匡林,KUANG Lin(海军航空工程学院青岛分院,青岛,266041;海南陵水91685部队,陵水,572425)
杨晓华,张玎,卞贵学,YANG Xiao-hua,ZHANG Ding,BIAN Gui-xue(海军航空工程学院青岛分院,青岛,266041)
系统腐蚀 篇3
关键词：化肥生产；循化水系统；设备腐蚀；防护措施
中图分类号：TB857 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）05-0103-02
1 循环水系统设备腐蚀现状
设备的腐蚀是生产装置现场跑、冒、滴、漏的罪魁祸首，同时也为安全生产埋下隐患，因此加强设备腐蚀的控制和在线监测，减缓腐蚀，势在必行。由于化肥生产过程中腐蚀介质多，操作条件复杂，产生腐蚀的因素主要有：电化学腐蚀、微生物腐蚀、氯离子腐蚀和设备泄露腐蚀。
1.1 电化学腐蚀
电化学腐蚀是设备腐蚀的常见形式之一，在循环水系统设备使用过程中，电化学腐蚀不可避免。随着对电化学腐蚀机理研究的不断深入，可以将电化学腐蚀的形式归结为全面腐蚀和局部腐蚀[1]。顾名思义，全面腐蚀贯穿于整个设备之中，较为均匀的发生在金属表面，腐蚀反应速度缓慢稳定，不会引发紧急事故，而局部腐蚀紧紧集中于设备的局部区域，具有不确定性，设备突发事故的概率较大，点腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀是局部腐蚀常见形式，经过统计发现，在循环水设备中90%以上的设备事故是由局部电化学腐蚀导致的，而全面电化学腐蚀只占不到10%。在循环水设备中水与碳钢等金属直接接触时，在金属的表面会构成众多的腐蚀微电池。这是由于金属表面存在不均一性，水的导电性，而水中溶解了一定量的氧气，导致活泼部位和不活泼部位分别形成微电池的阳极区和阴极区[2]。阳极上，碳钢失去两个电子被氧化生成亚铁离子，溶于水中的氧得到2个电子，生成OH-，亚铁离子与OH-进步反应生成Fe（OH）2，氧气过量时，反应继续进行，生成物主要为FeO·OH和Fe2O3·H2O。电化学腐蚀导致阳极区的金属不断溶解，导致输水管线和设备的腐蚀损坏，设备泄露的几率增大，产生的锈瘤会堵塞设备管线。利用扫描电子显微镜和XRD对设备腐蚀的典型部位进行定性分析，结果显示，成分为Fe、Ca、Si、C、O等元素，主要为铁的氧化物和水垢的成分。
1.2 微生物引起的腐蚀
由于循环水系统结构密闭，微生物在其适宜的温度环境中得到繁殖生长，大量的微生物严重腐蚀金属设备，出现穿孔，管道堵塞现象，降低设备的热传递效率。在循环水系统中较为常见的微生物是硫酸盐还原菌。微生物腐蚀最早发现在地下管道中，研究发现，微生物腐蚀普遍存在于矿井、化工设备和循化水设备中，其对多种金属如碳钢、铝、铜等均具有腐蚀。微生物腐蚀给化肥生产企业带来了严重的经济损失，据统计，在化肥企业设备腐蚀中微生物腐蚀占30%，每年造成的损失多达上百亿，因此，微生物腐蚀引起相关研究人员的重视与关注。
循环水系统是一种特殊的生态环境，为微生物的生存提供了较为适宜的营养物质、温度、酸碱条件和氧气。微生物在适宜的条件中大量繁殖，其排泄的黏液会改变设备表面金属的理化特性，在金属表面形成粘滑的一层生物膜，微生物被包裹在膜内，由于微生物的新陈代谢，在膜内外形成氧浓度差电池，加速设备的腐蚀[3]。贫氧区作为氧浓差电池的阳极，氧含量极低，而富氧区极易得到电子形成阴极。对设备造成腐蚀的微生物种类较多，主要包括：硫酸盐还原菌、铁细菌、硫杆菌等。
硫酸盐还原菌是一种厌氧微生物，破坏能力极强，是微生物腐蚀的主要微生物之一。目前对其的腐蚀机理主要有阴极去极化理论和腐蚀产物相关理论两种。阴极去极化理论认为硫酸盐还原菌通过除去金属表面的氢原子，硫酸根还原为二价硫离子，由于此过程中有硫化铁的生成，导致了金属的腐蚀。而腐蚀产物相关理论的研究主要集中于腐蚀产物上，一般认为腐蚀产物的堆积在金属表面局部形成电池，导致腐蚀的发生。铁细菌存在于金属腐蚀污垢中，通过氧化使铁离子由二价变为三价，生成Fe（OH）3，硫化物氧化为硫酸盐，加速金属的腐蚀。硫杆菌则主要是在设备中生成酸性水，使金属发生剧烈的腐蚀。
1.3 氯离子的腐蚀
随着工业技术的发展，工业用水供求矛盾日益增大，目前企业普遍采取浓缩循环水来深挖潜能，减少新鲜水用量。但是，随着浓缩工艺的进一步优化，循环水中各离子浓度随之上升，尤其是氯离子含量达到近800 mg/L，研究发现，氯离子对设备也产生一定的腐蚀。氯离子对设备的腐蚀主要体现在碳钢的全面腐蚀和不锈钢的孔蚀两个方面。氯离子的活化性能极强，在与金属接触后，可迅速破坏金属表面的氧化膜，并可阻止金属再次成膜。氯离子的破坏氧化膜是由于换热器的不锈钢金属内部本身存在内应力，使得金属组织的稳定性减弱，内部的晶粒在应力影响下发生了错位。在金属的表面通常有一层致密的氧化膜，阻止金属与溶液的直接接触。氯离子半径小，可穿透氧化膜直接和金属接触，与金属反应生成可溶性的物质，破坏氧化膜，使金属产生腐蚀。氯离子需要到达一定浓度方可破坏氧化膜，条件的差异对氯离子的临界浓度有很大的影响，在循环水中加入稳定剂后。氯离子的临界浓度由1 000 mg/L可提升到2 000 mg/L。氯离子对设备的腐蚀也收很多因素的影响，诸如循环水的温度、酸碱性等。对腐蚀坑内外的腐蚀产物的分析结果显示：在腐蚀坑外的产物基本不含氯元素，而在坑内的腐蚀产物中含有氯元素，这是因为在孔蚀形成后，为了保持蚀孔内的电中性，氯离子率先迁移到孔内，增强了蚀孔内的酸性，进一步加速了孔蚀的速率。
1.4 设备泄露引起的腐蚀
循环水系统设备的腐蚀由内部和外部因素共同作用产生的，外部因素主要为设备陈旧，设备的泄露时有发生。化肥生产一般是通过原料间的化学合成实现的，原料的种类繁多，化学性质差异较大，一旦泄露对设备的腐蚀较为严重。氨是化肥生产的重要原料，在冷却设备泄露后，氨进入循环水系统和氧气在硝化细菌的催化作用下，通过硝化反应生成硝酸和亚硝酸，增加整个循环水系统的酸性，导致金属的腐蚀加快。同时，亚硝酸还会与杀菌剂氯反应，杀菌效果明显降低。设备泄漏后，诸如润滑油等也将进入循环水系统中，换热器的表面覆盖一层致密的油膜，设备的换热效率下降，生产成本增加。油类物质会消耗循环水中的氧气，促进厌氧类细菌的生长，导致氧化类杀菌剂的杀菌效果下降和加速点蚀的发生。油类物质的分解也为微生物提供了必需的营养物质。
2 防护措施
2.1 电化学腐蚀的防护措施
循环水设备的电化学腐蚀的成因与其所处的复杂环境有着密切的关系，这就要求不能采取单一的防护措施来解决电化学腐蚀问题。
缓蚀剂保护、覆盖层保护和电化学保护是目前在电化学防护中普遍采用的措施。
缓蚀剂保护主要是向循环水系统中投放适量的能够保护设备，可减缓和阻止电化学腐蚀发生的化学试剂。缓蚀剂保护效率高，成本低，操作简单，但是其的应用受温度、废液处理等很多条件的制约，通常与其他防护措施配合使用。
覆盖层保护是在某些易被腐蚀的设备材料的表面覆盖抗腐蚀性较强的材料，阻止腐蚀的发生。耐腐蚀性材料包括金属和非金属材料，可以大幅提高设备的抗腐蚀能力。在进行覆盖层保护时，为了使设备表面金属和耐腐蚀材料更好的结合，需要对设备表面进行必要的除油、除锈清理。除油主要是将洗涤剂加入到系统中，在高温的条件下除去表面的油污；而除锈则是通过机械或酸洗法除去设备表面生的锈。磷酸盐涂层是科研人员研发出一种新型的防腐措施，是在酸性磷酸盐溶液中浸泡，在表面形成一层由磷酸盐晶粒构成的多孔的耐腐蚀的油膜，阻止腐蚀的发生。
