影响金属腐蚀的因素

3管道的防腐蚀结构设计
• (1)管线 • 流速有限制，一般为0.6～3m／s，这个数值与管道的内径有很大 的关系。 • 一般直径小，流速要小
• 但是对于不锈钢，有时为了提高耐氯离子孔蚀的能力，反而要求 较高的流速，这时又规定一个最低流速，例如1.5m/s
• (2)弯头 • ①在紧靠孔板的地方不要设置弯头，弯头离孔板的 距离至少应10倍于管子的直径，以免对弯头造成冲 刷腐蚀，
㈣ 结构设计不合理分析
• 1、容器不合理结构分析 • (1)壳体外部的保温 • (2)保温壳体底部排液管的保温 • (3)壳体支架的保温 • (4)绝热层护板和绝热材料 • (5)壳体上的排液接管 • (6)贯穿式封头接管 • (7)长贯穿式加料接管
• (8)贯穿式接管的焊接 • (9)接管焊接时管壁的热影响 • (10)简体上法兰的焊接 • (11)简体底部的焊接
图2-26 弯头和T型管的防腐蚀结构
• (3)渐缩管
• 管径突然变化，会在小管径部位形成涡流而引起冲 刷腐蚀。当流体中含有固体颗粒时，更会加速这种 腐蚀
图2-27 渐缩管的防腐蚀结构
• (4)不同壁厚管的焊接
• 不同壁厚的管子焊在一起时，在焊缝区域由于焊缝 应力和操作应力叠加而出现很高的应力，在腐蚀介 质作用下易产生应力腐蚀破裂。应将一段厚壁管加 工成壁厚和待连接的薄壁管一致。
图2-24 弯头和孔板间的 防腐蚀结构
• ②对于铅、铜及其合金制成的管线和配件，要避免 急转弯式的直角弯头和配件
图2-25 合金制弯头的防腐蚀结构
• ③管线弯曲的半径应尽 可能大，最小应为管径 的3倍(对碳钢或铜)、4 倍(铜镍合金)或5倍(强 度特别低的材料和高强 钢)。速度愈高，弯曲 半径也应愈大。对高流 速的接头部位，不要采 用T型分叉结构，应采 用曲线逐渐过渡的结构
３
ｅ
ＭｎＳ＋２Ｈ ＋
Ｃｌ
Ｈ Cｌ Ｈ ２
－
２
Ｃｌ
－
ｅ ２Ｈ＋＋２ｅＨ ｅ
２＋ ２
Ｍ
２＋ ｎ
＋Ｈ
２
Ｓ
ＦｅCｌ
Ｓ
Ｆｅ
＋Ｈ
２
ＯＦｅＯＨ
＋
＋Ｈ
＋
含Ｈ２Ｓ的酸性 氯化物溶液 间或有ＦｅCｌ ．４Ｈ Ｏ结晶
２ ２
Fe2+
２＋ ＦｅＦｅ ＋２ｅ
• 孔蚀的影响因素
（1）金属材料 能够鈍化的金属容易发生孔蚀，故
不锈钢比碳钢对孔蚀的敏感性高。金属
钝态愈稳定，抗孔蚀性能愈好。孔蚀最 容易发生在钝态不稳定的金属表面。对 不锈钢，Cr、Mo和N有利于提高抗孔蚀 能力。
(2)环境
• 活性离子能破坏钝化膜，引发孔蚀。 一般认为，金属发生孔蚀需要Cl-浓度 达到临界氯离子浓度。这个浓度可以作为比 较金属材料耐蚀性能的一个指标，临界氯离 子浓度高，金属耐孔蚀性能好 。 • 缓蚀性阴离子 缓蚀性阴离子可以抑制孔蚀的发生。
• （二）一氧化碳气体的腐蚀 • 在一般温度和压力下,CO体并不是一种腐蚀性气体， 只是当压力和温度同时增大的情况下，CO气体才变 成一种腐蚀性气体 .
