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史上最全的設備防腐蝕辦法
關鍵字：防腐蝕辦法 來源：豪邁化工技術 時間：2019-12-24
防腐蝕的方法總的來說可以分為兩大類：一是正確地選擇防腐蝕材料和其他防腐蝕措施；二是選擇合理的工藝操作及設備結構。嚴格遵守化工生產(chǎn)的工藝規(guī)程，可以消除不應當發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象，而即使采用良好的耐腐蝕材料，在操作工藝上不腐蝕規(guī)程，也會引起嚴重的腐蝕。目前，化工生產(chǎn)中常用的防腐蝕方法有以下幾種。
1 正確選材和設計
了解不同材料的耐蝕性能，正確地、合理地選擇防腐蝕材料是最行之有效的方法。眾所周知，材料的品種很多，不同材料在不同環(huán)境中的腐蝕速度也不同，選材人員應當針對某一特定環(huán)境選擇腐蝕率低、價格較便宜、物理力學性能等滿足設計要求的材料，以便設備獲得經(jīng)濟、合理的使用壽命。
2 調整環(huán)境
如果能消除環(huán)境中引起腐蝕的各種因素，腐蝕就會終止或減緩，但是多數(shù)環(huán)境是無法控制的，如大氣和土壤中的水分，海水中的氧等都不可能除去，且化工生產(chǎn)流程也不可能隨意更改。但是有些局部環(huán)境是可以被調整的，如鍋爐進水先去除氧（加入脫氧劑亞硫酸鈉和肼等），可保護鍋爐免遭腐蝕；又如空氣進入密閉的倉庫前先出去水分，也可避免貯存的金屬部件生銹；為了防止冷卻水對換熱器和其他設備造成結垢和穿孔，可在水中加入堿或酸以調節(jié)PH值至最佳范圍（接近中性）；煉油工藝中常加堿或氨使生產(chǎn)流體保持中性或堿性。溫度過高時，可在器壁冷卻降溫，或在設備內壁砌襯耐火磚隔熱，等。這些都是改變環(huán)境且不影響產(chǎn)品和工藝的前提下采用的方法，在允許的前提下，建議工藝中選用緩和的介質代替強腐蝕介質。
3 加入緩蝕劑
通常，在腐蝕環(huán)境中加入少量緩蝕劑就可以大大減緩金屬的腐蝕，我們一般將它分為無機、有機和氣相緩蝕劑三類，其緩蝕機理也各不相同。
1 無機緩蝕劑
有些緩蝕劑會使陽極過程變慢，稱之為陽極型緩蝕劑，它包括促進陽極鈍化的氧化劑（鉻酸鹽、亞硝酸鹽、鐵離子等）或陽極成膜劑（堿、磷酸鹽、硅酸鹽、苯甲酸鹽等），它們主要在陽極區(qū)域反應，促進陽極極化。一般陽極緩蝕劑會在陽極表面生成保護膜，這種情況下的緩蝕效果較好，但也存在一定風險，因為如果劑量不充足，會造成保護膜不完整，膜缺陷處暴露的裸金屬面積小，陽極電流密度大，更容易發(fā)生穿孔。另一類緩蝕劑是在陰極反應，如鈣離子、鋅離子、鎂離子、銅離子、錳離子等與陰極產(chǎn)生氫氧根離子，形成不溶性的氫氧化物，以厚膜形態(tài)覆蓋在陰極表面，因而阻滯氧擴散到陰極，增大濃差極化。除此之外，也有同時阻滯陽極和陰極的混合型緩蝕劑，但加入量一般都需要先通過試驗才可確定。
2 有機緩蝕劑
有機緩蝕劑是吸附型的，吸附在金屬表面，形成幾個分子厚的不可視膜，可同時阻滯陽極和陰極反應，但對二者的影響力稍有不同。常用無機緩蝕劑有含氮、含硫、含氧及含磷的有機化合物，其吸附類型隨有機物分子構型的不同可分為靜電吸附、化學吸附及π鍵（不定位電子）吸附。有機緩蝕劑的發(fā)展很快，用途十分廣泛，但是使用它同時也會產(chǎn)生一些缺點，如污染產(chǎn)品，特別是食品類，緩蝕劑可能對生產(chǎn)流程的這一部分有利，但進入另一部分則變?yōu)橛泻ξ镔|，也有可能會阻抑需要的反應，如酸洗時使去膜速度過緩，等。