2.2 微生物腐蚀的防护措施
循环水系统设备的微生物腐蚀的防护措施主要有涂层、物理和化学方法。涂层是在金属表面覆盖较为光滑的水性防腐材料使微生物不易被吸附，防腐材料中加入杀菌剂，涂层后杀菌剂从涂层中渗出，起到杀菌的作用。水性防腐材料的使用寿命最长也就几年，这限制其在防腐领域的广泛应用。物理方法是在源头上加以治理，通过紫外灯照射和超声波对水源进行杀菌处理，此外，物理方法还通过除垢等措施，严格控制水源中细菌的数目。化学方法是利用氯气、次氯酸钠等氧化型和季铵盐类、有机硫化物和醛类等非氧化型杀菌剂的杀菌功效，减少系统中的细菌。细菌在氧化型杀菌剂的活性酶作用下，被分解成二氧化碳和水。化学法是目前高效、方便、快速的杀菌方法。
2.3 氯离子的防护措施
大量实验研究发现，在系统中单独加入氧化膜类缓蚀剂或沉积膜类缓蚀剂，对于氯离子对设备的腐蚀的影响有限，使用氧化膜类缓蚀剂、沉积膜类缓蚀剂和锌盐类缓蚀剂配合使用，可以大幅降低腐蚀速率，但是分散剂会降低缓蚀剂的防腐效果。此外，有机磷酸盐缓蚀剂无法抑制不锈钢的孔蚀，但对于碳钢具有明显的防腐效果。
2.4 设备泄露的防护措施
对于设备泄露的防护主要是加强操作，严格控制操作条件，降低生产波动对设备的损害，此外还应加强循环水水质的监测，重点关注pH值、NO3-、氨氮等关键数据，针对监测数据判断设备状况，及时采取相应的措施，减少对设备的腐蚀。一旦发现氨泄漏到循环水系统，应尽快排查设备，切除漏点；置换系统中的循环水，增加缓释阻垢剂的投放量；尽量维持系统的pH值。油类物质进入系统时，要及时从源头切断，增加缓蚀剂的投放量，加入表面活性剂清洗油污。
3 结 语
综上所述，化肥生产装置循环水系统设备腐蚀涉及诸多因素，在实际生产中，只有坚强操作和在线监测，减缓各腐蚀因素对设备造成的腐蚀，才能实现安全、稳定运行。
参考文献：
[1] 赵惠萍，赵文娟，张晓芳.金属电化学腐蚀与防腐浅析[J].化学工程与装 备，2013，（10）.
[2] 吕红，魏存发，梁宝峰，等.大化肥循环水系统腐蚀率高的原因剖析[J].石 化技术与应用，2000，（6）.
城市燃气输配系统的腐蚀与防护 篇4
(一) 城市埋地燃气管网的外腐蚀。
城市埋地燃气管网除具备与长输管道相同的外腐蚀类型外, 由于其地下环境的复杂性, 典型的腐蚀类型如下。
1.土壤腐蚀。 由于城市建设的特殊需要或反复施工、开挖, 城市燃气管道埋设的土壤壤质多种多样。一根不长的管道往往需要经历多种壤质的土壤环境, 常见的有回填土、石灰土、泥炭土及原有的土壤粘土、沙质土等。同时, 由于城市环境的地貌要求, 敷设在马路两侧的管道或者处于绿地下, 或者处于水泥方砖路面下, 环境介质有明显的差异。由于燃气管道的建设随着城市的建设分期分批进行, 因此同一条管道建设时期不同, 新旧管材不同, 导致管道存在着形式多样的土壤腐蚀形式。
2.微生物腐蚀。 据统计, 约50%～80%的地下管道腐蚀都有微生物参与。城市埋地燃气管网的特殊地段有微生物腐蚀发生。这些特殊地段存在以下条件:厌氧环境, 硫酸盐存在, 水的存在, 对环境有利的PH值和温度 (如PH值为5～9, 温度为25～30℃) , 有机碳的存在, 粘土质的存在。与腐蚀有关的微生物主要是细菌类, 如硫氧化细菌、硫酸盐还原菌、铁细菌、某些霉菌等。由细菌、霉菌构成的污垢和生物粘泥, 其腐蚀具备多种微生物和氧浓差电池联合腐蚀特征。
3.杂散电池腐蚀。 城市内电力设施、工业设施分布广泛, 如高压输电塔、输变电设施;使用直流电的工厂如电解厂、电镀厂、电焊厂等极为常见;电力电缆、电话电缆在底下星罗棋布;再加上城市的电车、地下铁道等, 这些供电系统散流至地下的杂散电流均对城市埋地燃气管网构成威胁。
(二) 城市埋地燃气管网的内腐蚀。
我国城市燃气中人工煤气的使用量占很大比例。国内调查的实际运行记录表明, 人工煤气杂质含量严重超标, 特别是硫化氢、水分、萘和焦油、灰尘的含量大大超过标准的规定。这是由于煤气净化工艺装置水平低, 而运行的成本高, 技术改造的难度大, 从而造就了煤气气质的劣化, 也就造就了城市埋地燃气管网的内腐蚀严重。
二、城市埋地燃气管网的防护
(一) 管道外防腐层。
随着防腐技术的进步, 各地根据本地区的防腐蚀状况开发和选用不同的防腐材料。目前, 在城市燃气领域使用的管道外防腐层有如下几种。
1.聚乙烯胶粘带。聚乙烯胶粘带既可在现场缠绕施工, 也可在工厂预制缠绕和在现场补口, 是一种施工方便, 机械性能良好的, 耐化学介质、耐水性能强的防腐蚀材料, 很受施工人员欢迎。聚乙烯胶粘带的主要缺点是耐土壤应力性能差, 且当防腐层发生剥离时易对阴极保护电流产生屏蔽作用。
2.石油沥青防腐层。石油沥青防腐层是城市燃气管网使用最早、最广泛的一种防腐材料。由于其来源较广、成本低廉、易于施工操作, 被大多数地区的燃气部门使用。因此, 石油沥青在城市燃气领域有统一的施工验收标准和规范。缺点是不耐细菌腐蚀, 吸水性强, 易老化, 需点火熬制, 污染环境。
3.环氧煤沥青防腐层。环氧煤沥青防腐层于20世纪80年代中期开始应用于城市埋地燃气管网。其具有优良的耐水、耐化学介质侵蚀和抗细菌腐蚀的性能, 因此是一种优于石油沥青的防腐材料。目前, 环氧煤沥青在城市燃气管道中使用比较普遍, 基本沿用了石油部门的有关标准规范, 且能满足城市燃气工程的要求。
4.挤压聚乙烯防腐层。城市燃气管道在20世纪80年代中期开始使用挤压聚乙烯防腐层, 多用在直缝管或无缝管外防腐层中, 这种防腐层的耐化学介质性能、耐水性能都很好, 尤其是耐土壤应力性能较佳。由于上述防腐层均需具备较高的技术水平, 因此防腐层的质量可靠。
(二) 阴极保护技术的应用。
阴极保护是基于电化学腐蚀原理的一种防腐蚀手段。美国腐蚀工程师协会 (NACE) 对阴极保护的定义是:通过施加外在的电动势把电极的腐蚀电位移向氧化性较低的电位而使腐蚀速率降低。牺牲阳极保护就是在金属构筑物上连接或焊接电位较负的金属, 如铝、锌或镁。阳极材料不断消耗, 释放出的电流供给被保护金属构筑物而阴极极化, 从而实现保护。外加电流阴极保护是通过外加直流电源向被保护金属通以阴极电流, 使之阴极极化。该方式主要用于保护大型或处于高土壤电阻率土壤中的金属结构。
三、城市埋地燃气管网的腐蚀检测
随着“西气东输”、“广东LNG”等国家重点工程建设的开展, 城市燃气管道压力不断提升, 钢管将越来越多地铺设于城市地下。这些钢管长期受到外部土壤腐蚀和应力作用, 可能会发生泄漏事故, 进而引起爆炸和火灾, 造成人员伤亡和财产损失。因此, 对地下在役钢质燃气管道的防护状况监测和周边环境调查, 就显得极为重要。对城市埋地燃气管网的腐蚀检测, 一般包括三个方面:土壤腐蚀检测、防腐状况检测和阴极保护系统检测。
(一) 土壤腐蚀性检测。
实际测试时, 利用管道上方附近通常都有行道树或小面积裸露土壤处, 树坑中可以方便地进行极化电流密度测试。计划电流密度测试是在测量现场将与管道钢同质的试件插入土壤, 仪器自身的电源使试件电位产生10mV的极化, 即可从仪器上直接读出数值。土壤的电解失重、PH值、氯离子量情况, 需要通过土样分析才能确定。可从开挖现场采集管道埋深处的原土进行测试, 确保分析评价的准确性。
(二) 防腐状况检测。
