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1、工业设备和公用设施的腐蚀与防护技术目录1 . 序言1.关于腐蚀22. 1.腐蚀的定义23. 2.腐蚀的分类34. 3.腐蚀的危害33.腐蚀多发领域与破坏形式43. 1.石油化工行业43. 2.冶金行业43. 3.运输行业45. 4.公用设施4腐蚀对设施破坏的主要形式46. 工业设备的防腐蚀措施55. 1.腐蚀防护的管理工作55.2.腐蚀防护的技术工作55. 2. 1.腐蚀控制55. 2. 2.外表保护技术65. 3.开发耐腐蚀材料75. 4.外表覆盖层85. 4. 1.耐蚀涂料85. 4. 2.衬里技术及复合管道95. 4. 3.其他外表工程技术95. 5.电化学保护95. 6.缓冲剂105.
2、 6. 1.工业冷却水系统用的缓蚀剂106. 6. 2.化学清洗用的缓蚀剂106.结语101.序言工业设备和公用设施的绝大局部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，第1页共11页 环境中。阴极保护除可防止一般的均匀腐蚀外，还可以防止一些材料的点蚀、 晶间腐蚀、冲击腐蚀、选择性腐蚀等。阳极保护是将被保护的金属构件与外加直流电源的正极相连，在电解质溶 液中使金属构件阳极极化至一定电位，使其建立并维持稳定的钝态，从而阳极 溶解受到抑制，腐蚀速度显著降低，使设备得到保护。对于没有饨化特征的金 属，不能采用阳极保护。主要应用在： .硫酸
3、生产中的结构物，如碳钢储槽、各种换热器、三氧化硫发生器等。 .氨水及钱盐溶液中结构物，碳化塔、氨水储槽等。在强氧化性介质中先考虑采用阳极保护；在既可采用阳极保护，也可采用 阴极保护，并且二者保护效果相差不多的情况下，那么应优先考虑采用阴极保 护；如果氢脆不能忽略，那么要采用阳极保护。5. 6.缓冲剂缓蚀剂是一种在很低浓度下，能使金属在腐蚀性介质中的腐蚀速度大大降 低的物质。这种物质可以是一种化合物或几种化合物组成的复合物质。在工业 生产中，缓蚀剂主要用于防止工业冷却水系统的腐蚀和工业设备、管道及锅炉 等的化学清洗（酸洗）时的腐蚀。也有少量用于生产过程中的工艺性防腐。5. 6.1.工业冷却水系统
4、用的缓蚀剂工业生产过程中，工业冷却水用量很大，且于曝气而在冷却水中溶入了大 量的溶解氧，导备腐蚀较为严重。由于腐蚀也使水质变坏，耗费量珍贵的水资 源，可见采用缓蚀剂防腐蚀具有重的经济效益和社会效益。5. 6. 2.化学清洗用的缓蚀剂工业设备、管线、锅炉等由于受到化学、物理或生物的作用，其外表会出 现污垢（如水垢、锈垢、油垢和生物垢等），用化学的方法去除这些污垢而使之 恢复到原来的外表状况的过程称为化学清洗。6.结语总而言之，在工业企业的生产过程当中，工业生产机械是保证工业企业进 行正常生产的必要生产设备，工业生产机械设备所面临的防腐问题也逐渐受到第10页共11页 了工业生产相关生产领域的普遍关
5、注。努力提高工业生产机械设备的防腐能 力，最大程度的延长工业生产机械设备的生产使用寿命，尽可能的降低工业企 业的生产本钱，已经成为了当今工业生产相关生产领域所面临的关键问题。第11页共11页 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。随着经济的开展，对工业产品的需求不断增加，越来越多生产设备的运行 超出设计能力，因而目前对全球的工业企业而言，防止工艺设备因受到腐蚀发 生故障而
6、造成损失已成为迫在眉睫的问题。许多专家认为，材料保护和防腐措 施是降低维护费用和使工厂平安稳定运行的重要保证。腐蚀破坏到处可见，腐蚀事故频频发生，这除了因腐蚀本身所具有的自发 性质外，很大程度上是因为人们对腐蚀的危害性估计缺乏，对腐蚀防护的重要 意义认识不深，对腐蚀与防护科学缺乏应有的知识，没有采取防腐蚀措施、或 采取的防腐蚀措施不当所致。工业生产企业中普遍存在腐蚀性介质，工业生产机械设备会比一般行业设 备腐蚀严重，在工业方面来讲，相对于其他行业而言，工业生产企业的机械设 备的腐蚀速度往往更快，采取积极有效的防腐蚀措施，从设计、施工、运行防 护各个方面考虑，有效提高防腐能力，延长设备寿命。提高
