腐蚀防护第十一讲.ppt

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1、过程装备腐蚀与防护 第十一讲 高海涛,回顾：防腐方法,目前工程中用得最多的防腐方法：金属或非金属材料覆盖层金属覆盖层：金属衬里；金属镀层；复合金属板等非金属覆盖层：衬里；搪瓷；搪玻璃；涂料；联合覆盖层 电化学保护包括阴极保护；阳极保护 防腐结构设计 介质处理,从防腐效果、施工难易、经济成本等方面综合考虑选取防腐方法,电化学保护法,电化学保护是根据金属电化学腐蚀原理对金属设备进行保护的方法。分为阴极保护和阳极保护,（一）阴极保护,一、阴极保护,电保护和护屏保护的原理完全相同；腐蚀着的金属看作是双电极腐蚀厚电池,1、原理,最小保护电流密度 最小保护电位,2、阴极保护的基本参数,阴极保护的基本参数都

2、通过实验确定；与被保护金属的种类，表面状态，以及腐蚀介质的性质、浓度、温度、运动状况等因数有关,确定合理的保护度 阳极材料的选择 护屏或辅助阳极的合理配置 要预留保护参数的监测点,3、阴极保护技术设计的要点,小结：对于腐蚀性不太强的介质宜采用阴极保护；强腐蚀介质中，电能或护屏材料的消耗大，不经济；电保护比护屏保护的适用范围宽，电流可调；电保护的基本投资高于护屏保护；阴极保护技术成熟，广泛用于船舶、地下管道、海水冷却设备、油库及盐类生产设备、化工设备（表6-2）的保护。,二、阳极保护,是利用金属在电解质溶液中依靠阳极极化建立钝态的特性而实施的保护方法。,致钝电流密度（icp)维钝电流密度 钝化区

3、范围,1、阳极保护的主要参数,2、阳极保护设计要点,正确选择辅助阴极材料 辅助阴极的合理配置 参比电极的选用和安装,衬 里,是一种综合利用不同材料的特性，具有较长使用寿命的防腐方法。大多是在钢铁或混凝土设备上选衬各种非金属材料,一、碳钢设备及衬里材料的表面处理,1、对被粘物表面的要求,有良好的润湿性 表面具有一定的粗糙度 表面清洁,二、砖板衬里,常用的砖板有：辉绿岩板：既要求耐蚀又有严重磨损的场合 玄武岩板 耐酸瓷砖板 耐酸耐温陶砖板：用于耐酸度要求稍低的部位 不透性石墨板：用于传热的设备,多年来一直是国内外传统的防腐技术,砖板衬里的质量取决于：1、胶粘剂的合理选择与施工2、衬里结构的正确设计

4、,树脂类胶泥：大多使用热固性树脂（酚醛、环氧、呋喃、环氧-呋喃、环氧-酚醛等添加填料、固化剂等配制而成,树脂类胶泥对非氧化性酸有较好的耐蚀性；环氧、呋喃：适用于酸碱交替的场合；酚醛胶泥：常用于渗透性较大的稀酸介质；环氧-呋喃胶泥：提高呋喃胶泥的粘结强度；环氧胶泥：粘结强度高、收缩性小、抗渗透 性好、价格贵，一般用于挤缝和勾缝。,各种胶泥的使用场合：P137,三、玻璃钢衬里,1、玻璃钢衬里的渗透与应力破坏,玻璃钢衬层出现针孔、气泡或微裂纹，介质沿缺陷 往里渗透由于溶剂挥发，使一些未参与交联反应的固化剂、增 塑剂等物质析出；某些缩聚树脂在固化过程中生成小分子；玻璃纤维的表面处理不好，介质渗到树脂与