对于探坑内防腐层检测, SY/T0063—1999《管道防腐层检漏试验方法》规定使用电火花检测仪对暴露的防腐层进行检测。传统上都是将接地极插在探坑内管道附近的土壤中, 钢丝电刷扫过防腐层, 破损处就会有火花发生。然而近期对三层夹克的钢管进行检测时发现, 在破损处没有火花出现。经分析, 是接地不当所致。对于早期的冷缠胶带防腐层, 探坑附近的土壤中, 总会存在许多破损点, 插在土壤中的接地极通过这些破损点与管道连通。三层夹克整体质量优异, 探坑两侧很长的管道上都没有破损点, 接地极无法与管道良好连通, 所以破损点不会有火花。对此, 将检测仪的地线延长数十米, 直接连到最近的凝液缸或阀门上, 而不是土壤中, 这样可将所有破损点检测出来。
(三) 阴极保护系统检测。
SY/T 0023—1997 (2005) 《埋地钢质管道阴极保护参数测试方法》规定, 管道保护点位测试通过管道的阴保测试线进行。在城市燃气管道上没有阴保测试线, 但存在大量凝液缸或阀门等漏铁点, 可以进行检测。管道沿线应采用CIPS进行密间隔电位测试。将万用表通过10m左右的导线直线连到最近的这类漏铁点, 另一端连接硫酸铜电极。将电极插入到管道沿线上方的土壤中, 得到各点的电位, 标绘到图上形成连续的电位测试曲线。
四、结语
近几年来, 燃气行业发展迅速, 城镇燃气管道作为国民经济发展和人民生活保障的资源和能源大动脉, 具有城市生命线的重要地位。城市燃气安全关系到城市及社会的发展, 随着天然气管网建设加快, 燃气供应能力不断加强, 为了保障燃气供给, 确保燃气管道的安全运营, 城市埋地燃气管网防腐工程的优劣有着举足轻重的地位, 务必大力推广先进的防腐蚀技术, 并加强对旧管道的修复与整治。
摘要：城市燃气具有易燃、易爆和有毒等特点, 一旦供气、用气设施出现腐蚀现象, 极易引发气体泄漏, 导致火灾、爆炸及中毒事故, 使国家和人民生命财产遭受损害。因此, 确保燃气安全供应, 是城市燃气供应单位的重要职责。为了保护国家和人民生命财产的安全必须加强对燃气输配系统的防护工作, 防止火灾、爆炸及中毒事故的发生。
关键词：城市燃气,化学腐蚀,设施防护
参考文献
[1].梁艳华.长输油管道腐蚀与防护设计浅析[J].石油化工腐蚀与防护, 2002, 19 (6) :41
[2].孙勇.埋地金属管道的腐蚀与防护[J].化工装备技术, 2005, 26 (3) :73～75
[3].杨印臣.城镇地下钢管腐蚀检测方法[J].煤气与热力, 2006 (4) :55～57
芯片的腐蚀 篇5
摘要:集成电路的逆向设计主要是对集成电路芯片的版图解剖,它不仅决定着集成电路的功能是否正确,而且对集成电路的性能、成本与功耗也会有很大程度的影响。对集成电路版图进行的解剖是能否最终实现电路的性能和最低功耗的关键。
关键词:集成电路;逆向设计;版图解剖
中图分类号:TN405文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)18-0127-01
芯片的解剖实际上就是对集成电路芯片进行腐蚀。腐蚀从狭义上讲指的是金属与环境间物理、化学的相互作用,使金属性能发生改变,从而导致金属、环境及其构成的系统功能等受到损伤的现象。
1芯片腐蚀的分类
芯片腐蚀的类型可分为湿腐蚀和干腐蚀。湿腐蚀指金属在有水存在情况下的腐蚀;干腐蚀则指在无液态水存在下的干气体中进行的腐蚀。由于大气中普遍含有水,因此湿腐蚀较干腐蚀是最常见的,但在高温操作时干腐蚀所造成的危害也是不能忽视的,要加以考虑与注意。
①湿腐蚀。湿腐蚀是一种电化学反应。在水溶液中,金属表面形成一个阳极和阴极区隔离的腐蚀电池,金属在溶液中失去电子后带正电,这是一个氧化过程,即阳极过程。与此同时在接触水溶液的金属表面,溶液中的某种物质中和大量电子,中和电子的过程是还原过程,即阴极过程。大多数情况下,阴极或阳极过程会随着腐蚀的不断进行而受到阻滞,进而变慢,这个现象称为极化,金属的腐蚀会随极化现象而减缓。②干腐蚀。干腐蚀一般指在高温气体中发生的腐蚀,最常见的是高温氧化现象。在高温气体中,金属表面会产生一层氧化膜,金属的耐腐蚀性受膜的性质和生长规律影响。膜的生长规律可分为直线、抛物线和对数规律。直线规律下,金属失重随时间以恒速上升,所以直线规律的氧化最危险。而抛物线和对数的规律是氧化速度随膜厚增长而下降,比较安全。
2腐蚀的形态
腐蚀的形态可分为均匀腐蚀和局部腐蚀两种。均匀腐蚀发生在金属表面的全部或绝大部,也叫全面腐蚀。大多数情况下,金属表面会生成保护性的腐蚀产物膜,使腐蚀变慢。但有些金属在腐蚀液中不产生膜就迅速溶解,如钢铁在盐酸中就是这种情况。局部腐蚀只发生在金属表面的局部。其危害性比均匀腐蚀严重得多,而且可能是突发性和灾难性的 , 会引起爆炸、火灾等危险事故。
3腐蚀的过程
对集成电路芯片的腐蚀,需要进行两次比较彻底的腐蚀,具体介绍如下。
①第一次腐蚀。将芯片表面的封装材料腐蚀掉,鉴于封装的材料即通常是环氧树脂,务必使用发烟硝酸,并用电热炉对其加热,以促使其加速腐蚀,待硝酸沸腾后,停止加热,使其逐渐冷却,待其完全腐蚀掉,可以看到以下几个现象:在杯底会出现一块很小的芯片;原本用于封装的材料全被腐蚀掉;器件的拐角也已消失。
在取出芯片的过程中,务必要特别小心,注意安全。具体操作方法如下:首先打开水龙头,水流不要太急,以免在和硝酸混合时溅出,伤到自己;在水下流的过程中,同时把杯中的酸液缓缓倒入污水池,待水流半分钟后,感觉杯中的酸的浓度很小时,用去离子水进行清洗;待酸完全去掉后,用镊子找到腐蚀后剩余的芯片,用去离子水进行清洗,待完全洗干净后,再进行烘干等一系列操作。
②第二次腐蚀。在对芯片第一次照相后,还要进行第二次腐蚀,具体目的是腐蚀掉芯片表面的一层金属铝,从而在下次照相时能更仔细的看清芯片的内部结构,以利于芯片分析。这次腐蚀和第一次腐蚀有些区别,首先,这次使用盐酸和氢氟酸为1:1的混合液。其次,由于酸的强弱,时间也不尽相同,但观察到最重要一个现象是,芯片周围不再冒气泡,此时说明腐蚀已很彻底,当芯片不再冒气泡时,取出后在去离子水中进行清洗。
为了更清楚的看到每层的颜色,必要时我们还可以进行染色,所用试剂为无水硫酸铜,该试剂腐蚀性大,注意安全。由于芯片的大小,只需要滴一滴将其覆盖即可,待染色五秒钟后对芯片进行清洗,去除残留的试剂,然后对芯片进行烘干,接下来就要重复第一次照相的过程,照完后利用业余时间将这些图拼接到一块,即可得到芯片的内部结构,也就是一副完整的版图。
4结 语
文章分别从芯片腐蚀的定义、分类、形态和具体操作过程等方面对芯片的腐蚀做了具体的介绍,更重要的是说明了一些腐蚀芯片的注意事项。鉴于目前国内集成电路产业的现状,在未来一段时间内,相信逆向设计仍是我国集成电路设计的主流,而芯片的腐蚀又是逆向设计的关键,所以做好芯片的腐蚀很有必要。
参考文献:
[1] (美)坎贝尔著.曾莹,严利人,王纪民译.微电子制造科学原
烧结烟气脱硫系统的防腐蚀问题 篇6
关键词：烧结烟气脱硫,防腐技术,防腐材料
1 引言
随着国民经济的高速增长,钢铁工业得到长足的发展,钢铁生产过程中消耗大量的燃料和矿石,产生了大量的大气污染,对环境的影响不断加重,烧结烟气SO2的治理已成为各钢厂环保工作中一项迫在眉睫的工作。
