氯離子腐蝕機(jī)理及其預(yù)防措施
氯離子基于其半徑小、穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn),因此能夠優(yōu)先地選擇吸附在鈍化膜上,把氧原子排擠掉,然后和鈍化膜中的陽離子結(jié)合成可溶性氯化物,結(jié)果在新露出的基底金屬的特定點(diǎn)上生成小蝕坑,進(jìn)而造成對設(shè)備的腐蝕。氯離子對金屬腐蝕的影響主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:一方面是降低材質(zhì)表面鈍化膜的形成或加速鈍化膜的破壞,從而促進(jìn)局部腐蝕;另一方面使得二氧化硫和二氧化碳在水溶液中的溶解度降低,從而緩解材質(zhì)的腐蝕。氯離子長期在水溶液中可以加速促進(jìn)腐蝕反應(yīng),容易穿透金屬表面的保護(hù)膜,造成縫隙腐蝕和孔蝕。特別是對奧氏體不銹鋼等金屬會造成開裂危害,加速設(shè)備在短期內(nèi)報(bào)廢的可能。因此,預(yù)防氯離子對金屬設(shè)備的腐蝕勢在必行。
一、水溶液中氯離子腐蝕金屬設(shè)備的機(jī)理
氯離子、水溶液硬度以及溶解氧都是造成金屬設(shè)備腐蝕的重要因素,其中氯離子的影響效果相對較低,但也不容忽視。氯離子腐蝕金屬的機(jī)理大致可分兩種,分別是成相膜理論和吸附理論。二者觀點(diǎn)雖然不同,但是反應(yīng)過程基本是一致的。氯離子濃度越高,水溶液的導(dǎo)電性就越強(qiáng),電解質(zhì)的電阻就越低,氯離子就越容易到達(dá)金屬表面,加快局部腐蝕的進(jìn)程。尤其在酸性環(huán)境中氯離子會在金屬表面形成氯化物鹽層,并替代具有保護(hù)性能的碳酸鐵膜,從而導(dǎo)致點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕、孔蝕失和縫隙腐蝕的發(fā)生。腐蝕過程中,氯離子不僅在蝕坑區(qū)域富積,而且還會在周圍區(qū)域附近富積,這就是腐蝕形成的前期過程。
二、對影響氯離子腐蝕金屬設(shè)備的原因分析
首先,金屬設(shè)備在加工制作過程中雖然經(jīng)過了熱處理消除應(yīng)力,但仍有殘留。而且設(shè)備在安裝過程中,由于溫度機(jī)械等因素不可避免地會對設(shè)備產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,進(jìn)而造成這些部位氯離子很容易積聚進(jìn)而造成腐蝕。其次,氯離子具有催化作用而使金屬設(shè)備產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂,最開始的表現(xiàn)為腐蝕縫隙或腐蝕溝槽,使被破壞的鈍化膜無法修復(fù)。隨著腐蝕的持續(xù)進(jìn)行,金屬設(shè)備隨之會呈枝狀裂紋。再次,溫度會對氯離子腐蝕產(chǎn)生的誘導(dǎo)作用。在應(yīng)力和氯離子都存在的條件下,溫度較低時(shí)腐蝕并不明顯,隨著溫度的升高,腐蝕開裂日益加劇。最后,溶液的水流速度也是造成腐蝕現(xiàn)象的重要因素。水流速度低的時(shí)候氯離子不易擴(kuò)散,這就為氯離子富集創(chuàng)設(shè)了有利條件,進(jìn)而加劇了氯離子的腐蝕危害。
三、預(yù)防和控制氯離子腐蝕金屬設(shè)備的對策及建議
眾所周知,氯離子的化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定,想要通過藥劑化學(xué)反應(yīng)來降低氯離子很難實(shí)現(xiàn)。因此通過設(shè)備改進(jìn)及投入緩蝕劑等方法來降低氯離子對金屬設(shè)備的腐蝕具有極強(qiáng)的可行性和操控性。
3.1 合理選材,控制應(yīng)力
