材料设备腐蚀与防护.ppt

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1、材料设备的腐蚀防护与保温,21材料设备的腐蚀 22材料设备腐蚀防护技术 23设备的保温,21材料设备的腐蚀,一、腐蚀的危害及影响因素二、金属腐蚀原理三、金属的腐蚀破坏形态四、非金属材料的腐蚀,一、腐蚀的危害及影响因素,1.腐蚀现象及危害设备和管材的结垢与腐蚀导致设备和管道的报废；维护费用增加；腐蚀产物进入水中，使水质下降。水工程中大型设备采用钢丝绳或拉链会产生磨损、断线、锈蚀，导致事故。如，沉淀池中的刮泥机上的钢丝绳腐蚀断裂，直接影响排泥效果，导致沉淀池出水恶化。2.影响因素,镀锌钢管的腐蚀,腐蚀的影响因素,化学因素环境的pH溶解盐Cl，SO4溶解气体CO2促进腐蚀O2，H2S,Cl2促进酸性

2、侵蚀。悬浮物微生物,物理因素温度水的流速高流速促进磨损腐蚀材料的表面状况,二、金属腐蚀原理,（一）金属的化学腐蚀1、金属氧化2、钢铁的气体腐蚀（二）金属的电化学腐蚀1、电化学腐蚀原理2、极化现象3、去极化作用4、金属的钝化,1、金属氧化,氧化条件在一定温度下，金属氧化物的分解压氧气的分压（0.022MPa）时，金属可能被空气中氧气氧化。氧化膜的作用金属氧化后在表面形成一层氧化物固相膜，保护金属防止继续氧化。氧化膜厚度与温度有关（见表2.1）温度越高，氧化膜越厚保护性氧化膜的条件1）金属表面的氧化膜致密完整，2）氧化膜具有一定强度和塑性；3）氧化膜稳定，不易脱落。高温氧化的危害,2、钢铁的气体腐

3、蚀,气体腐蚀类型1）脱碳2）氢蚀3）铸铁肿胀,预防方法1）合金化加入合金元素铬、铝、硅可以抗氧化；2）改善介质3）保护性覆盖表面喷涂表面渗镀,脱碳,脱碳现象：钢中的渗碳体Fe3C与O2、H2、CO2和水反应，使渗碳体减少的现象。,脱碳作用的危害：渗碳体减少会降低材料表层硬度和强度，使综合力学性能下降；降低材料的使用寿命。防止脱碳的措施：增加气体介质中CO，CH4的含量；钢中加入合金元素铝、钨。,氢蚀,氢蚀：温度200300，压力30.4MPa时，氢气使钢产生剧烈脆化的现象。防止氢蚀的方法：降低钢中含碳量，减少脱碳过程；加入铬、钛等合金元素形成稳定的碳化物,高温氧化,在200-300 时，钢铁表

4、面形成氧化膜，温度升高，氧化膜厚度增加。温度570 形成的氧化膜（Fe2O3，Fe3O4）致密，使氧化速度降低；温度 570，氧化膜内形成疏松的FeO，表面产生易脱落的疏松氧化皮。,铸铁肿胀,铸铁肿胀是一种晶间气体腐蚀现象。气体渗入铸铁内部，发生氧化作用，产生氧化物使铸铁肿胀，强度降低。防止方法：在铸铁中加入5%-10%Si，形成SiO2保护膜，阻止氧气的渗入。,（二）金属的电化学腐蚀,1、电化学腐蚀原理2、极化现象极化作用可以使金属腐蚀速度减缓3、去极化作用氢去极化腐蚀氧去极化腐蚀去极化作用会加速金属的腐蚀4、金属的钝化金属的钝化可提高金属的耐蚀性,1、电化学腐蚀原理,1）电化学腐蚀定义：金

5、属在电解质中发生氧化还原反应后，产生腐蚀现象2）腐蚀原电池原理：腐蚀原电池构成示意图组成：阳极、阴极、导体介质由于金属表面电极电位不同，金属在电解质溶液中形成腐蚀原电池；腐蚀原电池包括四个过程阳极反应、阴极反应、电子流动、离子传递如果阻止电化学反应中的某一个环节，可阻止腐蚀的进行。,腐蚀原电池示意图,金属产生原电池的可能性基体与杂质中金属的电极电位不同；铁、铝、锌电极电位金、银、铜、铅、汞组织结构不同；铁素体电极电位渗碳体物理状态不均匀，如受力不同；高应力区电极电位低应力区；温度高的部位电极电位温度低的部位表面氧化膜不完整；无保护膜区域电极电位有保护膜区域电极电位较低的金属形成阳极不断溶解，产