烟气脱硫装置的工作环境非常恶劣,由于烟气中大量的SO2及其它腐蚀介质的存在,加之工作条件的苛刻,脱硫装置的构成材料时刻承受着各种化学介质的侵蚀。从干燥、高温的烟道气中产生的高浓度冷凝硫酸,烟气含尘的高磨损性,以及吸收液中的氯离子、氟离子、硫酸及亚硫酸根等,均会对系统设备产生严重的腐蚀威胁,造成腐蚀区域大、速度快。脱硫系统设备庞大,维修困难,要求运转周期长,同步率高,这一切都把烟气脱硫系统的防腐蚀问题提到了一个非常重要的地位。为了保证脱硫装置的正常运行,其系统的防腐蚀是一个必须高度重视的问题。
2 烧结烟气脱硫设备腐蚀分析
从国内目前已实施和正在实施的烧结烟气脱硫工程所采取技术来看,大体可分为氨-硫铵法、石灰石石膏法、旋转喷雾干燥法三类,而这3种工艺都存在一定的设备腐蚀问题。
(1)氨-硫铵法脱硫工艺。
自烧结主抽风机来含SO2的烟气经风机增压后进入浓缩降温塔,烟气经喷淋降温除尘后进入脱硫塔与浆液接触脱硫,净烟气通过湿烟囱高空排放。脱硫浆液经氧化浓缩后进入蒸发结晶系统,得到硫酸铵成品。该工艺中从浓缩降温塔、脱硫塔一直到烟囱,包括蒸发结晶系统都存在设备腐蚀问题。
(2)石灰石石膏法工艺。
含SO2烟气经除尘后进入GGH(若有),再进入吸收塔与石灰石浆液接触脱硫,净烟气经GGH(若有)升温排放或直接高空排放。脱硫浆液强制氧化后结晶,再经旋流分离和真空脱水,得到石膏产品。该工艺中,从GGH、吸收塔(包括氧化系统)、脱水系统一直到烟气排放,都存在着设备腐蚀问题。
(3)旋转喷雾干燥法工艺。
在反应塔中,含SO2热烟气与被雾化成极细雾滴的石灰乳接触,净化后的烟气携带已干燥的脱硫产物颗粒,经除尘后排放。该工艺的腐蚀区域主要是雾化器和喷雾干燥塔。
3 腐蚀原因分析
3.1 SO2的腐蚀
在烧结过程中,矿石、燃料以及各种配料在高温下发生复杂的物理化学反应,生成的SO2在脱硫系统中有着不同的腐蚀行为。在进入吸收塔之前,烟气中的SO2对金属的腐蚀类似于大气中的SO2腐蚀,但比大气中要严重。因烧结矿的不同其含量一般在1 000～4 000mg/Nm3,由于SO2在水膜中的溶解度比氧大2 000倍左右,因此使得金属表面吸附的水膜pH值偏低,达到2.0～3.5,形成酸液,加速了金属的腐蚀。在脱硫塔进口烟道处,钢板在含有SO2的湿空气中发生酸的再循环腐蚀,反应式如下:
Fe+SO2+O2=FeSO4,
FeSO4水解生成游离的硫酸:4FeSO4+6H2O+O2=4FeOOH+4H2SO4。
如此循环往复,使金属腐蚀不断进行。烧结烟气中含有8%～10%的水份和16%～18%含氧量,会形成SO3的露点腐蚀,有研究数据表明:当烟气SO3含量为0.008%,其露点已达170℃,这样使得在脱硫系统很容易在金属表面结成硫酸酸雾,进而加快腐蚀。在进入吸收塔后,烟气中的SO2变成SO
4Fe+SO
由此可见,在湿法脱硫中,不论是在脱硫前还是脱硫后,硫的化合物都会对设备产生很强的腐蚀作用。
3.2 氯的腐蚀
在烧结烟气脱硫中,根据脱硫工艺不同以及烧结矿料的不同,在湿法脱硫装置的浆液中均存在一定量的氯化物。氯化物的含量与矿料成分、水质以及脱硫工艺有密切的关系,随着装置的运行,氯化物会不断浓缩和累积。如果没有合理的手段来控制氯化物的浓度,将会对脱硫系统设备带来严重的威胁。由于氯离子具有很强的可被金属吸附的能力,从化学吸附具有选择性这一特点出发,对于过渡金属的Fe,Ni等,氯离子比氧更容易吸附在金属表面上,并从金属表面把氧排挤掉,从而使金属表面的钝态遭到局部破坏而发生孔蚀,这种行为尤其在金属的不均性表面更为明显,就连不锈钢(比如316L、2205、2507等)也难以幸免。工程经验证实,当溶液温度超过60℃,氯含量5 000×10-6,316L标准奥氏体不锈钢具有明显的腐蚀行为,而双相钢2205表现相对轻微。当氯含量超过40 000×10-6时,若采用金属材料防腐,一般建议采用超级双相钢2507或使用铬和钼含量较高的镍基合金。
3.3 氟的腐蚀
氟化物容易在金属表面污垢沉积物的下面富集,加剧了不锈钢的酸性氯化物缝隙腐蚀。值得注意的是,在烟气脱硫中,对碳钢结构的防腐做法是衬玻璃鳞片防腐,一般而言,浆液中HF含量超过2 000×10-6时,玻璃鳞片的腐蚀将会变得非常严重。如果HF含量偏高,可采用以下方法减轻HF对玻璃鳞片防腐衬里的腐蚀,玻璃鳞片表面使用碳纤维;使用掺有陶瓷填充材料的乙烯基树脂。
3.4 流体及其携带颗粒物引起的磨损腐蚀
包含这种腐蚀的流动介质包括气体、循环浆液以及其包含的结晶体、固体颗粒杂质等,其中含在浆液中的固体颗粒物尤为厉害,它是一种包括机械、化学和电化学联合作用的复杂过程。在快速流动的流体作用下,金属以水化离子的形式进入溶液,当存在湍流时腐蚀表现更为明显。
当采用钙基吸收剂时,当循环浆液中石膏结体达到一定含量时,会对喷淋系统、支撑梁、泵过流件以及塔体防腐层造成严重的腐蚀和冲刷,从而影响设备的正常运行。当采用氨法脱硫塔内结晶工艺时,脱硫系统中的磨损和堵塞问题同样严重,采用氨法脱硫塔外结晶工艺,并有灰渣处理措施时,系统几乎不存在磨损和堵塞问题。
4 烧结烟气氨法脱硫中的防腐蚀措施
根据国内外烟气脱硫工程的实际使用情况和笔者多年的工程设计经验,烧结烟气脱硫系统采取的防腐蚀措施,归纳起来大致有如下几个方面。
4.1 采用耐腐蚀材料
4.1.1 应用不锈钢
在烧结烟气氨法脱硫中,根据脱硫介质条件不同,选用了各类不锈钢,比如304、316L、317L、2205、2507等。304不锈钢可应用于接触干燥硫铵或氨水介质的场合;316L不锈钢可应用于接触硫铵溶液介质(温度低于60℃、氯离子浓度较低)的管道、阀和泵体过流部位,2205和2507双相不锈钢适应的硫铵溶液温度和氯离子浓度可适当高一些。但实际使用经验证实,即使采用像2205和2507双相不锈钢,在工况恶劣时,也同样存在点蚀、缝隙腐蚀和冲刷腐蚀等,只是腐蚀的速率不同而已。
4.1.2 应用镍基合金
根据介质工况不同,在烧结烟气氨法脱硫的部分特殊部位需采用镍基合金(如C276)。在高温烟气进入吸收塔的干湿烟气交界面处,高温烟气从160～200℃急速降至60～80℃,并与硫铵溶液接触,该部位存在严重的腐蚀和磨损,经验证实,316L薄板衬里或玻璃鳞片衬里均难以保证防腐寿命,需采用C276薄板衬里来确保防腐寿命。
4.1.3 应用不锈钢复合板
不锈钢复合板与纯不锈钢相比,既具有优越的机械强度,又具有一定的防腐性能,在早期的烟气脱硫设备上应用较多,但多年应用发现,其点蚀、缝隙腐蚀和冲刷腐蚀也很严重。目前在脱硫后湿烟囱防腐还有应用,在其它部位上已很少使用。
4.1.4 应用整体玻璃钢
玻璃钢具有质轻、比强度高、成型工艺简单、化学稳定性好以及耐腐蚀等优点,在烟气脱硫中得到大量的应用,如吸收塔、烟囱、喷淋管、储罐等。性能优良的玻璃钢其耐温性可达100～120℃,个别可达160℃。笔者设计过的整体玻璃钢脱硫塔直径达φ12.5,含塔基玻璃钢湿烟囱总高达100m,目前已安全运行3年以上,实践证实,玻璃钢具有免维护、防腐蚀性能优越等特点。
4.2 采用玻璃鳞片树脂防腐衬里
在烟气脱硫系统中,玻璃鳞片树脂防腐衬里得到了大量应用,相对于不锈钢,其价格较低,且防腐效果优良。所谓玻璃鳞片树脂,是将一定片径(0.4～2.0mm)和一定厚度(6～40μm)的玻璃鳞片与树脂混合制成的树脂胶泥,用涂抹的方式涂敷于碳钢表面形成的防腐涂层。
玻璃鳞片的片状结构在涂膜中的平行排列,切断了漆膜中的微孔,而且还在涂膜中形成了迷宫效应,大大延长了腐蚀性介质在涂膜中的扩散路径,从而有效延缓了基底金属的腐蚀。在氨法烧结脱硫中,浓缩降温塔、吸收塔、碳钢储罐或混凝土储罐、水池等均可采用乙烯基玻璃鳞片树脂防腐衬里,工程实际使用效果良好。