一方面,要選用耐應(yīng)力腐蝕材料,主要為高純奧氏體鉻鎳鋼,高硅奧氏體鉻鎳鋼,高鉻鐵素體鋼和鐵素體——奧氏體雙相鋼。其中,以鐵素體——奧氏體雙相鋼的抗應(yīng)力腐蝕能力最好。此外還要優(yōu)化金屬設(shè)備材質(zhì),完善和改進(jìn)金屬設(shè)備的防腐功能,可以在金屬中加入鉬、氮、硅等元素,同時(shí)提高鉻含量。另一方面,在裝配時(shí),盡量減少應(yīng)力集中,并使其與介質(zhì)接觸部分具有最小的殘余應(yīng)力,防止磕碰劃傷,嚴(yán)格遵守焊接工藝規(guī)范。嚴(yán)格遵守操作規(guī)程,并控制原料成分、流速、介質(zhì)溫度、壓力、pH值等工藝指標(biāo)。在工藝條件允許的范圍內(nèi)添加緩蝕劑。鉻鎳不銹鋼在溶解有氧的氯化物中使用時(shí),應(yīng)把氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值。
3.2 降低氯離子在水溶液中的含量
通過加入緩蝕劑,可以增加鈍化膜的穩(wěn)定性,進(jìn)而達(dá)到控制腐蝕的目的,同時(shí)有利于受損鈍化膜得以再鈍化。此外還可以采用外加陰極電流保護(hù),抑制孔蝕。另外,藥劑原理是通過與水中的鈣離子或腐蝕產(chǎn)物亞鐵離子相結(jié)合,生成以聚合磷酸鈣鐵為主要成份的化合物,依靠腐蝕電流電沉積于陰極表面形成沉淀膜保護(hù)金屬不被腐蝕。最后加大成本投入,通過離子交換和反滲透等方式進(jìn)一步降低氯離子的含量。
3.3 無機(jī)防腐涂料的使用
無機(jī)防腐涂料可以有效預(yù)防氯離子對不銹鋼的腐蝕,它具有高強(qiáng)度,高韌性,耐溫高、耐沖磨,耐老化,耐酸堿鹽腐蝕,附著力強(qiáng)等特點(diǎn),應(yīng)用范圍十分廣泛。防腐涂料的技術(shù)十分先進(jìn),且防腐效果也很好。通過特制的無機(jī)防腐和金屬鈍化鋅粉所組成的溶液,對硅原子上連接整合的羥基、烷基產(chǎn)生很好的三元協(xié)同效應(yīng)。該溶液穩(wěn)定性強(qiáng),減輕了對高聚物內(nèi)部的影響,成膜物更致密,防腐抗腐蝕性能好,保護(hù)金屬不腐蝕,且附著力強(qiáng)。
總之,氯離子對金屬設(shè)備的腐蝕具有很大的影響,為了確保生產(chǎn)的穩(wěn)定健康發(fā)展,企業(yè)要加大對氯離子腐蝕危害的重視,并根據(jù)設(shè)備材質(zhì)、工藝情況以及設(shè)備工作情況做好氯離子的控制工作。此外還要設(shè)定好適宜的溫度、濃度和壓力值,以確保氯離子的濃度要低于25ppm,這才能夠?qū)崿F(xiàn)金屬設(shè)備的安全運(yùn)行。此外,還可在工藝條件允許的情況下,加入適當(dāng)?shù)木徫g劑或選擇合理的新型材料,可并適當(dāng)考慮選用非金屬材質(zhì),以達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最佳化。
四、常規(guī)設(shè)備的防腐措施
1.設(shè)備的防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指的是在設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮如何防止設(shè)備的腐蝕,它不僅包括單個(gè)設(shè)備的設(shè)計(jì),還包括設(shè)備間安裝情況以及管道系統(tǒng)的布置,也就是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的問題。主要有以下幾種情況。
2.避免死角的出現(xiàn)