6、生腐蚀，阳极上多余的电子由金属内部流向电极电位较高的阴极电极电位较高的金属形成阴极,1、电化学腐蚀原理,3）E-pH图表示金属与水的电化学反应和 化学反应平衡关系图可判断金属在溶液中的腐蚀倾向、腐蚀产物、防腐的途径采用阴极保护，将EFe降至非腐蚀区采用阳极保护，将EFe升至钝化区在溶液中加阳极型缓蚀剂调节溶液pH值为813，进入钝化区,2、极化现象,定义：指原电池由于电流通过，使阴极和 阳极电位偏离起始电位值产生过电位的现象。极化的结果：极化使阳极电位升高，使阴极电位下降，使两电极的电位差减小 导致金属腐蚀速度降低。极化类型：活化极化 浓差极化 电阻极化总之，产生极化作用具有防止腐蚀作用；是控

7、制金属电化学腐蚀速度的一个重要因素。,阳极活化极化是电子的传导过程快于阳极表面的电化学反应过程，从而使得电极上出现过剩的正电荷，从而使电位向正方向移动。浓差极化：在电解过程中，电极附近某离子浓度由于电极反应而发生变化，本体溶液中离子扩散的速度又赶不上弥补这个变化，就导致电极附近溶液的浓度与本体溶液间有一个浓度梯度，这种浓度差别引起的电极电势的改变称为浓差极化.,4、金属的钝化,定义：金属与介质作用后，失去化学活性，使金属更稳定的现象钝化剂：使金属发生钝化的物质 HNO3，NO3-，O2，重铬酸钾、高锰酸钾氧化剂等钝化机理：成相膜理论、吸附理论总之，金属的钝化可提高金属的耐蚀性,去极化作用,去除

8、极化会促进阳极和阴极过程进行，即去极化会加速腐蚀进行。腐蚀体系中，阳极的去极化不易发生，而常会发生阴极的去极化作用。电化学腐蚀的阴极过程是溶液中各种氧化剂（去极化剂）在腐蚀电池阴极上被还原的过程，也称阴极去极化作用。水处理中常见的去极化剂有O2，H2S，CO2等常见（最重要）的阴极去极化过程有2个：氢离子的还原和氧分子的还原。,氢去极化腐蚀,定义：金属在腐蚀介质中，以氢离子的还原反应为阴 极 过程的腐蚀，称氢去极化腐蚀，简称析氢腐蚀 去极化剂是氢离子，腐蚀产物是氢气。析氢腐蚀是常见的危害性较大的一类腐蚀。析氢腐蚀的条件：非氧化性酸（盐酸、稀硫酸、稀硝酸）溶液金属的电极电位氢的电极电位根据能斯特

9、方程计算氢电极电位：,析氢腐蚀的条件,氢去极化过程的4个步骤：当以上步骤中有一个步骤进行得较慢，整个氢去极化过程将受阻，不能发生析氢过程。所以，氢的实际析出电位EH要比平衡电位EeH更负,例题,利用能斯特方程和金属材料的电极电位判断金属Zn、Cu材料在某溶液pH=5条件下，是否会发生氢去极化腐蚀解：1.由金属电极电位表得知：EZn=-0.763V ECu=0.337V2.用能斯特方程计算pH=5时氢的平衡电位3.比较电极电位，判断腐蚀的可能性：,析氢腐蚀的影响因素：,金属材料的性状材料与表面状态不同，氢过电位值不同。氢过电位值低，加速腐蚀。溶液的pH值pH值低，H离子浓度高，EH升高，加速金属

10、腐蚀阴极区的面积阴极区面积增大，氢过电位小，阴极极化率降低，析氢加速，腐蚀速度加快；温度温度升高，氢过电位减小，阴阳两极电极反应加快，腐蚀速度加快。,氧去极化腐蚀,定义：在中性和碱性溶液中，金属腐蚀过程的阴极反 应是溶液中的氧分子被还原反应，又称吸氧腐蚀吸氧腐蚀的条件：金属电极电位氧的电极电位与析氢腐蚀相比，氧去极化腐蚀比氢去极化腐蚀更为普遍。影响氧去极化腐蚀的因素：阳极材料的电极电位溶解氧的浓度溶液的流速溶液中盐的浓度温度,三、金属的腐蚀破坏形态,1、全面腐蚀2、局部腐蚀3、应力作用下的腐蚀类型4、微生物腐蚀,1、全面腐蚀,特征：腐蚀分布在整个金属材料的表面腐蚀机理：属电化学腐蚀过程。腐蚀电

