设备腐蚀与防护综述

概述金属腐蚀的涵义和多发领域与失效形式,重点介绍腐蚀的各种控制与防护的管理和技术措施,并且举例分析典型行业设备的防腐成果。

引言

设备和设施的绝大部分零件或构件都是由各种金属材料加工制作的,而多种金属材料在空气、水和各种介质中均会产生不同程度的腐蚀现象,致使零件失效,引发设备故障或事故,造成严重后果。

据一些国家的经济部门统计分析:全球因腐蚀而报废的金属量已超过总产量的30%;因腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的3%~5%。不仅如此,近30年来世界许多国家因工业设备、设施腐蚀引起的事故,已形成巨大的社会灾难。

一蚀的义

腐蚀的涵义

一种通俗的含义:腐蚀就是金属材料在一般情况下,其外表受到氧化后的一种性能衰竭现象。比较严格的定义:金属物质表面因发生化学或电化学反应而受到破坏的现象。还有一种广义的解释:物质在大气环境中或不同介质中,受到氧化以及温度、湿度等作用与影响而产生的性能劣化,包括金属的腐蚀、竹木制品的腐蚀和有机化合物(塑料、橡胶)的老化。还有学者认为:腐蚀与摩擦两种现象是共存的,把腐蚀环境中摩擦表面出现的材料流失现象称为磨蚀。总的来讲,人们普遍认为腐蚀就是一种化学和电化学现象。一般来讲,常用的铁质材料腐蚀造成的破坏较为严重,是腐蚀防护研究工作的重点。

腐蚀多发领域与破坏形式

石油化工行业

这类企业各种反应罐和容器、管道比较多,而且其生产的原料与成品带有腐蚀性,并且易燃易爆。所以这些企业的设施容易腐蚀,同时存在较大的危险性,防护腐蚀是非常重要的。

冶金行业

这类企业不仅也有较多可燃气体的管道,而且还有各种冶炼炉、加热炉,炉体、炉壳的工作温度较高不仅容易锈蚀,而且冶炼的钢水、铁水均有℃左右,绝不允许外溢、外泄发生。此外轧钢作业时还需喷洒冷却水,容易促使机器锈蚀。

运输行业

这个领域范围较宽,包跨火车、轮船、飞机、汽车等。它们都是在露天条件下工作,要经历风雨、砂尘、海水以及气温等不利的环境的影响。对于多数企业来讲重点是注意汽车的维护,防止机件和车体外壳的锈蚀。

公用设施

这个领域范畴也很广,包括桥梁、城市地下各种管道、输电塔杆、铁(公)路附属设施等。它们的运行环境也很差,需要加强维护与保养。

腐蚀对设施破坏的主要形式

设备零件的腐蚀是一个随时间推移和环境变化而逐渐发展的失效破坏过程,也是一种故障隐患逐步形成的过程。在工业企业设备运行中,腐蚀可能导致以下故障或事故发生。

零件长时间锈蚀,锈层逐渐由表皮延伸至材质内部,可能造成零件断裂。

腐蚀可使罐体、容器、管道的壳体壁厚局部变薄,进而产生蚀孔或使焊缝开裂,引发介质泄漏,或可能导致火灾甚至爆炸。

腐蚀促使零件表面的尺寸、形状、粗糙度等形位或精度发生改变,有可能引起零件运动不到位,造成设备功能失效。

腐蚀还可能使紧固件(特别是地脚螺钉)绣牢,难以拆卸,甚至造成螺栓断裂,给设备检修与运输带来麻烦。

上述设备腐蚀的不良后果都会严重干扰正常生产秩序。对此应采取多种手段加强监护与防治。

腐蚀的防护

腐蚀防护的管理工作

企业经营者和生产组织者要充分认识腐蚀防护工作的重要性。一般企业领导者均认为保证装置的正常运转是设备部门的职责,防止设备腐蚀是工程技术人员的工作。这种认识是片面的、肤浅的,设备腐蚀关系到生产安全和经济效益。在进行设备规划和配置时,要认真实施技术可行性分析,确保防腐措施的可靠性。设备管理部门要有计划地开展装置腐蚀状况的检查与评估。对设备可能发生腐蚀的部位要纳入点检“五定”(定部位、定周期、定手段、定标准、定责任人)管理,对发现的腐蚀现象要进行分析与评价,确定腐蚀的程度(如容器、管道的壁厚测定)和应采取的措施要针对装置使用年限和腐蚀程度适时安排设备改造或更新。一些企业的老装置已使用多年,虽经检测与修复,腐蚀部位得到恢复与补偿,但总体上讲它在设计(如结构与材质的选择)和制造(如加工技术)等方面是相对落后的,修修补补不能彻底改善装置的性能。