4.3 玻璃钢衬里和橡胶衬里
玻璃钢衬里主要也是起到屏蔽作用,将基体与腐蚀介质隔开,由于树脂牌号不同,其使用温度和耐腐蚀、抗渗透性能各有差异。因玻璃钢在施工过程中容易出现针孔、气泡和微裂纹,所以在氨法烧结脱硫中,玻璃钢衬里一般应用在地沟、厂房或设备基础等部位防腐上,对重要设备如吸收塔、储罐则很少使用。
在脱硫系统中,如循环浆液管、蝶阀以及溶液罐等可采用衬丁基橡胶或衬氟橡胶的防腐方式,其技术成熟,在合理的温度条件下,橡胶衬里的防腐效果优良,且能降低工程造价。
4.4 优化脱硫工艺
因烧结烟气成分的复杂多样,在目前的防腐技术条件下,根据不同介质条件选用合理的材质,同时加强设计优化和施工管理,也是提高脱硫装置利用率的有效方法。主要有如下几点:控制脱硫液中氯离子的含量,将硫铵溶液中的氯离子以氯化铵的形式排出系统外;测算溶液中氟离子含量,当溶液中氟离子浓度偏高时,会对玻璃鳞片衬里产生特殊的影响,设计时需特别注意;对于接触温度较高和浓度较高的硫铵溶液管道,如热交换器的换热管或管板,建议采用2205双相钢或2507超级双相钢或同等材质的不锈钢;对温度低于60℃的溶液管道,建议采用工程塑料或玻璃钢管道;采用合理方法降低溶液中含固量,减轻磨损腐蚀;在工程实施时,严把质量关,对不锈钢的质量严加控制和抽检。对需要现场施工的,如玻璃鳞片防腐和玻璃钢防腐,要确保施工工期和施工质量。
5 结语
在烟气脱硫工程中,防腐蚀问题非常重要,需要针对不同的部位和介质条件,优选不同的材料和施工技术。防腐方案的选择必须满足烟气脱硫系统对防腐蚀的要求,即高的机械性能,良好的化学稳定性和热稳定性,优良的抗渗透性能等,同时还必须考虑成本低,施工难度小,易修补,安全运行时间长等因素。
随着烟气脱硫技术的发展,必将对防腐提出更高的要求,也将会促进这一技术更快、更好地发展。
参考文献
[1]黄永昌.金属腐蚀与防护原理[M].上海:上海交通大学出版社,1989.
[2]王海宁,蒋达华.湿法烟气脱硫的腐蚀机理及防腐技术[J].能源环境保护,2004(5):17～18.
系统腐蚀 篇7
某油田原油库热力系统主要作用是为原油储罐加热及值班室供暖, 管线材质为20号钢, 该系统为非全密闭流程, 软化水箱处于敞口状态, 并且未设置除氧装置。该热力系统管线腐蚀情况十分严重, 管线使用2年便腐蚀穿孔, 甚至开裂, 每年发生腐蚀穿孔20余次, 严重影响站库生产运行。鉴于上述情况, 我们针对该热力系统开展了现状调查研究及锅炉水质化验分析, 从而找到腐蚀穿孔原因, 并采取有效防治措施, 提高系统使用寿命。
2 腐蚀原因分析
2.1 氧腐蚀
根据现场调查, 该原油库热力系统为非全密闭流程, 软化水箱一直处于敞口状态, 在这种情况下空气中的氧气会进入热力系统, 属于曝氧工况, 同时又未安装除氧装置, 从而导致软化水中溶解氧含量偏高。管线与水中溶解氧发生电化学腐蚀, 铁和氧形成两个电极, 组成腐蚀电池。
其中铁是阳极, 遭到腐蚀, 反应过程为:Fe→Fe2++2e
水中的溶解氧为阴极, 反应过程为:
总的腐蚀反应为:
水中的溶解氧对金属腐蚀起重要作用, 金属腐蚀速率随水中溶解氧质量浓度的增大而大幅增加。因此, 氧腐蚀是造成该热力系统管线腐蚀的重要原因。
2.2 二氧化碳腐蚀
腐蚀本质上是一种电化学腐蚀, CO2溶解于水后生成H2CO2, H2CO2发生水解释放出H+, H+易夺取电子而还原, 加速阳极 (铁) 腐蚀。反应过程如下:
2.3 其它离子对管线的腐蚀
3 防治措施
根据上述热力系统现状调查研究及管线腐蚀分析, 我们通过采取以下三方面措施, 能够有效控制管线腐蚀速率, 提高该热力系统管线使用寿命和经济效益。
3.1 热力系统改造
对该原油库热力系统软化水处理装置和软化水箱进行密闭改造, 实现热力系统全流程密闭运行, 降低水质中溶解氧的含量。
3.2 添加化学除氧剂
为降低热力系统中溶解氧的含量, 给系统中添加化学除氧剂。按照化学除氧的作用性质, 化学除氧剂可分为三类:
(1) 向系统中加入还原剂除去溶解氧, 还原剂可用亚硫酸钠、联氦、连二亚硫酸钠 (或钙) 、二氧化硫等, 目前国外采用的新型胺类化学除氧剂也属这一类;
(2) 用能吸收溶解氧的物质过滤水, 例如, 用钢屑、覆有氢氧化亚铁的阳离子交换剂等;
(3) 用特殊的触媒, 使氢气和水中溶解氧结合成水, 除去溶解氧。上述三类化学除氧剂, 可分别采用, 也可几种方法合用。
3.3 选用新型耐腐蚀管材
油气田地面工程中蒸汽管网腐蚀现象较为普遍, 目前尚无很好的解决办法, 可以通过选用新型耐腐蚀管材来提高管线使用寿命。根据该原油库热力系统水质特点及腐蚀状况, 我们选取了以下4种管材进行综合对比, 选取合适的管材。
3.3.1 奥氏体不锈钢
奥氏体不锈钢对CO2等酸性介质有着较好的耐腐蚀性能, 但对于氯离子比较敏感, 易出现点蚀和应力腐蚀开裂。在没有氯离子和溶解氧的条件下, 使用304会大大提高钢管的使用寿命。
3.3.2 双相不锈钢
双相不锈钢拥有较好的耐腐蚀性能和耐氯离子性能, 如果本工程水中含有较高的氯离子浓度, 又想到达较长的使用寿命, 可以考虑采用双相不锈钢S31803钢管。该方案使用寿命最长, 但造价较高。
3.3.3 20#钢+缓蚀剂
尽管目前20#钢管存在较严重的腐蚀情况, 由于20钢造价较低, 易于采购, 可考虑在水质中添加缓蚀剂等手段降低水对20#钢的腐蚀程度, 同时采取较大腐蚀裕量的做法来提高20#钢的使用寿命, 该方案能一定程度上提高钢管的使用寿命。
3.3.4 20#钢表面做渗铝镀层
采用20#钢表面化学处理锌铝共渗工艺技术, 在钢材表面形成一种阳极型金属覆盖层, 明显提高管材的耐腐蚀性, 这种管材每平方比普通20#钢贵800~1000元, 但价格低于合金钢, 比较适中, 不足之处在于传统焊接工艺无法满足焊缝防腐要求, 焊接工艺的选择会受限制。该种管材在实际运用中取得了较好的效果。
根据上述4种管材的特性综合考虑, 20#钢表面做渗铝镀层管材能够明显提高管材耐腐蚀性, 价格较合金钢低, 并且该种管材在实际运用中取得了较好的效果, 建议选取该种管材。
参考文献
[1]亦成.氧腐蚀的特点及化学除氧[J].工业锅炉, 1985 (02) :34-38
[2]郑家, 吕战鹏.二氧化碳腐蚀机理及影响因素[J].石油学报, 1995 (03) :134-139
[3]李桂芝, 孙冬柏, 何业.碳钢二氧化碳腐蚀研究现状[J].油气储运, 1998 (08) :34-38
系统腐蚀 篇8
关键词：低温,甲醇洗系统,腐蚀问题,煤气
煤气作为家家户户使用来做饭的燃料, 它的使用量是极高的。我国采用低温甲醇洗系统来洗涤煤气, 它采用的是基于物理吸收的气体净化方法。而这个设备由于我国知识未普及教育, 所以许多电气厂里没有高级科研人员的支持, 许多问题如雨后春笋一般, 其中低温甲醇洗系统易腐蚀脱颖而出成为众多需解决的最重要的问题。
一、腐蚀的原理
机器容易腐蚀对工作造成巨大影响的原因如下:
1. Fe (CO) 5的生成
在低温甲醇洗系统设备中, 由于换热器处于气体交换处, 有许多多余的空气成分在此处汇聚, 换热器的材料大多为铁, 所以容易生成羧基铁。羧基铁中还夹杂着Fe (CO) 5和硫, 然而硫的存在更加促进了Fe (CO) 5的生成, 所以局势越来越严重, 如果不能妥善解决的话, 往往造成的损失是不可估量的!