3 氣相緩蝕劑
這類緩蝕劑是揮發(fā)性很高的物質，含有緩蝕基團，一般用來保護貯藏和運輸中的金屬零部件，以固體形態(tài)應用居多。它的蒸汽被大氣中的水分解出有效的緩蝕基團，吸附在金屬表面，達到減緩腐蝕的目的。另外，它也是一種吸附性緩蝕劑，被保護的金屬表面不需要除銹處理。
4 陰極保護
陰極保護是依靠外加直流電流或犧牲陽極，使被保護金屬成為陰極，從而減輕或消除金屬的腐蝕的方法。因為在應用陰極保護之前，大多數(shù)產(chǎn)生腐蝕的金屬結構上都存在著陰極區(qū)和陽極區(qū)，如果能把所有的陽極區(qū)都變成陰極區(qū)，整個金屬構件變成陰極，也就達到了消除腐蝕的目的。對于一個具體的工程，在選擇陰極保護系統(tǒng)之前，應考慮的問題很多：
1 所需總保護電流
進行陰極保護，必須知道所需的總電流。這可用臨時的試驗裝置來測定電流的需要量。若所需要的保護電流不大（小于1.5~2A），最好選用犧牲陽極保護，如果所需保護電流較大，采用外加電流保護比較經(jīng)濟。
2 環(huán)境的變化
在透氣性較差的土壤中，金屬相對容易極化，若在氧容易到達結構表面的土壤中，結構要極化需要較大的電流。另外，土壤電阻率最低的地方是最適合于安裝四聲陽極或外加電流系統(tǒng)的陽極。水的運動有顯著的作用，若水靜止，保護電流可取較小值。相反，湍流的水能沖刷結構表面，因此需要極強的機械去極化作用。
3 電的屏蔽
對間距小、結構復雜，且進行陰極保護的構件，很容易發(fā)生電的屏蔽作用。從遠處陰極保護電源來的電流，很容易被外層構件所吸收，只有少量電流能達到內層構件中，于是外層構件就形成了一種電的屏蔽。此時，陰極的數(shù)量和配置應盡量做到與被保護結構的各部位距離大致相等，使電流的分散更加均勻。
4 經(jīng)濟因素
使用陰極保護時，應考慮陰極保護在經(jīng)濟上是否合算。如果陰極保護是解決腐蝕問題的經(jīng)濟辦法，那么選擇的陰極保護系統(tǒng)應該是成本最低的，且其中需要考慮設計和安裝成本、電源成本以及系統(tǒng)維護的成本。
5 保護壽命
設計時，應該知道被保護結構預期的使用期限。在實際應用陰極保護的地方，應該使陰極保護系統(tǒng)的設計壽命與被保護結構的壽命相同，壽命過低，保護效果不好，過高會增加成本，造成浪費。
6 雜散的電流影響
在設計陰極保護系統(tǒng)之前，必須了解該地區(qū)是否有雜散電流。它主要來自電氣化鐵路、采礦機械、電焊等直流電源。雜散電流使被保護結構產(chǎn)生很快的腐蝕，通常比其他環(huán)境因素引起的腐蝕更加嚴重。因此，在設計陰極保護時，應該很好地選擇陽極系統(tǒng)的位置，盡量避開雜散電流。
7 溫度
溫度會改變介質的電阻，由于土壤和水的電阻通常是隨著溫度的升高而降低的。熱帶海水電阻比寒冷地區(qū)的同樣海水的電阻低很多就是這個原理。
8 犧牲陽極材料
適合做犧牲陽極的材料有鋁、鎂、鋅。陽極材料可以澆鑄成多種不同形狀的犧牲陽極，以滿足陰極保護設計的需要。
9 外加電流陽極
用于外加電流陰極保護系統(tǒng)的陽極，最好在輸出電流時有一個符合實際的最低的腐蝕率。廢鋼管、棒及類似的廢鋼材料都可以用作外加電流保護系統(tǒng)的陽極，雖然消耗較多，但來源十分廣泛。總之，陰極保護比較適宜于腐蝕性不太強的介質，如海水、土壤、中性鹽溶液等，在強腐蝕性介質中，由于電能與護屏材料消耗太大，一般不采用。