表2-4 CO气体腐蚀的压力与温度范围
• （三）硫化氢及硫化物的腐蚀 • 生成的FeS薄膜的性质均与钢种、温度、压力有关。 • 一定温度下，在奥氏体不锈钢，硬铝，铝的表面上 形成的硫他物薄膜，晶细而致密，反而能起保护膜 的作用，可进一步防止腐蚀。 • 但温度在500℃或以上时，Cr-Ni不锈钢的耐腐蚀性反 而不高。 • 一般Cr-Mo钢在300℃时，所生成的细晶薄膜就开始 出现了裂痕、脱落； • 当温度超过400℃以上时，生成的FeS组织多层而疏 松，不能耐腐蚀
影响金属腐蚀的因素
• 一、材料因素 • ㈠ 金属材料化学性能的影响 • 一般地说，金属的平衡电位越正，其热力学稳定性越高，腐 蚀倾向越小。但是，腐蚀过程是否明显发生，还受动力学因 素的影响。 • ㈡ 合金元素与杂质
• 合金元素与杂质之间无明确的分界线。通常把对某种性能有 改善作用的元素称为合金元素．其余一些元素称为杂质，
式存在，硫化氢有的是原来溶解于原油中的，有的
则是在工艺过程中生成的。原油中很少有单质硫存 在。
• 硫含量大于2％时称为高硫原油，低于0．5％时称为
低硫原油，介于0．5％～2％的称为含硫原油。
• 含硫量越高腐蚀性越强。
• ⑶酸值 • 酸值越高，腐蚀性越强。 • 酸值：单位是mgKOH／g油 • ⑷含氮量 • 常减压蒸馏 中，氮化物不发生腐蚀作用； • 催化裂化、热裂化和焦化装置 ，氮生成氨(NH3)或氰
图2-3 烟囱的保温绝热
㈡ 表面状态与几何形状
• 不适当的表面状态与几何形状会引起点蚀、缝隙腐蚀以及浓差电 池腐蚀等，也会增加残余应力，发生应力腐蚀破裂等
㈢ 异种金属组合
• 在系统中或在某台设备中，选用电偶序中电位不同的金属，当处 于电解质溶液中，会造成接触部位的电偶腐蚀，导致电位较低的 金属溶解速度增大。
• 合金元素对腐蚀反应的影响，随腐蚀环境而变，不 存在一个普遍适用的法则。
• 塔曼(Tammann)定律：有些合金元素加入量存在一个 临界值 ，达到该值，合金的腐蚀性能急剧变化 。如： 铁铬合金铬铁原子比达l／8时到达第一个耐蚀极限。
• 有些合金元素或杂质，随着条件的不同，或加速腐 蚀，或抑制腐蚀 。如果杂质或合金元素能作为阳极 溶解反应或阴极反应的活性点则会促进腐蚀
化氢(HCN)，可能造成二次加工装置中分馏塔顶及解
吸和冷凝系统的腐蚀
• 2．石油化工过程中的腐蚀性介质
• ⑴氯化物 • ⑵ 含硫化合物 • ⑶ 氮化合物 • ⑷ 有机酸 • ⑸氧、二氧化碳和水 •⑹ 水分
•⑺ 氢
• ⑻酸、碱化学药剂
• ⑼ 有机溶剂
三、设备结构因素
• 参观“现场展厅”
• ㈠ 应力
二、腐蚀失效类型的特征及其产生条件
• 1．全面腐蚀 • 2点蚀 • 3氢腐蚀 • 4.交变应力作用下的腐蚀疲劳 • 5.拉应力下的腐蚀破裂 • 6.缝隙腐蚀 • 7电偶腐蚀 • 8．晶间腐蚀 • 9氩脆 • 10．石墨化腐蚀
孔蚀和缝隙腐蚀
孔蚀 孔蚀即小孔腐蚀，亦称点蚀。腐蚀破 坏形态是金属表面局部位置形成蚀孔或蚀 坑，一般孔深大于孔径。
筒体底部大于筒体时
图 2-15 的焊接
筒体底部嵌入筒体时
2.换热器防腐蚀结构设计