2. 设备内进去空气
设备如果进入了空气, 空气中的氧对于设备内原先生成的致密Fe S膜转变为疏松的氧化铁膜。当系统使用的时候, 这些疏松的膜会随着甲醇的流动而被带到系统的其他地方, 不仅仅影响了设备内化学反应。同时在经过换热器的时候, 容易堵塞。
二、腐蚀问题的影响
1. 腐蚀问题对于产品的影响
对于产品来说, 由于多种杂质的夹杂, 它的质量达不到国家制定的标准。但是我们的初始材料还是使用了进去, 有投入却得不到收成。于是有用的资源因为腐蚀的问题而导致荒废, 不仅仅浪费了资源, 还浪费了我们加工工人的精力。
2. 腐蚀问题对于设备的影响
一个设备是有使用期限的, 腐蚀问题的产生不仅仅降低了使用寿命, 然而使得管理者对于设备的使用时间失去了掌握, 对于在线上工作的员工来说, 他们的生命得不到保障, 对于他们, 这是不负责任的态度, 是一家工厂不应该有的管理制度。
同时低温甲醇洗系统中腐蚀所产生的悬浮颗粒过多而使得设备的过滤器容易堵塞, 使得设备运转不正常, 需要人工去清洗过滤器, 但这却不是一个一劳永逸的办法, 治根不治本是达不到所谓效率的存在, 设备运转不久后又需要人工清洗, 这是一个恶性循环。而这些多余的工作也会使得设备的效率得不到提高。
三、如何解决腐蚀问题
1. 设备自身问题造成的腐蚀
设备自身的材料导致了这样的问题出现, 大多数的材料是铁或是普通钢, 这些材料容易与许多化学剂发生反应而造成这样的结果。
2. 其他气化厂的解决方案
德国黑水泵厂, 他们对于低温甲醇洗工艺采取在甲醇水塔中加入Na OH溶液, 固定时间进行保养, 这样节约的成本, 使得低温甲醇洗系统它的利用与成本的比值提高了很多, 也就是提升了利润, 我相信这是绝大多数工厂希望看到的。同样的, 我国山西化肥厂里的煤气净化的低温甲醇洗工艺也是采取在沸腾的甲醇水混合Na OH溶液。不得不说, 知识就是力量, 在我们很多年之前德国人民采用这个方法, 而我国更多仍处于探究阶段。不得不说, 我国在这方面真的是落后了很多啊。
3. 探究解决腐蚀的方法
根据国外的经验, 我们了解在低温甲醇洗系统中加入了Na OH溶液可以防腐蚀, 而问题来了, 我们到底应该加入多少的量才是比较合适的呢?加多了会不会产生意外的结果?加少了没有效果又该怎么办呢?
通过对山西化肥厂的采访, 他们低温甲醇洗系统设置的是每小时洗涤156778Nm3煤气仅仅使用了7kg/h, 可见使用的量必须要少。量大概是使有机溶液中碱性物质的浓度维持在0.005mol/L~0.2mol/L可以起到比较好的防腐蚀作用。
4. 解决问题的几点建议
第一, 防止空气进入低温甲醇洗系统中, 当操作人员对其进行维护的时候, 可以先进行充氮保护, 维持系统氮气氛围。检修的速度应尽量快速, 不可将设备长期暴露在空气中。避免空气中各类物质进入设备中, 不然维护后低温甲醇洗系统将不能较好的洗涤煤气。
第二, 由上文可知, 在低温甲醇洗系统中加入了Na OH溶液可以防腐蚀, 但这是需要一个量的控制, 过多过少都会产生不同的影响, 然而这些多余的影响是我们不想看到的, 所以我们要控制好溶液的PH值。
第三.甲醇中水含量的变化会给过滤器带来负担, 要加强对于甲醇中水的控制, 当水含量高的时候, 可增加热再生甲醇的量, 保证系统中的水含量处于一个较低的水平。
第四, 各种因素的影响下, 过滤器要承担许许多多的压力, 我们可以对过滤器进行改善, 使其能够更好的工作。可以提高各泵过滤器的数目, 使得平均每个过滤器的压力减轻。
总结
在科学技术面前, 其实许许多多的疑难杂症很容易就被解决了, 比如说低温甲醇洗系统, 如果没有知识的基础, 对于这一切我们是陌生的, 肯定得不到比较好的结果, 所以说, “科技是第一生产力”这句话是真理。首先, 如果一个好的材料制成低温甲醇洗系统设备, 将其换成不锈钢之类不易与化学剂发生反应的材料, 便没有这么多问题出现, 然后如果是不锈钢材料制成, 那么这件设备的成本挺高的, 不是大多数工厂可以支撑的住。所以, 我们采用化学界物物相克的原理, 在低温甲醇洗设备中加入碱性溶液, 是比较理想的办法, 对于降低成本提高效率是很好的。
参考文献
[1]戴伟, 蔡广富.低温甲醇洗系统中腐蚀问题的研究[J].质量天地, 2003, 12:24.
[2]牛芳芳, 李松立.低温甲醇洗系统中腐蚀问题探讨[J].科技与企业, 2012, 19:333.
[3]孔龙子.低温甲醇洗系统存在问题分析及解决办法[J].河南化工, 2012, Z4:29-31.
