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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
2、保护的基本参数都通过实验确定； 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
3、度（icp) 维钝电流密度 钝化区范围,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、
4、胶粘剂的合理选择与施工 2、 衬里结构的正确设计,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
5、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
6、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,
7、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）
8、 （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
9、,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、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
10、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
11、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、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
12、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,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
13、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
14、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
15、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