設(shè)備中局部液體殘留或固體物質(zhì)沉降堆積,不僅會在設(shè)備操作時(shí)局部濃縮或聚集、引起腐蝕,并且會在設(shè)備停車時(shí)引起腐蝕。設(shè)計(jì)時(shí)要盡量避免死角和排液不盡的死區(qū)等。
3.避免間隙的產(chǎn)生
許多設(shè)備都容易存有縫隙,液體流通不暢的地方易形成縫隙腐蝕,如碳鋼、鋁、不銹鋼、低合金鋼等設(shè)備都有這種現(xiàn)象??p隙腐蝕產(chǎn)生后又往往引發(fā)孔蝕和應(yīng)力腐蝕,造成更大的破壞,而良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是防止縫隙腐蝕最好的方法。經(jīng)常存在問題的部位是密封面和連接部位。由于焊接能避免連接部位的縫隙,因此,比螺栓連接要好。
4.材料的選擇原則
用來制造化工機(jī)械設(shè)備的材料大部分是普通的碳素結(jié)構(gòu)鋼,其特點(diǎn)在于價(jià)格低廉,來源廣泛,力學(xué)性能好及加工方便等,這類鋼如果在普通的工作條件下使用, 腐蝕對其的危害并不大,但是如果是使用在化工行業(yè)這種高濃度腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境下,因?yàn)槠淠透g性能較差,就很容易遭受腐蝕的破壞。因此,耐腐蝕金屬材料的選擇原則為:1對腐蝕環(huán)境應(yīng)盡可能詳細(xì)了解,如介質(zhì)的成分、濃度以及操作溫度和壓力等;液體是靜止?fàn)顟B(tài)還是流動狀態(tài);應(yīng)力狀態(tài)(包括殘余應(yīng)力);不同材料的接觸狀態(tài);溫度變化,加熱冷卻的溫度周期變化,有無急冷急熱引起的熱沖擊和應(yīng)力變化;高溫、低溫、高壓、真空、沖擊載荷、交變應(yīng)力等需要特別注意的環(huán)境條件等;2必須考慮設(shè)備的類型、結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品的要求;3考慮設(shè)計(jì)預(yù)期使用年限的問題,即滿足整個(gè)生產(chǎn)裝置要求的壽命,盡量使整個(gè)設(shè)備或管道各部分材料均勻劣化,材料費(fèi)、施工費(fèi)、維修費(fèi)綜合最佳的經(jīng)濟(jì)考慮,從而有效降低設(shè)備的腐蝕程度,延長設(shè)備使用周期。
5.電化學(xué)保護(hù)防護(hù)法
電化學(xué)保護(hù)防護(hù)法在化工機(jī)械設(shè)備防腐蝕當(dāng)中有著極為重要的意義。其主要原理是運(yùn)用原電池的電化學(xué)原理,消除引起金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的原電池反應(yīng),使金屬得到防護(hù)。 電化學(xué)防護(hù)分陽極防護(hù)和陰極防護(hù)兩大類。陽極防護(hù)是把被保護(hù)的金屬作陽極,在一定外加電壓范圍內(nèi)進(jìn)行陽極鈍化,使它的表面由化學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)為鈍化狀態(tài),從而阻滯金屬在某些酸、堿或鹽中被腐蝕。陰極防護(hù)是把被保護(hù)的金屬作為陰極,方法有以下兩種:1外加電流的陰極防護(hù)法用一個(gè)不溶性電極作輔助陽極,跟陰極一道放到電解質(zhì)溶液里。當(dāng)接通外加直流電源后,大量電子強(qiáng)制流向被保護(hù)的金屬陰極(例如鋼鐵設(shè)備),并在陰極積累起來。這樣就避免或抑制鋼鐵發(fā)生失去電子的氧化作用,從而被保護(hù)。2犧牲陽極的陰極保護(hù)法用比鐵還原性更強(qiáng)的金屬(如鋅)或合金跟鋼鐵制品連接。當(dāng)發(fā)生電化腐蝕時(shí),這種活潑金屬就作為微電池的負(fù)極而被腐蝕,鋼鐵設(shè)備得到保護(hù)。