11、池的阴极和 阳积微小，各点电势随时变化，阴极与阳极变动，使整个金属表面都受腐蚀。预防措施：设计时预留足够的腐蚀裕量采用保护性覆盖层使用缓蚀剂电化学保护,2、局部腐蚀,指腐蚀集中在金属表面的某些部位。（1）局部腐蚀特征（2）局部腐蚀类型,（1）局部腐蚀特征：,存在可辨的腐蚀电池阴极区和阳极区阳极区面积小（裂纹、裂缝），阴极区面积大电化学反应具有自催化性，局部腐蚀持续加速进行。,（2）局部腐蚀类型,1）电偶腐蚀：2）小孔腐蚀：易钝化的金属在含Cl-介质中会发生 孔蚀现象3）缝隙腐蚀：介质在材料内的缝隙中滞留，引起缝隙内金属加速腐蚀的现象。4）晶间腐蚀：5）选择性腐蚀：,1）电偶腐蚀：,定义：两种电

12、极电位不同金属在同一介质中，电极电位低的金属腐蚀加快的现象，又称双金属腐蚀或接触腐蚀。易产生电偶的材料组合有黄铜纯铜、铜铝、碳钢不锈钢电偶腐蚀事例预防电偶腐蚀方法：正确选材，避免异种金属接触（参考电偶序）（电位差50mv）；消除面积效应；避免大阴极，小阳极；添加缓蚀剂和绝缘性保护层，绝缘材料垫圈利用电偶腐蚀原理减缓某些材料的腐蚀,分析电偶腐蚀影响的重要手段,1.采用电偶序判断将各种金属和合金在某种环境中的腐蚀电位测量出来，并按大小排列，就得到所谓“电偶序”。蒙乃尔合金的电位比碳钢的电位正得多(相差057V)，将它们组合在一起，碳钢作为腐蚀电池的阳极就可能发生加速腐蚀破2.电偶腐蚀效应在电偶对中

13、阳极金属的腐蚀速度与它孤立存在时的腐蚀速度(有时称为自腐蚀速度)的比值叫做电偶腐蚀效应。电偶腐蚀效应愈大，阳极金属遭受的电偶腐蚀愈严重。,电偶腐蚀事例1,一个海洋生物学家小组进行贻贝试验，将12个装贻贝的笼子用钢丝绳悬挂在灯船下面。笼子放人海洋中选定的位置，经过了几个星期，科学家们回来时发现只有绳子悬在那里，笼子已掉到海底。固定笼子的方法存在问题：将钢丝绳穿过一个孔洞，再将末端折转过来，做成一个圈，再用铝丝绑扎起来。结果铝发生电偶腐蚀，当铝丝溶断，穿过孔洞的钢丝绳圈脱开，笼子就丢失了。,电偶腐蚀事例2,用蒙乃尔合金(Monel，Ni70Cu30)制造船壳，连接船壳的铆钉则是用碳钢制造的。很短时

14、间内由于钢铆钉严重腐蚀，游艇就不能航行了。产生电偶腐蚀腐蚀原因：蒙乃尔合金中铜为阴极，面积大，碳钢制造的铆钉是阳极，面积小，易发生腐蚀,电偶腐蚀事例3,60年代初，美国破冰船壳上的焊缝很快腐蚀，比船壳钢板腐蚀更严重。腐蚀原因电偶腐蚀焊接金属对船壳是阳极。船壳的涂层系统被冰擦伤，阴极保护系统的阳极也被冰刮落，失去了保护作用。所以，产生大阴极（船壳钢板），小阳极（金属焊缝）布局，加速电偶腐蚀。所以在选择焊接金属时一个基本准则是：焊缝相对于母材应是阴极性的。,石墨-金属材料的电偶腐蚀,导电的非金属材料制品(如石墨)与金属接触也会导致金属发生电偶腐蚀腐蚀原理：石墨的电位比许多金属的电位都高（常做阴极）