• (1)管与管板的胀接 • (2)管与管板的焊接 • (3)导向板(折流板)上的管孔 • (4)不锈钢管与碳钢管板的连接 • (5)伸出管板的立式列管 • (6)拱形管板立式列管换热器 • (7)立式列管换热器壳程的排气 • (8)列管换热器壳程进料端的缓冲板或防冲板
• ㈡ 表面状态与几何形状图2-3 烟囱的保温绝热
• ㈢ 异种金属组合
• ㈣ 结构设计不合理
• ㈣ 常见不合理结构分析
㈠ 应力
• 任何减小或改变应力方向的措施都可以有效防止上述腐蚀的发生
• 应力腐蚀破裂、腐蚀疲劳及磨损腐蚀分别是在拉应力、交变应力 和剪切应力作用下，材料与介质作用发生腐蚀破坏 。
设计中 应避免尖 角产生应 力集中
• ㈢ 温度 • 腐蚀过程中的阳极与阴极反应的速度均随温度的上
升而增加
• 温度升高还使得金属的钝性发生改变，使钝化变得
困难甚至不能钝化。 18-8钢室温下在浓硝酸中钝化，
但在温度高时将钝化消失。 • 温度分布的不均匀，常对腐蚀反应有极大影响。例 如，热交换器中，通常高温部位成为阳极而腐蚀加 速。
• ㈣ 流速 • 一般地说，流速增大，腐蚀加快。
图2-16 管子与管板的胀接
图2-17 管子与管板的焊接
图2-18 折流板上管孔的防腐结构
图2-19 不锈钢管与碳钢管板连接 时的防腐蚀结构
图2-20 列管伸出与不申出管板的防腐蚀结构
图2-21 拱形管板立式换热器的防腐蚀结构
图2-22 立式列管式换热器壳程 排气管的防腐蚀结构
图2-23 式列管换热器壳程进料缓冲 板防腐蚀结构
（3）钝化膜的薄弱点(如位错露头、划伤等)。
起源于硫化物夹杂的碳钢孔蚀机理示意图
Ｏ
２
Ｏ
２
Ｏ
Leabharlann Baidu
２
Ｏ
２
Ｏ
２
Ｏ
２
中性充气氯化钠溶液
因杵氢偶而将锈层冲破 Ｏ
２
Ｏ
２
Ｈ
２
Ｏ
Ｏ
２
２
多孔锈层
Ｏ ＋２Ｈ Ｏ＋４ｅ４０Ｈ－
２ ２
Ｆｅ（ＯＨ） ＯＨ＋Ｈ Ｏ＋Ｆｅ Ｏ ← ２ ３ ４ ３ＦｅＯＯＨ＋ｅ
• 可采用热扩散法在钢材的表面渗上一层纯铝或纯铬， 由于它们对H2S能起稳定的作用，因而可增强钢材耐 H2S的腐蚀性，这是一种较为理想的方法。
• （四）氮的腐蚀 • 高温下从循环气中分解出来的氮，扩散到钢材中形 成又硬又脆的氮化物，虽在晶界脱碳后，会引起微 隙，氮即向微隙中渗入，在钢内形成氮化物，导致 氮化腐蚀，使钢的冲击韧度大大降低。 • 能抗氮腐蚀的钢材，也能耐氢腐蚀的原因
• 氢与钢材组分发生化学反应，尤以脱碳反应最为危 险
压力增加时
, Fe，C分解成铁和甲烷 ,最终使 这部分钢材全部脱碳，而丧失冲击韧度和强 度
气态甲烷导致内部诱发微裂纹，甚至在钢材
表面产生鼓泡
• 素钢的开始脱碳温度在常压下大约为310℃-320℃， 在高压下将大大低于这个温度 • 不同成分的钢材，查出开始发生氢腐蚀----脱碳的最 低温度
图2-4贮罐底部排液管的保温
图2-5 贮罐壳体支架的保温绝热
图2-6 绝热层护版和绝热材料
图2-8 贯穿式上封头接管的防腐蚀结构
图2-10 贯穿式接管的焊接（1、2为焊接顺序）
图2-11 容器上小接管的焊接
图2-12 接管焊接对管壁的热影响