在電化學(xué)保護(hù)方法當(dāng)中,目前較為有效的一種防腐蝕控制方法就是應(yīng)用犧牲陽極的保護(hù)方法,而對化工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行陰極的保護(hù)。我國當(dāng)前較為常用的犧牲陽極的材料為:鎂陽極,其中包括了純鎂以及Mg-Mn合金等。其中,標(biāo)準(zhǔn)鋅電極電位相對鐵而言為負(fù),因而在一定的介質(zhì)條件之下,當(dāng)這兩種金屬相互之間進(jìn)行接觸的時(shí)候,就會形成一個(gè)微電池,其中鋅為陽極,而鐵為陰極,鋅在介質(zhì)當(dāng)中被腐蝕,而鐵得到了保護(hù)。在具體的使用過程當(dāng)中,可以應(yīng)用將犧牲陽極在化工機(jī)械設(shè)備的構(gòu)件上進(jìn)行焊接,以此作為犧牲陽極安裝方法,同時(shí)也可以應(yīng)用螺栓來進(jìn)行固定。
6.緩蝕劑
緩蝕劑是一種向緩蝕體系中添加適當(dāng)濃度,就能顯著降低金屬的腐蝕速度而對腐蝕劑濃度影響很小的化學(xué)物質(zhì)。緩蝕劑的用量很少,雖然它不能改變金屬在介質(zhì)中的腐蝕傾向,但它能在金屬表面形成保護(hù)膜,從而減緩金屬的腐蝕速度,從而抑制金屬的腐蝕。與其他防腐蝕方法相比緩蝕劑具有使用方便、經(jīng)濟(jì)、有效的特點(diǎn),廣泛地應(yīng)用于石油化工、機(jī)械制造、交通等工業(yè)部門,并在某些工業(yè)生產(chǎn)中成為不可取代的重要防護(hù)措施,列入到生產(chǎn)工藝或操作規(guī)程中。石油工業(yè)是使用緩蝕劑最多的部門之一,從石油的鉆探、開發(fā)、集輸?shù)綗捴贫家玫骄徫g劑。近些年來,隨著人類環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)和可持續(xù)發(fā)展思想的深入,對緩蝕劑的開發(fā)和應(yīng)用也提出了新的要求,圍繞性能和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)研究開發(fā)對環(huán)境不構(gòu)成破壞作用即環(huán)境友好。
7.緩蝕劑成為未來緩蝕劑的發(fā)展方向
總之,化工設(shè)備的防腐是一個(gè)很實(shí)際的問題。所以化工設(shè)備的防腐問題還有許多亟待解決的問題,需要科研人員和實(shí)際生產(chǎn)者不斷地解決。
五、夢能服務(wù)與支持
1、免費(fèi)樣品
如果您對我公司的工業(yè)重防腐油漆產(chǎn)品有需要或者申請樣品試用,請與我們的客服人員取得聯(lián)系。400-878-0506
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夢能對技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)始終進(jìn)行一系列的標(biāo)準(zhǔn)化管理,從專業(yè)培訓(xùn)到日常報(bào)告的管理都有一整套完善的體系。夢能公司每年都會對技術(shù)服務(wù)人員進(jìn)行定期的技術(shù)培訓(xùn)和能力審計(jì),以使每一位技術(shù)服務(wù)人員保持高水準(zhǔn)的專業(yè)素質(zhì),每一位技術(shù)服務(wù)人員都配備先進(jìn)的涂裝檢驗(yàn)儀器,儀器設(shè)備均按規(guī)定的時(shí)間期限進(jìn)行定期校驗(yàn),以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。
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