腐蚀与防护技术K

腐蚀与防护技术

腐蚀破坏的形式很多，在不同的情况下引起金属腐蚀的原因是不尽相同的，而且影响因素也非常复杂，因此，根据不同情况采用的防腐蚀技术也是多种多样的。它涉及的范围极广，内容也十分丰富。在生产实践中用得最多的防腐蚀技术大致可分为如下几类：

1．合理选材。根据不同的介质和使用条件，选用合适的金属材料和非金属材料；

2．电化学保护。根据电化学腐蚀的原理，可分为阴极保护和阳极保护两种；

阴极保护：将被保护金属设备进行外加阴极极化以降低或防止金属腐蚀。

阳极保护：对于易钝化溶液和易钝化金属组成的腐蚀体系，可以采用外加阳极电流的办法，使被保护金属设备进行阳极钝化以降低金属腐蚀。

3．质处理。包括去除介质中促进腐蚀的有害成分（例如锅炉给水的除氧），调节介质的pH值即改变介质的湿度等；

4．加缓蚀剂。往介质中添加少量能阻止或减缓金属腐蚀的物质以保护金属；

5．金属表面覆盖层。在金属表面喷、衬、渗、镀、涂上一层耐蚀性较好的金属或非金属物质以及将金属进行磷化、氧化处理，使被保护的金属表面与介质机械隔离而降低金属腐蚀。

6．合理的防腐设计及改进生产工艺流程以减轻或防止金属的腐蚀。

每一种防腐措施，都有其应用范围和条件，使用时要注意。对某一种情况有效的措施，在另一种情况下就可能是无效的，有时甚至是有害的。例如阳极保护只适用于金属在介质中易于阳极钝化的体系，如果不能造成钝态，则阳极极化不仅不能减缓腐蚀，反而会加速金属的阳极溶解。另外，在某些情况下，采取单一的防腐蚀措施其效果并不明显，但如果采用两种或多种阴极保护防腐蚀措施联合保护，其防腐蚀效果则有明显增加。例如阳极保护-涂料、阴极保护-缓蚀剂等联合保护就比单独一种方法的效果好得多。

因此，对于一个具体的腐蚀体系，究竟采用哪种防腐措施，应根据腐蚀的原因、环境条件，各种措施的防腐蚀效果、施工难易以及经济效益等综合考虑，不能一概而论。

设备的腐蚀防护设计

所谓的防蚀设计，就是在腐蚀环境下，为预防腐蚀破坏和损失而考虑的机械设备装置的设计，它主要包括：选材、防蚀方法的选择、防蚀结构设计、防蚀强度设计以及考虑符合防蚀要求的加工方法。以上是防蚀设计必须考虑的方面。但是，一个良好的设计是否能在生产中实现，这不仅要经过设备的加工制造，还需要经过运输安装，然后才能实现正常生产。例如一个设计和制造都比较合理的设备装置，若用户使用操作不当，也会引起腐蚀事故的发生，因此防蚀设计还必须和防腐蚀管理结合起来考虑。

一、合理选材

㈠选材的基本原则

正确合理选材是一个调查研究、综合分析与比较鉴别的复杂而细致的过程。选材应遵循以下3条基本原则：

1．材料的耐腐蚀性能要满足生产要求

根据设备所处的环境条件，选择耐蚀性能好的材料。

2．材料的物理、机械和加工工艺性能要满足设备设计与加工制造的要求

选用的工程结构材料在具有一定耐蚀性的前提下，还要有一定的强度、抗冲击韧性、弹性和塑性。大型的设备还要求材料有良好的焊接性能；铸件要求材料有良好的铸造性能及一定的切削加工性能；作为热交换器的材料应有良好的导热性。