7、工业生产机械设备 的防腐能力对于当今工业生产相关生产领域而言有着十分重要的现实意义。2.关于腐蚀2. 1.腐蚀的定义腐蚀物质通过化学或者是化学作用而被损耗及破坏。从浅层次而言，腐蚀 是由于材料和环境之间所发生的化学、电化学作用，而使得材料自身的功能受 到了一定程度的损伤。工业生产机械设备在被腐蚀之后，其色泽、外形及其机 械性能等各方面均可发生不同程度的变化，从而造成了工业生产机械设备的损 坏以及能源、资源较为严重的浪费，使得工业企业的生产本钱受到了较为较大 的影响，工业企业也因此蒙受了经济上的损失。因而，采取积极有效的防腐蚀 措施，提高工业生产机械设备的防腐能力是当今工业生产相关生产领域所面临
8、 的关键问题。第2页共11页一种通俗的含义：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。比拟严格的定义：金属物质外表因发生化学或电化学反响而受到破坏的现 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，把腐蚀环境中摩擦外表出 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。2. 2.腐蚀的分类腐蚀：材
9、料与周围环境发生作用而被破坏的现象。腐蚀按材料种类分为金属腐蚀和非金属腐蚀。腐蚀按外表形貌分为全面腐蚀和局部腐蚀；局部腐蚀又有小孔腐蚀、应力 腐蚀破裂、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、磨损腐蚀等等；金属腐蚀按机理可分为物理腐蚀、化学腐蚀、电化学腐蚀等。物理腐蚀：材料单纯物理作用的破坏，一般是由溶解、渗透引起的，如熔 融金属容器的溶解，高温熔盐、熔碱对容器的溶解渗透。化学腐蚀：金属与非电解质直接发生化学作用引起的破坏。腐蚀过程是纯 氧化-还原反响，腐蚀介质与金属外表的原子直接碰撞而形成腐蚀产物，反响中 无电流产生，符合化学动力学规律。电化学腐蚀：金属与电解质溶液发生电化学作用而引起的破坏。反响过程 中有阳极
10、失去电子和阴极获得电子以及电子的流动（电流），历程符合电化学动 力学规律。3. 3.腐蚀的危害在工业生产中，金属是制造设备的主要材料，由于经常要和强烈的腐蚀性 介质和各种酸、碱、盐有机溶剂及腐蚀性气体等接触而发生腐蚀。腐蚀不仅使 金属和合金材料造成巨大的损失，影响设备的使用寿命，而且使得设备的检修第3页共11页 周期缩短，增加非生产时间和修理费用；腐蚀使设备及管道的跑、冒、滴、漏 现象更为严重，使原料和成品造成大量的损失，影响产品的质量，污染环境， 危害人的身体健康；腐蚀引起的设备爆炸、火灾等事故，使设备遭到破坏而停 止生产，造成巨大的经济损失甚至危及人的生命。3.腐蚀多发领域与破坏形式石油化
11、工行业这类企业各种反响罐和容器、管道比拟多，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。3. 2.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 1550C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。4. 3.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
12、车体外壳的锈蚀。4.4. 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。4 .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开展的失效破坏过 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第4页共11页 开裂，引发介质泄漏，或可能导致火灾甚至爆炸。腐蚀促使零件外表的尺寸、形状、粗糙度等形位或精度发生改变，有可能 引