5、玻璃纤维的界面间，破坏树脂与金属的粘合；如发生腐蚀，可能出现鼓泡，使衬里层剥离,内应力超过玻璃钢衬层强度，使衬层破裂；或局部 应力集中使衬层翘曲或局部龟裂。,分子交联和链的缩短引起体积收缩，在衬层内 产生拉应力；加热固化或升温冷却过程中，出现热应力。,提高抗渗性、减缓内应力正确选择胶粘剂的配方；合理设计玻璃纤维与树脂的相对比例；使树脂充分固化；同时保证衬里有足够的强度,四、橡胶衬里,生胶板按施工要求衬贴于设备的表面，经硫化后使橡胶变成结构稳定的防腐层。,1、衬里用橡胶的性能与适用范围,天然橡胶，可塑性好,硫化橡胶,橡胶具有良好的化学稳定性，可耐一般非氧化性 酸、有机酸、碱溶液和盐溶液 在强氧化

6、性酸和芳香族化合物中不稳定,软橡胶（S：13%）：-2575 半硬橡胶（S：30%）：-2575 硬橡胶（S：40%）：065,橡胶,耐蚀性、耐老化性、粘结强度：硬橡胶 半硬橡胶 软橡胶耐磨、耐寒性、抗冲击性：软橡胶 半硬橡胶 硬橡胶,橡胶衬里的使用场合：,软橡胶：温度变化大，有冲击震动的场合 不能单独做衬里层、和硬橡胶、半硬橡胶组合使用硬橡胶：温度变化小、无磨损冲击的强腐蚀介质中 可单独使用、与软橡胶联合衬里的底层 做旋塞、泵等的衬里,聚异丁烯橡胶近年在化工防腐中用做砖板衬里的严密底层,五、化工搪瓷,在钢铁表面涂覆高含硅量的瓷釉，经高温煅烧而形成的致密玻璃质耐蚀层,通常由两层组成：,底釉：热

7、膨胀系数；表面张力面釉：防腐和抗老化的作用,1、化工搪瓷的性能与应用 耐蚀（除HF，含氟化物溶液、浓热磷酸、强碱外）导热（可用于需要加热或冷却的场合）耐温度剧变性能不高（T 最高300,T120)压力条件：只适用于内压0.25MPa;真空度 700mmHg;外压0.6MPa 目前国内的化工搪瓷制品：搪瓷反应釜；搪瓷贮槽；套环式和套管式搪瓷热交 换器；塔器、管子及管件、阀门等,2、化工搪瓷设备结构设计特点,（1）搪瓷制品的金属胎一般采用低碳钢；（小型的、形状复杂的制品也有用铸铁的）（2）设备所有的转角必须均匀圆滑过渡，转角半 径越大越好；（3）壁厚在强度计算的基础上增加23mm,壁厚 6mm;高

8、径比：0.81.6（最好取1）；（4）法兰一般用较多卡子连接；小直径的允许螺 栓连接；,（5）金属设备外表面不允许 有焊接接触面很宽或很 厚的附件；必要时可采 用过渡板连接，如 果设 备上开孔较多，一般不 焊加强板而是增 加壁厚（6）设计时尽量减少焊缝并 且严格控制焊接质量,（7）避免瓷面直接承受液、汽的冲击以及局部过 热、过冷。（8）具有中空的结构，应在适当的部位开排气 孔，避免爆瓷。,防蚀结构设计,从防腐蚀的角度分析常见的联接、容器及其附件的结构设计问题,一、联 接,（1）不同断面的焊接（2）不同金属间的焊接（3）螺栓联接（4）管子与管板联接（5）管道联接（6）轴的联接,其他防腐方法,一、

9、涂料覆盖层,涂料覆盖层目前主要用做设备、管道、厂房的外表面抗大气腐蚀的防护层，或者腐蚀环境不是很苛刻的设备内壁的保护涂料的品种主要有：以干性油为主体的油基性涂料以合成树脂或天然树脂为主体的树脂基涂料,一、涂料覆盖层,1、涂料的主要组成及其作用,组成：成膜物质、颜料、稀释剂、催干剂、固化剂,成膜物质：隔离介质 使覆盖层与被保护的设备表面紧密粘附颜料：填充连续成膜物质的空隙，降低渗透性 不同程度的反射紫外线，延缓漆膜的老化 某些颜料具有显著的防锈效果,作用,二、金 属 镀 层,利用电镀、喷镀、热镀、渗镀等技术，将较耐腐蚀的金属镀覆在耐蚀性较差的金属表面，形成金属镀层。,阳极性镀层：镀层的电位比基体