3．选材时要力求最好的经济效益

在满足生产要求的前提下，要优先选用国产、便宜的材料。可以用普通的结构材料时就不采用昂贵的贵金属。

㈡选材时应考虑的因素

1．设备或构件的工作环境是选材必须明确的条件，使用者与设计者应密切配合，详细列出环境介质参数。

2．参考已有的腐蚀数据资料，选出在相应腐蚀环境下的耐蚀材料。例如ASME出版的“Corrosion Data Survey”和Rabald著的《腐蚀手册》，我国的《腐蚀数据手册》、《金属腐蚀手册》等。这些资料的积累都为正确选材提供了宝贵的经验。

3．从事故调查的分析记录中吸取教训。目前许多国家都比较重视腐蚀事故的调查及事故处理的资料积累，这些资料的积累为人们正确选材从另一个方面提供了宝贵的经验教训。

4．腐蚀试验。虽然材料的腐蚀性能已有许多资料可供查阅，但有些时候往往和实际使用条件并不完全一致，当选用一种新型材料时，必须预先进行腐蚀试验。

5．经济与耐用的综合考虑。一般总是希望选用耐蚀性较好的材料，但还必须考虑到材料的经济性。例如用不锈钢代替碳钢以防止大气腐蚀，虽然效果很好，但不锈钢价格昂贵，故不能普遍使用。对某些大型的单系列连续工艺过程的设备，以及从设备的关键部位上考虑到寿命、产品质量、停产损失、安全等方面，选用耐蚀性较好的材料是非常必要的。因此应该统筹兼顾考虑材料的经济性与可靠性，寻求最佳方案。

6．在选材的同时，还应考虑与之相适应的防护措施。适当的防护，如涂层、镀层、电化学保护等，不仅可以降低基体金属的选材标准，而有利于延长材料的使用寿命。

7．材料的最后选定，还应考虑其加工性能、焊接性能，加工后是否会降低其耐蚀性能，否则会前功尽弃。

二、防蚀结构设计（主要参考《石油化工设备腐蚀与防治》）

在设计生产设备时，应同时考虑防腐蚀方面的要求，以防止与减轻设备在使用中所产生的腐蚀危害。防腐结构设计应考虑以下一些问题：

㈠结构件形状应尽可能简单和合理

形状简单的结构件容易采取防腐蚀措施，而形状复杂的结构件，其表面积必然增大，与介质接触的机会增多，死角、缝隙、接头处容易使腐蚀液积存和浓缩，从而引起腐蚀。简单形状的构件还便于排除故障，有利于维修、保养和检查。容器本体形状的正确设计。再如生产聚乙烯醇用的粉末分离器，由于含有醋酸的活性炭粉经过分离器时，下锥体流速较大而产生严重的磨损腐蚀，而分离器的上半部分的腐蚀很小，所以设计时把下锥体制成便于随时可以拆换或修补的零部件，这样就比较合理。粉末分离器的结构图。在设计零件的焊接接头时，应遵循等壁厚或铸件过渡的原则，以减少焊接热应力。

㈡尽量避免残留液和沉积物造成腐蚀

1．合理布置剖面

一般说来，没有水分存在就可以在一定程度上抑制了电化学腐蚀的发生。因此在构件布置时要使水分不能积存，而且还应考虑易于进行涂装和维修。图6-4为构件合理布置和不合理布置的剖面图。

2．避免水分和尘粒的积存

残存水分和异类尘粒的积存处往往是腐蚀严重的部位，为此应考虑用一系列结构设计加以防止。如采用排水孔，经常清除积存物质，加自动清扫机构，加入缓蚀剂或用填料填补易积聚水分除。图5-5为防止水分和尘粒积聚的结构设计示意图。在设计时还应考虑设备停车时可以完全排空液体，图5-6为储罐的几种设计形式比较。

3.合理进行结构设计

结构设计还应防止腐蚀介质的停滞、热负荷分配的不均匀、蒸汽的冷凝和腐蚀产物的积存。为防止液体停滞，设备接管的焊接，最好采用对焊而不用角焊，如图5-7所示。为了避免沉淀积聚和死角区，容器壁与底的连接应选择合理的形式，如图5-8所示。为避免缝隙存在，换热器管子与管板的连接可采用先胀后焊，或者先焊后胀的方法。