腐蚀防护的技术工作

防止金属零件因腐蚀而引发故障,主要有两类技术措施。

①腐蚀控制

主要是从装置、零件的设计与制造的角度,采取积极的防腐办法。

腐蚀材料的选择。根据容器接触介质的腐蚀特性,有针对性地选择不同耐腐蚀金属材料。同时要考虑制作装置的材料用量,即制造成本。耐腐蚀性强的金属材料主要有以下三大类。

A.各种牌号的不锈钢。抵御不同腐蚀性介质要选用不同合金成分的不锈钢。如防止NaSCN腐蚀时,应选用超低铁不锈钢00Cr17Ni14Mo2。

B.钛及钛合金。耐蚀性强,且有较好的钝化性,能迅速修复受损的保护性氧化膜。钛材能抵抗多种化学介质的腐蚀,包括盐酸和次氯酸、浓度98%的硝酸以及溴溶液等。实际费用约为不锈钢的2倍多,可以适情选用。

C.贵金属(银、铂等)。只用于特殊场合。制造防腐装置除选用耐腐蚀金属材料外,还可以选用非金属材料和复合材料以提高其防腐性能。如大庆炼化公司采用DN40和DN25聚乙烯内熔衬钢管替代不锈钢管用于生产晴纶丝的回收工序。

防腐性能优良,价格仅为不锈钢的1/2~1/3。又如莱芜钢铁公司热电厂应用聚脲弹性体(SPUA)喷涂技术对锅炉的管路、阀门和补偿器等装置进行防腐处理,效果良好。SPUA涂料为环保产品,且施工工艺简单、固化速度快(1min即可),可适应-50℃~℃温度,不粉化。

制造厂设计机器、设施时,应注意使易腐蚀部位结构合理,不积水、积尘,容易清扫保洁。

在加工装配时,对于易腐蚀零件应实施阴极保护或阳极保护,避免产生电化学反应。另外,在生产流程中加强对介质的处理与改进工艺,尽量减少腐蚀的可能。

精心施工。这包括对材料质量的严格检验(如不同牌号钢材的成分确定以及有无缺陷)和施工时每道工序的仔细操作(如对装置制造后期的涂漆等)。

据报章介绍,年由德国建造的兰州黄河大桥“中山桥”,虽经年的岁月与17次维修,至今钢体结构以及所有的铆件均无锈蚀,据大桥维护工程师分析,除桥梁管理部门注意维护外,主要原因是这些由德国供应的钢材与器件质量上乘,施工也精心完善,致体大桥的许多部位至今仍光亮如新。

②表面保护技术

用耐蚀性较强的金属或非金属材料覆盖耐蚀性较弱的金属零件,使其与腐蚀介质隔离开,达到防止零件腐蚀的目的。

非金属覆盖层

a.防腐涂料。包括各种油漆,工业名称为树脂涂料,适应不同的用途,有多个品种与规格。涂料施工时,先刷涂底漆,常用的有环氧富锌底漆和无机富锌底漆,其锌粉含量高,防腐性能强;然后再刷涂面漆,常用的有聚氨酯漆,光泽性好,抗粉化。此外,还有一种特殊涂料,称带锈涂料,可以直接刷涂在有残余锈痕的金属表面,防止继续腐蚀。

b.衬里防腐。常用的防腐衬里有橡胶衬里、玻璃钢衬里、塑料衬里、搪瓷以及瓷砖等。

金属覆盖层

a.电镀。可以在金属零件上镀锌、镍、铬等防腐金属层。

b.化学镀。其特点是不需电源,但工艺复杂,成本较高。其中一种化学镀可以镀Ni-P合金镀层,是一种非晶态类似玻璃状的结构,称之“玻璃镍”,具有优良的耐蚀性,可以抗酸、碱、盐、海水、石油等多种介质的腐蚀。

c.热喷涂。用乙炔—氧火焰或电弧将耐蚀金属材料(丝状或粉状)熔化,再用压缩空气将液态高温熔滴喷吹在金属零件表面,形成涂覆层。最先进的热喷涂技术是超音速喷涂等离子热喷涂,其喷涂效果优异。

气相防腐

在表面保护方面一种新材料、新方法已经得到应用,取得初步效果。这种新材料即气相防腐材料VCI(VolatileCorrosionInhibitor)。其工作原理是该材料在常温下能挥发出一定浓度的气体,并充斥在金属零件周围,形成保护空间,阻断金属零件与氧气接触的可能,从而达到防止腐蚀生锈的作用。

来源:设备管理与防腐

END

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