15、不锈钢、铜合金、镍合金的阀杆、泵轴、法兰与含石墨的填料、垫片、润滑油接触，石墨与金属材料在酸碱盐等电解质溶液中就可能产生严重的电偶腐蚀。,利用电偶腐蚀达到腐蚀控制的目的,对某些设备来说，可以利用电偶腐蚀达到腐蚀控制的目的。例1输送海水的不锈钢泵叶轮，在停运期间易发生缝隙腐蚀，用镍铸铁泵壳可以保护不锈钢叶轮；例2水加热器用青铜作管束，碳钢制作花板对铜管束起保护作用。减缓腐蚀分析在这种组合中，铸铁泵壳和碳钢花板在电偶对中为阳极，其腐蚀加速；而不锈钢叶轮和青铜管束作为阴极，腐蚀受到抑制，即受到阴极保护作用。这实质上是牺牲阳极保护的应用。因为泵壳和花板可以做得较厚，仍可满足使用寿命的要求。,2）小孔腐

16、蚀（孔蚀、点蚀）：,特点：腐蚀孔小而深孔蚀过程孔蚀核-孔蚀源-孔蚀深挖腐蚀机理：闭塞电池小孔腐蚀示意图影响因素与控制：合金成分与组成：高铬钢耐孔蚀介质组成：Cl-促进腐蚀；提高pH可减缓孔蚀加缓蚀剂采用阴极保护,3）缝隙腐蚀：,缝隙腐蚀示意图缝隙腐蚀与小孔腐蚀的区别腐蚀的初始阶段不同小孔腐蚀：自掘孔缝隙腐蚀：原有缝腐蚀形成的场所不同小孔腐蚀：个别材料缝隙腐蚀：所有材料腐蚀的形态不同小孔腐蚀：孔深窄缝隙腐蚀：蚀坑浅、大,4）晶间腐蚀：,晶粒表面和内部间化学成分的差异以及晶界杂质或内应力的存在，材料微观组织电化学性质不均匀引起的局部腐蚀现象危害：破坏晶粒间的结合，大大降低金属的机械强度。导致材料丧

17、失强度。腐蚀实例：晶间腐蚀的不锈钢，表面看起来还很光亮，但经不起轻轻敲击便破碎成细粒。黄铜、不锈钢、镍基合金、铝合金、镁合金等属晶间腐蚀敏感性高的材料。不锈钢焊缝的晶间腐蚀：在受热情况下使用或焊接过程都会造成晶间腐蚀的问题。,5）选择性腐蚀：,多元合金在电解质溶液中构成腐蚀电池，电位较低的为阳极，先被溶解的现象。由于腐蚀后剩下已优先除去某种合金组分的组织结构，所以也常称为去合金化。去合金化后材料总的尺寸变化不大，但金属已失去了强度，因而易于发生危险事故。选择性腐蚀实例：黄铜脱锌灰铸铁石墨化腐蚀现象铸铁因腐蚀而发生铁素体的溶解，以及碳化物和石墨在表面上富集是这类腐蚀现象。,黄铜脱锌,其表现形式两

18、种：均匀的层状脱锌合金表面层变为力学性能脆弱的铜层，强度下降；不均匀的带状或栓状脱锌脱锌的腐蚀产物为丧失强度的疏松多孔的铜残渣，容易早期穿孔，危害性更大。简单黄铜(铜和锌的二元合金)多见层状脱锌；腐蚀性强的介质如弱酸、弱碱或海水易发生层状脱锌耐腐蚀性的复杂黄铜(铜和锌再加其他组分的多元合金)则多见栓状脱锌。腐蚀性弱的介质，如河水容易发生栓状脱锌。在黄铜中加砷(加砷量0.020.06)可防止黄铜脱锌。,3、应力作用下的腐蚀类型,1）应力腐蚀开裂2）腐蚀疲劳：3）磨损腐蚀4）摩振腐蚀,1）应力腐蚀开裂,定义：材料在静应力和腐蚀介质共同作用下发生的脆性开裂破坏的现象，简称应力腐蚀。应力腐蚀的3个必要

19、条件：敏感的合金、特定的介质、一定的静应力（拉应力）应力腐蚀体系：指产生应力腐蚀的材料与敏感介质的组合关系（P60 表23）黄铜-氨：氨介质中应避免使用铜合金应力腐蚀机理：阳极溶解机理、氢脆机理,防止应力腐蚀措施：,选材时应考虑介质情况，避免构成应力腐蚀体系低碳钢/低合金结构钢-NaOH：强碱介质中不能使用低碳钢改善环境体系，加缓蚀剂电化学保护，外加电流极化保护注意：对氢脆敏感材料不能采取阴极保护！,2）腐蚀疲劳,腐蚀介质和交变应力协同作用所引起的材料破坏现象。危害：在腐蚀疲劳部位出现腐蚀纹，逐渐发展为穿晶开裂。,3）磨损腐蚀,湍流腐蚀侵蚀空泡腐蚀气蚀由于高压水泵叶轮工作时，在前缘低压形成气泡