系统腐蚀 篇9
油田集输系统是一项相对庞大的工程, 一般被划分为单井集输管道和集输干道, 是实现石油输送的主要通道, 相关组成如计量阀组、计配站、集输站、中心处理站等。由此不难理解, 石油从地下举升到地面之后, 主要是依靠集输系统输送到目的地的, 而构成集输系统的是集输管线, 大多是金属材质, 很容易受到石油中的腐蚀性物质干扰影响。
结合大庆油田对集输系统腐蚀的原因分析, 腐蚀主要有两大类组成, 其一是全面腐蚀, 其二是局部腐蚀。
1.1 全面腐蚀
在某一区域内的管线由于受到腐蚀因素的干扰, 且腐蚀因素的影响是均匀分布的, 在腐蚀的层次、速度、着点等方面趋于同质化。例如, 石油中的硫化物含量过高, 在与凝结水混合后形成强酸, 在强酸物质的影响下的反应就属于全面腐蚀。全面腐蚀的特点是腐蚀点均匀, 一般不会造成太大的安全事故, 但对整个管线的使用寿命周期影响很大。只要准确把握金属材料的寿命周期规律, 就可以避免重大的生产事故。
1.2 局部腐蚀
局部腐蚀往往集中在一点或一个小型区域, 集输管线的其他部分并没有被破坏。如在管道的焊接点出现金属裸露的情况, 腐蚀因素接触后会加速这一点的腐蚀速度, 形成点状、块状的腐蚀, 由于不容易被发现, 所以有很大的危险性, 一旦达到一定级别就会被压力崩裂, 造成原油泄漏。
2 大庆油田集输系统的腐蚀机理与原因分析
从上世纪60年代开始至今, 大庆油田已经经历了半个多世纪发展, 作为我国最早、最大的油田之一, 在集输系统建设方面存在一定的劣势。尤其是在早期技术不发达的阶段, 集输系统从材质、安装、焊接、防护等方面都不够完善, 经过长时间的运转之后发生腐蚀问题是必然现象。全面分析大庆油田集输系统的腐蚀机理和原因, 对防护工作大有裨益。
2.1 腐蚀机理分析
集输系统的管线由于采用的是金属材质, 在于电解质接触之后就会发生电化学反应, 金属表面的电位存在高低差异, 其中电位高的部分为阳极, 电位低的部分为阴极, 在电化学反应中阳极会向阴极移动, 造成电子流失;随着电子不断地进入电解质, 电解质中的一些阳离子就会与金属反应生成腐蚀产物 (铁锈) 。
原油是一种复杂的混合物, 除了烃类、沥青、石蜡等还有各种腐蚀性成分, 在水分的影响下构成电解液, 这是金属管线发生腐蚀的机理。
2.2 腐蚀原因分析
大庆油田集输系统除了运转时间较长之外, 期间大部分管线经过了两、三次替换, 新旧管线之间的腐蚀诱发因素更加复杂, 主要原因有以下几种。
第一, 防护层脱落。集输管线的内部、外部都会进行腐蚀防护措施, 经过现场挖掘检查发现, 不少管线的内部防腐层已经脱落或被沥青等物质溶解, 腐蚀沿着防腐层裂缝开始形成;尤其在接口、焊口等位置更加严重。而外部的腐蚀以全面腐蚀问题为主, 个别位置由于碰撞、磨损等裸露出金属部分, 产生的腐蚀相对严重。
第二, 管壁腐蚀。集输系统的作用是输送原有, 而在原有中的腐蚀成分十分复杂, 包括腐蚀性细菌、二氧化碳、硫化氢、二氧化硫等, 还有各种杂质, 这些都是内部腐蚀的因素;而外部腐蚀尤其是在地下深埋的部分, 受到土壤水、二氧化碳、细菌影响较大。
第三, 材质问题。大庆油田早期的集输系统材质质量不高, 金属中杂质较多, 即便做好了防腐措施, 在高温、高压的情况下会从内部出现腐蚀问题。
除此之外, 还有一些自然因素、人为因素的影响, 都会造成腐蚀问题的加剧。如泥石流冲击、人为破坏等。
3 大庆油田集输系统的腐蚀问题防护措施
在油田的开发过程中, 各类管线要么暴露在自然环境中, 要么长期掩埋在地下, 腐蚀问题几乎是无时无刻不再进行, 很难预测腐蚀的程度和引发的事故程度。特别是由于腐蚀引发的穿孔现象会缩短设备的使用寿命, 造成资源的浪费, 鉴于此, 只有尽量降低管线的腐蚀程度, 才能更好地确保油田的正常运转。
第一, 严格审核集输系统所采用的管材质量, 并进行新型防腐层保护技术, 对于需要掩埋的部分采用干燥细沙处理, 减少对防腐层的伤害。
第二, 严格控制接口、焊口等衔接部位的密封性工作, 减少局部腐蚀出现的机率。
第三, 严格遵守集输系统运维制度, 加强管理保护力度。
第四, 严格执行设备替换标准, 精确计算设备的使用周期, 避免腐蚀穿孔带来的大型事故。
4 结语
石油是现代社会经济发展的重要资源, 也是一个涉及多种知识体系的技术密集产业。石油从勘探、开采、集输到原油分离处理等, 几乎每一步都需要应对腐蚀预防的问题, 设备腐蚀不仅会造成社会经济、生产安全、环境污染等障碍性问题, 同时也会危害人身安全, 是当前制约石油产业发展的主要原因;结合大庆油田的实例, 积极在同行业中开展集输系统防腐蚀措施十分必要。
参考文献
[1]宋延平.油田集输腐蚀防护研究[J].化工管理, 2013, 20:168.
[2]王勇, 李洋, 孙世斌, 卢智博, 张旭昀, 毕凤琴.大庆喇嘛甸油田掺水集输管线腐蚀机理及防护措施[J].化工机械, 2014, 02:236-239+256+266.
[3]张海兵.油气田集输系统内腐蚀研究与防护[J].内蒙古石油化工, 2011, 05:22-24.
[4]李双林, 赵重石, 王海秋.大庆油田地面设施腐蚀与防护系统调查[J].油气田地面工程, 2005, 10:46.
吸氧腐蚀实验设计 篇10
关键词：吸氧腐蚀； 实验设计
中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1006-3315（2014）08-024-001
人教版普通高中课程标准实验教科书化学选修4化学反应原理第四章第四节金属的电化学腐蚀与防护中，铁的吸氧腐蚀实验4-3如下：
我们知道：金属腐蚀分化学腐蚀与电化学腐蚀，电化学腐蚀又包含析氢腐蚀和吸氧腐蚀。在电化学腐蚀过程中，不断有氢气放出，叫析氢腐蚀。这是在酸性环境中引起的腐蚀。在电化学腐蚀过程中，吸收氧气分子参加原电池反应叫吸氧腐蚀。
然而，学生在实验4-3中，检查该装置气密性时发现：将导管一端插入水中，玻管内水面与管外水面基本齐平，将玻管位置提高（末端不脱离水面），则玻管内形成一段液柱。这是因为由于提升玻管，液面上容器与导管构成的体系体积增大，气压减小，所以玻管内会形成一段液柱（大气压等于容器内气体压强与玻管内超出液面部分液柱压强之和）。
因此，教材中铁的吸氧腐蚀实验存在两方面问题：一是铁钉表面与空气的接触面小，短时间内难以观察到明显的变化，二是液柱形成的原因说服力不强（是由于盛水试管中导管的位置变化引起的，还是发生化学反应引起的，都有可能），我们认为有必要对该实验进行改进。
1.吸氧腐蚀实验原理
负极：2Fe-4e-=2Fe2+
正極：O2+2H2O+4e-=4OH-
总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2
进一步反应：4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3
Fe（OH）3脱去一部分水生成Fe2O3·xH2O（铁锈的主要成分）。
2.实验改进
将还原铁粉和含有少量的炭粉的混合物撒入内壁用家庭泡咸菜的盐水润湿过的锥形瓶中，按图1所示连接好装置，观察、比较导气管弯成的u形管中液面高度的变化（为了便于观察，液体用水中滴有红墨水等颜料的红色溶液，并将胶管做成的胶圈固定在u形管与大气相通的液面位置做下标记）。
观察到什么现象？为什么会出现这样的现象？
3.实验现象及分析
刚开始，由导气管弯成的u形管内两液面齐平，当胶塞塞入锥形瓶时，由于减小了空间，挤压了体系内的气体，u形管与锥形瓶相连的液面（左边）低，与大气相通的液面（右边）高，如图1所示。随着反应的进行，消耗氧气，体系气压减小，液体被吸向胶管一方，如图2所示，2分钟内就可以观察到u形管内液面左边高右边低，实验前后液面高度差达到1-2cm的现象。这就能说明不是因为漏气引起的u形管内右边液面下降，因为漏气只能使u形管内液面左右齐平。左边高说明是反应引起的瓶内压强小于大气压，间接证明了反应消耗了氧气。