10、金属的更负 牺牲阳极使存在微孔、缺陷的基体金属 得到保护阴极性镀层：镀层电位高于基体金属电位 必须足够完整，否则将加速基体金属 的腐蚀,三、缓蚀剂,在腐蚀性介质中，加入少量，即能降低或抑止金属腐蚀速度的物质。,1、分类,2、缓蚀机理：阳极性缓蚀剂 阴极性缓蚀剂 混合型缓蚀剂,促使金属阳极直接钝化,增强了阴极去极化作用,第七章 典型化工装置的腐蚀与防护分析,第一节 氯碱生产装置第二节 尿素生产装置第三节 硫酸生产装置第四节 磷酸生产装置,第一节 氯碱生产装置,氯碱的生产工艺通常有隔膜法、水银法和离子膜法,腐蚀较严重,盐水,电解,氯处理,碱浓缩,腐蚀介质,NaCI溶液,腐蚀介质,湿氯、NaCI溶液

11、、杂散电流,腐蚀介质,湿氯、硫酸,腐蚀介质,高浓度烧碱,蒸发,精制,固碱,钢铁材料,1、食盐水溶液金属在盐水系统中的腐蚀实质是氧去极化腐蚀,阴极的极化作用主要是氧的浓差极化金属在盐水中腐蚀的影响因素：,金属的不均匀性 介质的不均匀性,钛、钛钯合金,一、介质的腐蚀特性,2、杂散电流,产生杂散电流的原因：金属构件本身某些部位导电不良 电路通过介质时，介质中形成电场,杂散电流的腐蚀特点：,杂散电流的腐蚀是电解工业中一种特有的腐蚀形式,破坏区域集中 破坏速度较快,3、氯,氯对金属的腐蚀作用与含水量和温度有关,金属在不同含水量的氯中允许使用的温度极限,4、盐 酸,盐酸浓度、温度，金属腐蚀速度,5、烧 碱

12、,氧去极化腐蚀与碱的浓度有关 当浓度30%时，浓度，腐蚀与金属的材料有关腐蚀速度与PH值的关系,二、主要腐蚀形式,（1）水线腐蚀（2）缝隙腐蚀（3）杂散电流腐蚀（4）点蚀（5）应力腐蚀破裂,三、典型装置防腐方法分析,1、金属阳极电解槽的防护,2、盐水预热器的防护,采用电法综合防护技术有效地防杂散电流,（1）采用绝缘装置（2）采用强漏电断电装置（3）采用排流接地装置（4）采用等电位保护装置,3、其他设备的防护,氯碱生产装置的防腐以材料为主,容器设备：采用非金属材料做衬里；涂料防腐工艺管路通常采用非金属材质，部分内衬非金属。特定功能的设备采用钛材高纯高铬铁素体制造碱浓缩系统中的关键设备,第二节 尿

13、素生产装置,对设备腐蚀最严重,高压设备腐蚀突出,一、介质的腐蚀特性,二、尿素合成塔的腐蚀与防护,1、尿素合成塔结构,尿素合成塔（空筒形式）,壳体,内件,附件,塔板,混合器,耐腐蚀衬里,检漏孔,T检测孔,进料管：下封头上出料管：上盖,2、尿素合成塔主要腐蚀形态及分析,三、高压甲铵泵的腐蚀与防护,1、尿素合成塔结构,高压甲铵泵,离心式甲铵泵,往复式甲铵泵,卧式柱塞泵,立式柱塞泵,高温高压的氨基甲酸铵溶液,2、防腐蚀疲劳措施,降低应力集中,选择耐腐蚀疲劳材料,进排液组合阀,组合阀式液钢结构,内腔交角圆滑过渡,提高内表面粗糙度,防腐蚀措施,足够的铬钼含量,降低钢中的含碳量,不锈钢的夹杂物少,控制锻造流