20、，进入后缘高压区气泡破灭，瞬间产生140MPa以上的压力，破坏金属表面的保护膜，使金属产生腐蚀。防止气蚀措施：合理选材：青铜，钛合金，不锈钢加涂保护层,4、微生物腐蚀,由于介质中存在微生物使金属腐蚀速度加快的现象腐蚀的原因：代谢产物具有腐蚀作用改变环境条件：影响电极极化过程破坏保护层或缓蚀剂的稳定性,四、非金属材料的腐蚀,非金属无机材料的腐蚀原理：硅酸盐中的SiO2在碱、氢氟酸、高温磷酸作用，形成可溶性的物质，产生腐蚀作用。有机非金属材料的腐蚀,有机材料的腐蚀原理,物理腐蚀：高分子材料在介质中溶解的现象化学腐蚀：高分子中极性基团与特定的介质发生化学反应，改变材料的性能，造成老化或裂解的现象。微

21、生物腐蚀：不含増塑剂的塑料具有较好的抗微生物腐蚀的能力。应力腐蚀：高分子材料在受力状态下，发生的物理或化学腐蚀，材料产生裂纹直至断裂的现象。,有机非金属材料的腐蚀,物理腐蚀高分子材料在介质中溶解溶解过程：溶胀阶段、溶解阶段防止物理性腐蚀应合理选择材料选择材料原则极性原则：非极性高分子材料不易溶于极性溶剂，极性高分子材料不易溶于非极性溶剂溶解度参数原则：描述溶剂分子或高分子链间作用力大小的参数,有机非金属材料的腐蚀,化学腐蚀：高分子中极性基团与特定的介质发生化学反 应，改变材料的性能，造成老化或裂解的现象。水解反应高分子中的醚键、酯键、酰胺键等极性键与水发生作用，使之降解。高分子材料在酸碱作用下

22、易发生水解反应氧化反应聚烃类高分子材料中存在双键、支链等受光辐 射与氧分子发生氧化降解取代反应高分子中某些基团在光作用下与氯发生取代反应交联反应使材料硬化变脆,22材料设备腐蚀防护技术,一、腐蚀防护设计内容二、防腐措施1、设备的电化学保护2、设备环境介质的控制3、其它防腐措施三、给排水设备常用防腐措施,三、给排水设备常用防腐措施,1.管道外防腐2.管道内防腐水泥砂浆衬里3.管道电化学保护4.水下设备防腐5.金属器壁腐蚀的处理方法,1.管道外防腐,石油沥青防腐环氧煤沥青防腐聚乙烯防腐聚乙烯胶带防腐聚乙烯、聚氨酯泡沫塑料防腐,石油沥青防腐,优点：价格低，施工工艺成熟；应用广泛。缺点：吸水率大，易受

23、细菌侵蚀，使用寿命短。适用场合：室内外管道、埋地长输碳素钢及低合金钢的管道防腐工程。,环氧煤沥青防腐,优点：耐水性防腐性较好，吸水率小，不易受细菌侵蚀，使用寿命较长。适用场合：适用于输送介质温度低于110的埋地输水、气、油的钢质管道的外壁防腐工程。,聚乙烯防腐,对埋地钢管采用挤出法包覆聚乙烯防腐层技术，简称包覆管。适用场合：输送介质的温度范围高密度聚乙烯包覆管小于80；低密度聚乙烯包覆管小于60。,聚乙烯胶带防腐,适用场合：钢质管道的外壁防腐工程；其他防腐层的补口、补伤作业。,聚乙烯、聚氨酯泡沫塑料防腐,适用场合：埋地钢管输送介质温度小于100 时，防腐保温层采用聚乙烯和聚氨酯泡沫复合结构聚乙