13、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）锈蚀，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。5 .工业设备的防腐蚀措施目前的防腐技术主要有：管理工作、技术工作、开发耐蚀材料、外表防蚀 技术、缓蚀技术，电化学保护等。5.1. 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、浅薄的，设备腐蚀关系到生产平安和经济效 益。在进行设备规划和配置时
14、，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。5. 2.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
15、措施。5. 2. 1.腐蚀控制第5页共11页主要是从装置、零件的设计与制造的角度，采取积极的防腐方法。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，即制造本钱。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00Crl7Nil4M02。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 酸以及漠溶液等。实际费用约为不锈钢的2倍多，可以适情选用
16、。C.贵金属（银、铝等）。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1/21/3。又如莱芜钢铁公司热电厂 应用聚服弹性体（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 （Imin即可），可适应-50180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
17、阴极保护或阳极保护，防止产生电 化学反响。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，1909年由德国建造的兰州黄河大桥“中山桥”，虽经103 年的岁月与17次维修，至今钢体结构以及所有的钾件均无锈蚀，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。5. 2. 2.外表保护技术第6页共11页用耐蚀性较强的金属或非金属材料覆盖耐蚀
18、性较弱的金属零件，使其与腐 蚀介质隔离开，到达防止零件腐蚀的目的。5. 2. 2. 1.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。止匕外，还有一种特殊涂料，称带锈涂料，可以直接刷涂在 有剩余锈痕的金属外表，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。5. 2. 2.2.金属覆盖层a.电镀。可以在金属零件上镀锌、银、格等防腐金属层。b.化学镀。其特点是不
19、需电源，但工艺复杂，本钱较高。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“玻璃银”， 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。用乙烘一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外表，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。气相防腐在外表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(Volatile Corrosion Inhibitor)o其工作原理是该材料 在常温下能挥发出一定浓度的气体，并充满在金属零件
20、周围，形成保护空间， 阻断金属零件与氧气接触的可能，从而到达防止腐蚀生锈的作用。5. 3.开发耐腐蚀材料用来制造通用机械设备的材料大局部是普通的碳素钢，其特点在于价格低 廉，供应方便，容加工。在普通的条件下使用，腐蚀对其的危害并不大，但是 如果是使用在工业生产这种高浓度腐蚀性介质的环境下，因为其的抗腐蚀能力 差，就很容易遭受腐蚀的破坏。如常用的Q235钢材，其在酸气、盐雾介质中 的腐蚀速度高达0.51.0mm/a,各个企业都会定期的对设备构件进行防腐涂第7页共11页 漆，但只要漆膜出现划痕或者局部的脱落，就会立即产生电化学腐蚀并不断的 扩展，从而导致其使用寿命大大降低，因此工业企业不宜采用这类
