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 防腐工程
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一、防腐的類型
  防腐的腐蝕性可分為濕腐蝕和干腐蝕兩類。濕腐蝕指金屬在有水存在下的腐蝕,干腐蝕則指在無液態水存在下的干氣體中的腐蝕。由于大氣中普遍含有水,化工生產中也經常處理各種水溶液,因此濕腐蝕是最常見的,但高溫操作時干腐蝕造成的危害也不容忽視。
1、濕腐蝕
  金屬在水溶液中的腐蝕是一種電化學反應。在金屬表面形成一個陽極和陰極區隔離的腐蝕電池,金屬在溶液中失去電子,變成帶正電的離子,這是一個氧化過程即陽極過程。與此同時在接觸水溶液的金屬表面,電子有大量機會被溶液中的某種物質中和,中和電子的過程是還原過程,即陰極過程。常見的陰極過程有氧被還原、氫氣釋放、氧化劑被還原和貴金屬沉積等。
隨著腐蝕過程的進行,在多數情況下,陰極或陽極過程會受到阻滯而變慢,這個現象稱為極化,金屬的腐蝕隨極化而減緩。
2、干腐蝕
  一般指在高溫氣體中發生的腐蝕,常見的是高溫氧化。在高溫氣體中,金屬表面產生一層氧化膜,膜的性質和生長規律決定金屬的耐腐蝕性。膜的生長規律可分為直線規律、拋物線規律和對數規律。直線規律的氧化最危險,因為金屬失重隨時間以恒速上升。拋物線和對數的規律是氧化速度隨膜厚增長而下降,較安全,如鋁在常溫氧化遵循對數規律,幾天后膜的生長就停止,因此它有良好的耐大氣氧化性。
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二、腐蝕的形態
  防腐工程的腐蝕的形態可分為均勻腐蝕和局部腐蝕兩種。在化工生產中,后者的危害更嚴重。
1、均勻腐蝕
  腐蝕發生在金屬表面的全部或大部,也稱全面腐蝕。多數情況下,金屬表面會生成保護性的腐蝕產物膜,使腐蝕變慢。有些金屬,如鋼鐵在鹽酸中,不產生膜而迅速溶解。通常用平均腐蝕率(即材料厚度每年損失若干毫米)作為衡量均勻腐蝕的程度,也作為選材的原則,一般年腐蝕率小于1~1.5mm,可認為合用(有合理的使用壽命)。
2、局部腐蝕
  腐蝕只發生在金屬表面的局部。其危害性比均勻腐蝕嚴重得多,它約占化工機械腐蝕破壞總數的70%,而且可能是突發性和災難性的,會引起爆炸、火災等事故。它可分為下列幾類:
  ① 孔蝕 在金屬表面的局部,形成大小、深淺和形狀不同的孔,嚴重時可使器壁穿透。孔蝕通常發生于表面有保護膜(鈍化膜)的金屬,如不銹鋼、鈦和鋁合金等。由于表面局部存在缺陷,溶液內又含有能破壞鈍化膜的活性離子(Cl□,Br□),因此膜的局部破口就成為腐蝕電池的陽極,周圍的膜成為陰極,電流高度集中,使腐蝕向孔內迅速發展。
  ② 縫隙腐蝕 發生在設備的縫隙內,如焊、鉚縫、墊片或沉積物與金屬的間隙等,它是孔蝕的一種特殊形態。
  ③ 晶間腐蝕 由于金屬的不適當熱處理或冷加工,引起晶界變化,如晶界沉積了雜質,或某種元素增多或減少,使晶界成為易腐蝕的通道。腐蝕由表面沿晶界向內部發展,外表看不出腐蝕跡象,但金屬失去了強度。
  ④ 應力腐蝕破裂 在腐蝕與拉應力同時作用下,金屬或合金產生的破裂。應力的主要來源是由焊接、冷加工等產生的殘余應力。這是一種最危險的腐蝕形態,主要發生在特定的材料-環境體系中,例如奧氏體不銹鋼在含Cl□溶液中,碳鋼在含NO□溶液中,銅合金在含NH□大氣中,等等。
  ⑤ 腐蝕疲勞 由周期應力(應力方向和大小發生周期性地變化)與腐蝕的共同作用而引起金屬的破裂。一般金屬當承受的周期應力超過疲勞極限值時,都將產生破裂,但在腐蝕環境中,疲勞極限值大大下降(圖2鋼在周期應力下的應力-周期數曲線)。任何腐蝕環境都可以引起腐蝕疲勞,振動部件如泵軸和桿、螺旋槳軸、油氣井管、吊索以及由于溫度變化產生周期熱應力的換熱管和鍋爐管等,都容易產生腐蝕疲勞。
  ⑥ 選擇性腐蝕 成分和結構不均一的工業材料在一定腐蝕環境中,一部分元素被腐蝕浸出,只剩下由其余組分構成的海綿狀物質,完全喪失了材料原來的強度和延性。如黃銅脫鋅(鋅從黃銅中腐蝕脫離)、鑄鐵石墨化(鐵溶解,只剩下石墨網狀體)等均屬此類腐蝕。
  ⑦ 磨損腐蝕 金屬表面同時受流體(或同時含有固體粒子)的磨損和腐蝕作用引起的破壞。在高流速的沖擊下,金屬表面膜被破壞,破口處的金屬因而加速腐蝕,暴露在高流速氣體和液體中的設備,如管、三通、閥、鼓風機、離心機、葉輪、有攪拌的容器、換熱器和排風道等,都能產生磨損腐蝕。
三、防腐的方法
  防腐工程用不同材料在不同環境中可能具有不同的耐蝕性能,對于特定環境,正確選用耐蝕性能較好并滿足其他條件的材料,以得到合理的使用壽命,這是防止或減輕腐蝕的重要方法。其他防腐蝕方法有:
1、選用隔離層
  用一層薄的、耐蝕性強的貴重材料為隔離層,保護耐蝕性較低、強度高且價格低廉的底層材料(如鋼鐵)。在化工生產中廣泛采用的保護隔離層有:橡膠襯里,塑料襯里,硅質磚和石墨磚襯里,不銹鋼、鎳、鈦、銀等金屬襯里。此外,在大氣、水等輕腐蝕環境中的材料,廣泛采用有機或無機涂料作防護層。
2、陰極保護
  在被保護材料上通入一定的陰極電流,電位下降到局部陽極的開路電位時,局部的陽極腐蝕電流就完全被抵消,材料停止腐蝕。陰極保護廣泛用于地下管道、其他地下金屬設備、水槽、海水中設備和船等。它常和涂料聯合采用,以減小輸入的電流。
3、陽極保護
  對可鈍化的金屬(如鐵或不銹鋼)通入陽極電流,使其在特定環境中達到鈍態,因而獲得保護,如在硫酸、磷酸、碳酸氫銨液和氨水等生產設備上應用。
4、控制腐蝕環境
  消除和控制環境中引起腐蝕的因素,腐蝕就能停止。例如:鍋爐給水采取去氧操作;在化工生產的冷卻水中加緩蝕劑、酸、堿以調節pH,也用冷卻或隔熱的辦法,防止溫度過高或過低。
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