24、烯塑料保护层，具有防腐作用；硬质聚氨酯泡沫塑料保温层，具有保温作用。,2.水泥砂浆衬里,适用场合：生活饮用水和常温工业用水的输水铸铁管、储水罐的内壁防腐。水泥砂浆衬里工艺风送法、离心法、喷涂法水泥砂浆衬里原料：水泥：425号以上的矿渣硅酸盐水泥。砂子：含泥量小于2%，粒径小于1.52mm水：清水,3.管道电化学保护,阴极保护外加电流法牺牲阳极法,4.水下设备防腐,常用表面处理方法：,给排水工程中水下设备防腐措施,1）钢丝绳和拉链的防腐措施2）水下轴承的防腐措施3）搅拌设备的防腐措施4）曝气转刷的防腐措施,1）钢丝绳和拉链的防腐措施,加强日常防腐保养及时清除表面污泥，定期涂油；定期检查钢丝绳的内

25、部腐蚀情况：用磁力探伤等方法测定钢丝内部腐蚀情况。,2）水下轴承的防腐措施,水下轴承的种类滑动轴承滚动轴承工程轴承防腐措施采用合理的密封措施,3）搅拌设备的防腐措施,采用防腐材料：腐蚀性大的环境，采用环氧玻璃钢，化工搪瓷，橡胶防腐；采用涂装方式防腐时应满足：涂装前，应严格除锈；用于给水工程的涂料采用“食品工业采用防霉无毒环氧涂料”用于排水工程时，涂刷环氧底漆及环氧面漆。水下搅拌设备漆膜厚度200-250m水上搅拌设备漆膜厚度150-200m,4）曝气转刷的防腐措施,空心轴涂环氧沥青或包裹一层氯丁橡胶刷片采用不锈钢或塑料,5.金属器壁腐蚀的处理方法,1）轻微腐蚀2）单个腐蚀蚀坑3）局部腐蚀缺陷4

26、）全面均匀腐蚀5）晶间腐蚀,1）轻微腐蚀,以下轻微腐蚀现象可暂不处理面积大的麻点腐蚀，但无裂纹；分散腐蚀坑点，深度小于计算壁厚的一半；分散的点蚀区域内，无严重的链状点蚀。,2）腐蚀蚀坑,单个蚀坑（40mm）腐蚀缺陷，处理方法浅坑可不予处理；打磨处理，打磨后的强度应满足要求；打磨后的强度若不满足要求，应用堆焊处理。几个较大蚀坑采用打磨或堆焊处理,3）局部腐蚀缺陷,腐蚀面积大，腐蚀深度不影响材料的强度要求时，可采用金属喷涂处理。,4）全面均匀腐蚀,全面均匀腐蚀危险性较小，一般只做防腐措施，不做其他处理。,5）晶间腐蚀,晶间腐蚀造成危险最大。主要采用预防措施；一旦发现晶间腐蚀，设备应整体更换。,腐蚀

27、裕量,腐蚀裕量是指由于钢板在使用寿命中可能受到腐蚀，因此在设计制造中预先增加一些厚度，以保证在使用寿命内安全使用。金属的腐蚀速度，单位（g/m2h）,一、腐蚀防护设计内容,1 腐蚀结构设计构件形状尽量简单合理防止电偶腐蚀防止缝隙腐蚀防止湍流腐蚀避免应力过分集中设备和构筑物位置合理2 防蚀强度设计3 采用防蚀措施设计,构件形状尽量简单合理,避免残留液沉积腐蚀设备底部与出口管的布置图,防止电偶腐蚀,应采用大阳极，小阴极的连接方式,防止缝隙腐蚀,部件连接尽量少接缝,防止湍流腐蚀,设计时避免湍流和涡流。水流急剧变化处设导流板 管线设计避免直角弯曲，转弯半径至少是管径的3倍。,防蚀强度设计,考虑腐蚀裕量

28、局部腐蚀强度材料的腐蚀强度特性变化,1、设备的电化学保护,阴极保护定义：使金属设备发生阴极极化，减小或防止金属腐蚀的方法。方法一：外加电流的阴极保护方法二：牺牲阳极的阴极保护阴极保护时的注意事项：阳极保护,方法一：外加电流的阴极保护,金属设备与直流电源负极相连接，进行阴极极化的方法。图212优点：极化电流与电压可调，用于 要求大保护电流的条件使用缺点：1、需配置直流电源设备2、需要一定操作和维护费用3、对附近的其他金属设备可 能产生干扰,方法二：牺牲阳极的阴极保护,在金属设备上安装一个比设备金属材料电位更低的金属充当阳极，金属设备为阴极。图213优点：无外加电流、对其他 设备无干扰、管理方便安