21、钢材做为机 械设备的原材料。而应该选用耐腐蚀钢如16MnCu、09MnCuPTi等普通低合金 钢作为制造基材设备。虽然这类钢材较前者要贵，但是总体经济效益要高的 多。据统计显示，低合金钢所制造的设备的使用寿命是采用普通碳素钢制造设 备的寿命的23倍，所以其性价比还是高了很多。耐蚀材料的开发研究是防腐蚀技术进步的突破口，人类各个时期的技术进 步无不与其息息相关。耐蚀材料主要分为金属材料、高分子材料、无机非金属 材料。金属及合金材料是结构材料中的主体，其中钢铁占据主要地位，但是，钢 铁的耐蚀性能具有局限性。具有高性能的合金及有色金属材料的开发和应用发 展迅速，在一定程度上解决了局部腐蚀及特殊环境下
22、的腐蚀问题。如含铝高的 耐蚀合金，双相不锈钢，高纯铁素体不锈钢，银基合金，低合金钢，钛及钛 合。耐蚀非金属材料目前国内外耐蚀非金属材料在工业生产中应用非常广泛。 非金属材料具有优良的耐蚀性能，而机械性能可以通过增强等途径来弥补，在 某些领域已有开展为取代钢材的趋势。现在正在开发的如：耐蚀塑料、玻璃 钢、石墨、搪玻璃，工程陶瓷。5. 4.外表覆盖层在现有的防腐蚀手段中，外表耐蚀涂层和金属外表技术的费用占所有防腐 蚀费用的87%左右。采取正确的外表防蚀技术是提高设备使用寿命、减少维修 费用以及提高设备管理水平必不可少的途径。同时，采用外表防蚀技术，大大 提高了整体材料的耐蚀性能。在工业生产中常用的
23、外表防蚀技术包括涂、衬、 镀、渗以及近年开展起来的各种高技术，其中以涂层及衬里应用最广泛。5.4.1.耐蚀涂料耐蚀涂料的开发一直是人们关注的研究领域，在化学工业中，耐蚀涂料主 要用于建筑物、构筑物、装置及贮罐的内外壁及输水、输油、输气管线。据统 计，防腐蚀涂层的损坏，其基体外表处理不当约占75%,因此，重视外表处理 质量是当务之急。几种有开展前途的涂料，如富锌涂料，重防腐涂料，耐高温 涂料，陶瓷类涂料，带锈涂装涂料，氟树脂涂料等等，正是当前国际上研究最第8页共11页热门的涂料。5. 4. 2.衬里技术及复合管道衬里技术利用强度高的材料（如碳钢、玻璃钢、铸铁等）作结构材料，用耐 蚀性能优异的材料
24、作衬里层。衬里技术分紧衬、松衬等，国外重点开展紧衬技 术。衬里技术常用于工业设备、管道等。5. 4. 3.其他外表工程技术电镀、化学镀在工业生产防腐蚀应用中，电镀主要有镀铭、镀锌和镀银。 镀锌层的钝化是一个十分活跃的领域，近十年推出的低铭或无铭彩色钝化、黑 钝化、军绿钝化及强钝化（含硅树脂或其他树脂的复合钝化层），可使镀锌层在 海洋大气、工业大气环境及工业水、江水河水环境中的耐蚀性大大提高。化学 镀是采用金属盐和还原剂在同一溶液中进行自催化氧化还原反响，在固体外表 沉积出金属镀层的成膜技术。化学镀银磷合金及三元锲系合金，产品比电镀产 品有更优异的耐蚀性和更大的选择，是目前国内外开展速度最快的外
25、表处理工 艺之一。喷涂：喷涂是利用火焰、等离子、电弧喷涂，在材料和产品上获得金 属、合金、无机、有机耐蚀耐磨外表层的一种工艺技术。化学热处理：化学热处理特别是渗铝、渗铭，近十多年在工业生产机械防 腐蚀上已有大量应用。磷化：磷化作为涂装的一个重要前处理过程，已有多年 的应用。近十多年来，碱金属三元系低温或常温磷化使磷化技术产生质的进 步。5. 5.电化学保护电化学保护是指利用外部电流使金属（包括合金）腐蚀电位发生改变以降低 其腐蚀速率的防腐蚀技术。电化学保护可分为阴极保护和阳极保护。电化学保 护技术在工业生产防腐蚀领域中已引起广泛的重视和应用，是一种有效的、既 经济又实用的防腐蚀手段。阴极保护是在金属外表上通入足够的阴极电流，使金属电位变负，并使金 属溶解速度减小。被保护设备的结构形状一般不宜太复杂，结构复杂的设备在 靠近辅助阳极部位电流密度大，远离辅助阳极部位电流密度小，得不到足够的 保护电流。甚至不起保护作用，产生所谓“遮蔽现象”。阴极保护主要用在水 和土壤中的金属结构上，但一般必须用于设备结构简单、介质腐蚀性不太强的第9页共11页