14、线,第三节 硫酸生产装置,一、介质的腐蚀性,硫酸的腐蚀性能的影响因素:,硫酸的浓度硫酸的温度硫酸的流速酸中的氧(氧化剂)杂质,一、介质的腐蚀性,1、硫酸的浓度（P）,可钝化金属（碳钢）,PP50%:P腐蚀速度浓度 70%形成钝化膜,金属铅,P P 99%:PbHSO4P,腐蚀速度,金属铜,P P 99%:铜氧化腐蚀,2、硫酸的温度（T）,纯净的硫酸溶液T腐蚀率,3、硫酸的流速,已具有保护膜的金属：T，流速 腐蚀率,Cr18Ni8:腐蚀率与流速和硫酸中氧（氧化剂）的含量有关,（4）酸中的氧及氧化剂（略）（5）酸中的杂质（略）,涉及硫酸腐蚀的设备有：,塔器贮槽容器冷却器泵管道阀门,二、浓硫酸冷却器

15、的腐蚀与防护,（1）铸铁排管酸冷器 腐蚀情况及分析 防腐方法（2）管壳式冷却器 腐蚀情况及分析 防腐方法,铸铁排管酸冷器,铸铁排管酸冷器,铸铁排管酸冷器,铸铁管存在缺陷,密封点多,硫酸温度高,硫酸流速高,排管铸造质量差,降低浓硫酸温度,采用低铬合金耐蚀铸铁,保证排管铸造质量,弯头采用耐腐蚀材料,管壳式酸冷器,列管穿孔、漏酸,电位指示发生故障,阴极布置不合理,酸进口布置不合理,壳层酸泥沉积,保证冷却水水质,合理布置酸进出口管,合理布置阴极,增设参比电极电位校正插座孔,三、硫酸泵,硫酸泵,浓硫酸泵稀硫酸泵,非金属泵金属泵,衬胶泵陶瓷泵,高硅铸铁泵硬铅泵,1、稀硫酸泵,2、浓硫酸泵,第四节、磷酸生产

16、装置,一、介质的腐蚀性,磷酸的腐蚀性能的影响因素:,温度与浓度杂质含固物磷酸的生产方法,一、介质的腐蚀性-温度与浓度,一、介质的腐蚀性杂质,不锈钢的钝化电流密度维钝电流密度稳定钝化电位区腐蚀速度,F-Cl-,SO42-对腐蚀的促进作用,不锈钢的钝化电流密度 Fe 3+足量时，腐蚀速度Fe 3+不足量时，腐蚀速度,Fe 3+,Al 3+,Mg 2+的缓蚀作用,Fe 3+足量时，腐蚀速度Fe 3+不足量时，腐蚀速度,Fe 3+的作用,介质的腐蚀性杂质,SiO2 的作用,略,磷酸料浆中的固体颗粒：未反应的磷矿颗粒 反应产物硫酸钙结晶颗粒越多；粒径越大；硬度越硬；磷酸对材料的腐蚀性越强,一、介质的腐蚀

17、性 含固物,一、介质的腐蚀性 磷酸的生产方法,磷酸生产,热法,湿法,磷酸浓度腐蚀速度,温度腐蚀速度,二水法,半水法,无水法,二、磷酸萃取槽的腐蚀与防护,1、萃取槽处理的介质特点,处理的介质成分复杂、槽内设有搅拌器,副反应,2、萃取槽的结构特点,萃取槽主要由槽体、搅拌器、槽盖组成壳体用钢筋混凝土或钢制成槽体内表面采用非金属材料防腐搅拌轴和搅拌桨用不锈钢或合金制造 碳钢外包橡胶，碳钢外包不锈钢防腐层萃取槽盖采用聚丙烯塑料或玻璃钢制作,3、腐蚀形态与分析-萃取槽体,3、腐蚀形态与分析搅拌器,三、磷酸料浆泵的腐蚀与防护,1、磷酸料浆泵的腐蚀形态及分析,严重坑蚀,磨损腐蚀较小,明显的蚀沟,均匀的磨损腐蚀,涟波状腐蚀,2、防腐措施,防腐措施,改进泵的结构形式,降低泵的表面粗糙度,选择耐磨损耐腐蚀的材料,降低转速,合理配矿,作业,1、氯碱装置的服饰介质有哪些，特点是什么？2、尿素装置合成塔的防腐要点是什么？3、硫酸生产装置中硫酸泵的防腐特点是什么？,