29、全。缺点：不能调节电流和电压大小，外加的阳极金属消耗大，应定期更换适合用于需要保护电流小的场合使用,阴极保护时的注意事项：,介质必须是能导电的电解质溶液钝化的金属不宜采用阴极保护结构复杂的金属设备不宜采用阴极保护氢脆敏感性材料的设备不宜采用阴极保护,阳极保护,定义：将金属设备与外加直流电的正极连接，进行阳极极化，提高金属设备的电极电位，使金属由活化态转入钝化态阳极极化示意图 图214适用条件用于当提高电位时，金属 设备在所处的介质中有钝化 行为的金属介质体系。利用E-pH图判断金属是否 可以进行阳极极化处理,E-pH图,阳极保护注意事项：,介质溶液：活性阴离子（Cl-）含量高的介质中，不宜采用

30、阳极保护，否则易造成孔蚀。设备结构：结构复杂的设备极化时易产生遮蔽效应，当阳极、阴极布置不合理，钝化不均匀，某些部位发生活化态，使腐蚀加重。,阴极保护与阳极保护的比较（自学）,相同点：同属于电化学保护，被保护金属处于电解质溶液中不同点：适用的金属材料种类；影响极化保护效果的因素极化时电位偏移对极化的影响在强氧化性介质中的极化效果极化时的析氢反应对材料的影响经济费用和工程管理,2、设备环境介质的控制,改变介质腐蚀途径方法一：控制介质中有害成分去除介质中氧气方法加热法、化学法控制介质中pH降低气体中湿度方法二：使用缓蚀剂添加少量化学物质降低介质的腐蚀性,缓蚀剂防腐法,缓蚀剂能阻止或减缓金属在腐蚀性

31、介质中腐蚀速度的化学物质分类按化学组成无机缓蚀剂（硝酸盐、等）有机缓蚀剂（醛类、胺类等）聚合物类缓蚀剂根据缓蚀剂对电化学腐蚀的控制部位分类 阳极缓蚀剂（硅酸钠、铬酸盐）阴极缓蚀剂（锌盐、聚磷酸盐）混合型缓蚀剂（生物碱、琼脂等）根据生成保护膜的类型分类 氧化膜型缓蚀剂 沉积膜型缓蚀剂 吸附膜型缓蚀剂,按化学组成分类,无机缓蚀剂 主要包括铬酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐、钼酸盐、钨酸盐、聚磷酸盐、锌盐等。有机缓蚀剂 主要包括膦酸（盐）、膦羧酸、琉基苯并噻唑、苯并三唑、磺化木质素等一些含氮氧化合物的杂环化合物。聚合物类缓蚀剂主要包括聚乙烯类，聚天冬氨酸等一些低聚物的高分子化学物。,阳极型缓蚀剂,阳极型缓蚀剂

32、种类无机强氧化剂，如铬酸盐、钼酸盐、钨酸盐、钒酸盐、亚硝酸盐、硼酸盐等。作用缓蚀剂在金属表面阳极区与金属离子作用，生成氧化物或氢氧化物氧化膜覆盖在阳极上形成保护膜；抑制了金属向水中溶解；阳极反应被控制，阳极被钝化。硅酸盐也可归到此类，它也是通过抑制腐蚀反应的阳极过程来达到缓蚀目的的。阳极型缓蚀剂要求有较高的浓度，保证全部阳极都被钝化，一旦剂量不足，将在未被钝化的部位造成点蚀。,阴极型缓蚀剂,抑制电化学阴极反应的化学药剂，称为阴极型缓蚀剂。种类 锌的碳酸盐、磷酸盐和氢氧化物，钙的碳酸盐和磷酸盐为阴极型缓蚀剂。作用阴极型缓蚀剂能与金属表面的阴极区反应，其反应产物在阴极沉积成膜，随着膜的增厚，阴极释

33、放电子的反应被阻挡。在实际应用中，由于钙离子、碳酸根离子和氢氧根离子在水中是天然存在的，所以只需向水中加入可溶性锌盐或可溶性磷酸盐。,混合型缓蚀剂,某些含氮、含硫或羟基的、具有表面活性的有机缓蚀剂，其分子中有两种性质相反的极性基团，能吸附在清洁的金属表面形成单分子膜，它们既能在阳极成膜，也能在阴极成膜。种类巯基苯并噻唑、苯并三唑、十六烷胺等作用阻止水与水中溶解氧向金属表面扩散，起缓蚀作用，,阳极型缓蚀剂作用,阳极型缓蚀剂多为无机强氧化剂如铬酸盐、钼酸盐、钨酸盐。钒酸盐、亚硝酸盐、硼酸盐等。作用在金属表面阳极区与金属离子作用，生成氧化物或氢氧化物氧化膜覆盖在阳极上形成保护膜。如有机硅耐高温漆，抑