图2-13 筒体上法兰焊接
图 2-14 的焊接
• 电偶腐蚀的程度决定于两种材料的电位差、材料的极化性能、材 料间的距离、相对尺寸、介质的导电性和温度等因素。
图2-30 通过绝缘防止电 偶腐蚀的结构
图2-31 减小阴、阳极面积 比的防腐蚀结构
图2-32 增加阴、阳极间电解 质路径的防腐蚀结构
知识二：石油化工设备的腐蚀特征
• 一、高温、高压下腐蚀性介质对材质及其性能的影 响 • (一)氢的腐蚀 • 第一阶段为分子体积很小，扩散能力很强的氢，在 高温、高压下，沿金属晶界向内部扩散，其扩散建 度比向晶粒内的扩散速度要大100倍左右 • 钢材本身耐冲击性能已表现出明显下降，这就是氢 脆现象。 • 对钢材进行缓慢加热处理，使溶解在钢中的氢逸出， 便可以恢复钢材原来的力学性能
孔蚀
• 腐蚀的破坏特征 (1)破坏高度集中
(2)蚀孔的分布不均匀
(3)蚀孔通常沿重力方向发展
(4)蚀孔口很小，而且往往覆盖有固体沉积物，
因此不易发现。 (5)孔蚀发生有或长或短的孕育期(或诱导期)。
孔蚀的引发
孔蚀的形成可分为引发和成长(发展)两个阶段。 在钝态金属表面上，蚀孔优先在一些敏感位置 上形成，这些敏感位置(即腐蚀活性点)包括： （1）晶界(特别是有碳化物析出的晶界)，晶格缺 陷 。 （2）非金属夹杂，特别是硫化物,如FeS、MnS，是 最为敏感的活性点。
• ㈤ 溶解盐与阴、阳离子
• 溶于水中的盐类对金属腐蚀过程的影响较为复杂。 （P29） • ㈥ 石油化工原生产中的主要腐蚀介质 • 影响原油腐蚀性四参数：
• ⑴ 盐含量
• 原油中的盐含量越低越好，这就要求在石油加工中 必须进行严格的脱盐处理。
• ⑵ 硫含量
• 原油中的有机硫化物主要以硫醇、硫醚、噻吩等形
• ㈢ 材料的表面状态
• 一般来说，金属表面越是均匀、光滑，耐蚀越好。划 伤，都能增加该材料对点蚀、应力腐蚀等局部腐蚀的 敏感性 。 • ㈣ 内应力 • 增加局部腐蚀(如应力腐蚀)的敏感性。 如冷加工、焊 接及装配 后处理不当，腐蚀可能加快。
• ㈤ 热处理
• 恰当：消除内应力，提高耐蚀性
• 不恰当：增加对晶间腐蚀的敏感性
• ㈥ 电偶效应 • 不同材料接触形成电偶腐蚀电池。
• 电偶效应总是使处于电偶电池为阳极的金属材料的腐 蚀速率增加， • 特别要注意面积效应对阳极腐蚀率的影响
二、环境因素影响
• ㈠ 去极剂种类与浓度
• ㈡ 溶液pH值
• 钝化金属来说，一般有随pH值的增加更易钝化的趋势。
• 一般情况：
• 酸性溶液中的腐蚀速度随pH值的增加而减小； • 中性溶液中，以氧去极化反应为主，腐蚀速度不受pH值 的影响； • 在碱性溶液中，金属常有钝化的情况发生，腐蚀速度下 降；对于两性金属，在强碱性溶液中，腐蚀速度再次增 加。
图2-28 不同壁厚管焊接管的防 腐蚀结构
• (5)法兰的密封垫片
• 管道法兰连接的密封 垫片内径若小于管道 内径时，在流动方向 垫片的后面会形成涡 流而导致冲刷腐蚀， 因此垫片内径应与管 子内径相同。
图2-29 法兰密封垫的防腐蚀 结构
4.不同材料的连接
• 不同金属材料连接在一起会造成电偶腐蚀