5 陽極保護
以設備作為陽極，從外部通入電流，一般將加速腐蝕，且腐蝕電流隨陽極極化而增大。但對可以鈍化的金屬則會出現(xiàn)另一種情況，當電位隨電流上升，達到致鈍電位后，腐蝕電流急速下降，甚至可下降幾萬倍，以后隨電位上升，電流不變，直到鈍區(qū)為止。利用這個原理，以需要保護的設備為陽極，導入電流，使電位保持在鈍化區(qū)的中段，腐蝕率可保持很低值，通入的電流就表示設備的腐蝕速度。
6 合金化
在基體金屬中加入能促進鈍化的合金成分，當加入量達到一定比例后，便得到耐蝕性優(yōu)良的材料。如鐵中加入12%以上的鉻，就稱為不銹鋼；鉻鋼中加入鎳，可擴大鈍化范圍，還可提高機械性能；又如鐵中加入14%硅，就得到耐酸性優(yōu)良的高硅鐵，等等。另外在某些活性金屬中加入微量超電壓低的陰極貴金屬，可以促進鈍化。如不銹鋼和鈦在某些濃度和溫度的硫酸中是活性的，如在基體金屬中加0.1~0.15%的鈀或鉑，將在合金表面分布成為眾多的微陰極，促進局部腐蝕電池的運轉，陰極電流很快增大，迅速達到鈍化區(qū)，使金屬耐蝕性增強。
7 表面處理
金屬在接觸使用環(huán)境前先用鈍化劑或成膜劑處理，表面生成穩(wěn)定密實的鈍化膜，抗蝕性大大增加。它與緩蝕劑方法不同之處，在于它在以后的使用環(huán)境中不需要再加入緩蝕劑，鋁經(jīng)過陽極處理，表面可以生成比在大氣中生成的更為密實的膜，這類膜在溫和的腐蝕環(huán)境中有優(yōu)良的抗蝕能力，鋼鐵部件表面發(fā)藍也是這個原理。
8 金屬鍍層和包覆層
在鋼鐵底層上可用一薄層更耐腐蝕的金屬保護。常用的方法是電鍍，一般鍍2~3層，只有幾十微米厚，因而不可避免地存在微孔，溶液可滲入微孔，將構成鍍層-底層腐蝕電池。鍍層若為貴金屬，其電位比鐵高，將成為陰極，會加速底層鐵腐蝕。因此，這類鍍層不適于強腐蝕環(huán)境，但可用于大氣、水等環(huán)境，緩慢產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物可將微孔堵塞，電阻增大，獲得一定的使用壽命。若用廉價的金屬，構成腐蝕電池的極性則與上述相反，使鋼得到陰極保護，可以保持較長的壽命。除了電鍍外，還常用熱浸鍍（熔融浸鍍）、火焰噴鍍、蒸汽鍍和整體金屬薄板包鍍。后者因無微孔，耐蝕性強，壽命更長，但價格稍高。
9 涂層
用有機涂料保護大氣中的金屬結構，是最廣泛的防腐手段。涂料覆蓋在金屬表面，干后形成多孔薄膜，雖然不能使金屬與介質完全隔絕，但增大價值通過微孔的擴散阻力和溶液電阻，使腐蝕電流下降。在緩和的環(huán)境中，如大氣、海水等，微孔底金屬腐蝕緩慢，腐蝕產(chǎn)物可堵塞微孔，有很長的使用壽命，但不適于強腐蝕溶液，因為金屬腐蝕速度較快，并伴隨有氫氣的產(chǎn)生，會使漆膜破裂。
10 襯里
襯里一般為整片材料，適用于和強腐蝕介質接觸的設備內部。如鹽酸、稀硫酸的貯槽會用橡膠或塑料襯里，貯存硝酸的鋼槽用不銹鋼薄板作襯里等。搪瓷實際上是一種玻璃襯里，工業(yè)上稱為搪瓷玻璃，它的耐酸性強，廣用于食品、醫(yī)藥等工業(yè)，可保證產(chǎn)品質量，但是不能燒制太大的設備。
作者：張嵐
來源：豪邁化工技術
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