34、制了金属向水中溶解。阳极反应被控制，阳极被钝化。,缓蚀机理,吸附理论：缓蚀剂的极性基团定向吸附在金属表面形成连续的吸附层成膜理论：缓蚀剂分子与金属或腐蚀性介质发生化学反应，形成保护膜电极过程抑制理论：缓蚀剂能抑制腐蚀电池的阴极过程或阳极过程,使用缓蚀剂注意事项,1.缓蚀剂的作用与金属种类，介质种类有关；饮用水应为无毒的缓蚀剂2.不同缓蚀剂的使用浓度不同；由于缓蚀剂的缓蚀机理在于成膜，故迅速在金属表面上形成一层密而实的膜，乃获得缓蚀成功之关键。为了迅速成膜，水中缓蚀剂的浓度应该足够高，等膜形成后，再降至只对膜的破损起修补作用的浓度；3.温度与pH影响缓蚀效果；温度高，不利于防腐作用。4.为了膜密

35、实，金属表面应十分清洁；成膜前对金属表面进行化学清洗除油、除污和除垢，是必不可少的步骤。,3、其它防腐措施,电镀、化学镀、化学转化膜防护浸镀、渗镀、包镀及热喷涂防护技术衬里防护技术有机涂料防护技术（自学：有几种类型、各有何特点、应用场合）,21材料设备的腐蚀与防护,一、金属材料的腐蚀机理研究（一）金属的化学腐蚀（二）金属的电化学腐蚀二、金属的腐蚀形态三、非金属材料的腐蚀四、设备腐蚀防护技术五、材料的选择（自学）材料选取的基本原则选材时应考虑的因素,23设备的保温,一、保温防护目的二、保温材料三、保温结构与施工,一、保温防护目的,1、减少热量的损失，节能、经济2、保证最不利点对水温的要求3、保证

36、安全，防止烫伤金属材料安全表面温度55非金属材料安全表面温度60,设备的保温场合,应设置保温的场合1、管道或设备外的表面温度502、要求介质温度保持稳定的管道和设备3、防止管道、设备中介质冻结或结晶的场所4、寒冷地区的地沟、吊顶、室外架空管道,二、保温材料,保温材料的种类见表27膨胀珍珠岩类玻璃棉类聚乙烯泡沫塑料类岩棉类硅酸铝纤维类其他高效节能保温材料,保温材料设计参数,1、导热系数导热系数小，保温性能好导热系数与保温材料中空气含量有关；空气导热系数小，（0.025W/mK）导热系数与温度和湿度有关。材料的导热系数与材料的容重、含水率、温度呈正比。2、保温材料的耐热性3、容重600kg/m3要

37、求容重小，空隙率大，4、抗压强度0.3MPa5、其他要求：无毒、对金属无腐蚀、吸水率低、不易燃、价格低。,三、保温结构与施工,管道设备的保温结构由保温层和保护层组成保护层类型金属：铝皮、镀锌皮非金属：铝箔玻璃布保护层、铝箔牛皮纸保护层、玻璃钢外壳保护层要求应具有防水、耐压、阻燃、不易开裂、导热系数0.33w/(mk)保温结构的形式绑扎式、浇灌结构式、整体压制式、喷涂式等,思考题,1、用蒙乃尔合金(Monel，Ni70Cu30)板材制作水处理装置，采用碳钢材料做为连接铆钉，问该制作方法是否合理，说明理由。2、什么是钢的脱碳现象，有何危害，如何防止脱碳现象的发生？3、比较钢的氢蚀与析氢腐蚀的区别。4、金属电化学的极化与去极化作用对金属材料腐蚀有何影响？5、介绍比较金属材料阳极保护和阴极保护的作用原理，阴极保护时被保护设备处于何种状态？绘出设备阴极保护示意图。6、有哪些给排水管道外防腐与内防腐技术措施？7、名词解释：电偶腐蚀、全面腐蚀、应力腐蚀、小孔腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、上述腐蚀现象中那种腐蚀对设备破坏性最大？哪些腐蚀现象可以避免，举例说明采取哪些措施可以减缓腐蚀进行。,思考题,8、利用能斯特方程和金属材料的电极电位判断金属Al、Cu材料在pH=6溶液中，是否会发生去极化腐蚀。附 ECu=0.337V，EAl=-1.66V,