4.改进后实验的特点
用还原铁粉和含有少量的炭粉的混合物，撒入内壁用家庭泡咸菜的盐水润湿过的锥形瓶，目的是增大反应物的接触面，加快反应速度，用家庭泡咸菜的盐水润湿锥形瓶造成弱酸性环境，适合于学生实验或演示实验。生活，有利于学生运用所学的知识解释生活中的化学现象，例如切泡咸菜的刀未及时洗净（残液NaCl），很快便出现红褐色锈斑，菜刀不是纯铁，内含金属或非金属杂质，如果未及时清洗，表面有一层含有NaCl的水膜，氧气溶于水膜，在酸性很弱或中性环境中，铁器发生了吸氧腐蚀。用导气管弯成的u形管测定体系气体压强变化，形象、直观、灵敏，能激发学生深刻、全面地思考问题，提高思维能力。
电力系统接地网的腐蚀现状及对策 篇11
接地网是保证变电站及电力系统安全工作的关键装置,具有均压和泄流的重要作用。然而,土壤成分复杂及存在杂散电流等原因使得碳钢接地网腐蚀严重,影响到变电站甚至电力系统的稳定运行。以往对于接地网腐蚀的研究大多集中在腐蚀发生原因的调查与分析,而对于预防接地网腐蚀方法的总结还不够深入。本工作在对接地网腐蚀现状进行分析的基础上,对接地网腐蚀与防护领域的最新研究进展予以整理和总结,同时对该领域未来的研究工作提出展望。
1 接地网的腐蚀现状
DL/T 621-1997《交流电气装置的接地》规定,一般条件下接地网可使用碳钢,在腐蚀严重地区宜使用热镀锌钢。碳钢的腐蚀程度与土壤的电阻率、含盐量、含水率和pH值等因素直接相关。碳钢在土壤中会发生化学和电化学腐蚀;特别是有杂散电流存在时,腐蚀会集中发生在接地网某一部位使其在短时间内发生减薄和断裂。即便是镀锌钢,因为锌层厚度有限,在土壤中的腐蚀状况也与普通碳钢相似。在一些土壤腐蚀性较强的地区,碳钢或镀锌钢的接地网3～5年内就会严重腐蚀,甚至断裂,极大地影响接地网的完整性和导电性[1]。此外,不同电压等级、不同土壤环境的变电站接地网普遍存在腐蚀状况[2,3]:广东省130座变电站中,有60余座存在接地网的腐蚀问题,其中东墩110 kV变电站的接地网多处腐蚀断裂,平富岗变电站接地网中9mm直径的圆钢被腐蚀成细条;陕西省7座变电站中有6座的接地体发生多处腐蚀断裂,接地体的平均腐蚀速率为6.87 mm/a,最大腐蚀速率达到了12 mm/a;湖北电网在2006年对20座220 kV变电站的接地网开挖检查,发现其均存在不同程度的腐蚀,具体表现为接地体减薄和腐蚀断裂。
2 接地网的防腐蚀方法
2.1 使用耐蚀接地材料
使用铜、不锈钢和人造石墨等耐蚀接地材料可以较好地防止接地网腐蚀;但是铜与不锈钢价格昂贵,人造石墨脆且易碎。因而这些材料并没有在我国大规模应用。近年来铜覆钢材料开始逐步应用于接地网。碳钢表面包覆一层金属铜,既具有较好的耐蚀性,又相较于纯铜节约成本。目前,铜覆钢材料分为镀铜钢、连铸铜包钢、铜包钢等[4]。表层铜厚度是评价铜覆钢材料耐蚀性优劣的重要参数。依据电力标准,满足接地网防腐蚀的铜覆钢表层铜厚度下限为0.25 mm[5]。镀铜钢表层铜厚度能达到0.25 mm左右,连铸铜包钢表层铜厚度则可达到1.00 mm[6]。铜层与钢结合的紧密程度也对其耐蚀性有影响:镀铜钢与连铸铜包钢均实现了金属材料间分子级的渗透,结合紧密程度较好;铜包钢两者结合不牢固,有时甚至会脱落。因此,连铸铜包钢和镀铜钢性能优良,是最理想的耐蚀接地材料。
虽然铜覆钢耐蚀性好,但是焊接时可能发生虚焊、漏焊或者施工时造成铜层破损,使其发生电偶腐蚀。因此,合理设计、规范施工才会最大程度地发挥耐蚀接地材料的效能。
2.2 实施阴极保护
阴极保护法在地下金属结构防腐蚀工程中有着广泛应用,在新旧接地网上均可使用,但要结合接地网面积及变电站的工况条件合理选择实施方案以确保防腐蚀效果。
(1)牺牲阳极阴极保护接地网防腐蚀一般选用驱动电压高、溶解均匀的镁或镁合金为牺牲阳极。镁阳极在酸性土壤中对碳钢接地网的保护度可达98%～99%[7],在不均匀土壤中对接地网的保护度也能达到91.83%[8]。虽然镁阳极防腐蚀效果明显;但其电流效率低,单块阳极保护范围有限,如果将其用于面积较大的接地网阴极保护需要大量的阳极来确保防腐蚀效果,且镁阳极的自腐蚀速率快,需要经常更换。将Mn,Ca,Y等元素与镁掺杂,制成的电流效率高、自腐蚀速率低的新型镁合金阳极更适合在土壤中使用[9,10,11]。
此外,变电站的工况条件也会影响防腐蚀保护效果。电压等级大于110 kV的变电站一般采用中性点接地,当电网系统负载不平衡时会持续有几安培至几十安培的交流电流过接地网[12]。交流电流密度达到3.0mA/cm2时会使镁阳极电流效率下降80%,且镁阳极工作电位会随着交流电干扰的增强而明显正移,如果交流电干扰严重,镁阳极和碳钢接地网之间会发生“极性逆转”现象,使得接地网加速腐蚀[13]。
综上所述,为了降低施工成本,避免交流杂散电流对保护效果的影响,牺牲阳极法仅适用于面积较小、电压等级小于110 kV、交流电干扰较弱的变电站接地网的腐蚀防护。
(2)外加电流阴极保护系统由直流电源、参比电极、辅助阳极等几部分组成,具有保护电压可调、使用环境适应性强、一次性施工不需维护的优点,更适合于面积较大、土壤成分复杂的接地网。外加电流腐蚀防护的关键问题是使保护电流分布均匀。传统的阴极保护设计,辅助阳极布置点的选取依赖于经验,无标准和规程,如果阳极布置点选取不当极易引发“过保护”或“欠保护”现象[14]。而利用数值模拟可以直观表现出辅助阳极在不同位置时保护电流的变化,且能够优化阴极保护电流的分布,为阴极保护工程设计提供强有力的支撑[15,16,17]。此外,交流电对保护电位的干扰也会影响阴极保护效果:一般的准则认为金属的电位达到-850 mV(vs CSE)时腐蚀即可得到抑制,但是在交流电干扰下仍会发生腐蚀[18];地中杂散电流会影响参比电极反馈电位的准确性,导致恒电位仪的输出电压偏离设计值。
综上所述,优化保护电流的分布,探究合适的保护电位是保证变电站接地网外加电流阴极保护效果的重要工作。
2.3 涂覆导电涂料
在接地网表面涂覆导电涂料既可以隔离土壤中的电解质、溶解氧、水分等腐蚀介质又不会影响接地网的导电性。导电涂料分为掺杂型与结构型[19],两者都是以导电填料作为电子传递的媒介从而实现涂料的导电效能。掺杂型导电涂料一般用银、铜等金属粉末作为导电填料,虽然导电性好,但价格昂贵,易氧化,限制了其使用[20,21]。结构型导电涂料以改性后的导电高分子聚合物为导电填料,而聚苯胺、聚吡咯等导电高分子聚合物价格便宜、合成简单,因此结构型导电涂料具有广阔的发展前景[22]。
接地网导电涂料防腐蚀设计简单、施工方便,但实际使用时仍有一些需要特别注意的问题。首先,要确保涂层均匀、避免破损,否则杂散电流会使裸露处的金属加速腐蚀。另外,导电涂料并不能有效抑制接地网已经发生的腐蚀,因而对于运行时间较长的接地网不具有保护效果。为了避免上述问题的出现,在使用导电涂料防腐蚀时要在接地网建设初期合理设计、精心施工,同时加强对保护效果的监督,只有这样才能最大程度地发挥导电涂料的防腐蚀效能。
3 总结与展望
为了进一步提高接地网腐蚀防护效果,未来还需在以下几个方面作进一步研究:
(1)提高耐蚀材料在接地网建设中的比例。与碳钢接地网相比,耐蚀材料接地网无论是在使用寿命还是在接地性能上都具有显著优势,但是目前在国内只是处于小范围试验使用阶段。推广耐蚀接地材料的应用,可从源头上遏制腐蚀的发生。
(2)研究交流杂散电流对变电站接地网腐蚀与防护的影响。交流杂散电流的存在会影响阴极保护的效果,并会加速金属材料的腐蚀,应系统地研究其对接地材料腐蚀性及对接地网阴极保护效果的影响。