设备防腐蚀办法

大花猫

引言


　　防腐蚀的方法总的来说可以分为两大类：一是正确地选择防腐蚀材料和其他防腐蚀措施；二是选择合理的工艺操作及设备结构。严格遵守化工生产的工艺规程，可以消除不应当发生的腐蚀现象，而即使采用良好的耐腐蚀材料，在操作工艺上不腐蚀规程，也会引起严重的腐蚀。目前，化工生产中常用的防腐蚀方法有以下几种。
1
正确选材和设计

　　了解不同材料的耐蚀性能，正确地、合理地选择防腐蚀材料是最行之有效的方法。众所周知，材料的品种很多，不同材料在不同环境中的腐蚀速度也不同，选材人员应当针对某一特定环境选择腐蚀率低、价格较便宜、物理力学性能等满足设计要求的材料，以便设备获得经济、合理的使用寿命。


2
调整环境

　　如果能消除环境中引起腐蚀的各种因素，腐蚀就会终止或减缓，但是多数环境是无法控制的，如大气和土壤中的水分，海水中的氧等都不可能除去，且化工生产流程也不可能随意更改。但是有些局部环境是可以被调整的，如锅炉进水先去除氧（加入脱氧剂亚硫酸钠和肼等），可保护锅炉免遭腐蚀；又如空气进入密闭的仓库前先出去水分，也可避免贮存的金属部件生锈；为了防止冷却水对换热器和其他设备造成结垢和穿孔，可在水中加入碱或酸以调节PH值至最佳范围（接近中性）；炼油工艺中常加碱或氨使生产流体保持中性或碱性。温度过高时，可在器壁冷却降温，或在设备内壁砌衬耐火砖隔热，等。这些都是改变环境且不影响产品和工艺的前提下采用的方法，在允许的前提下，建议工艺中选用缓和的介质代替强腐蚀介质。


3
加入缓蚀剂

　　通常，在腐蚀环境中加入少量缓蚀剂就可以大大减缓金属的腐蚀，我们一般将它分为无机、有机和气相缓蚀剂三类，其缓蚀机理也各不相同。

1
无机缓蚀剂

　　有些缓蚀剂会使阳极过程变慢，称之为阳极型缓蚀剂，它包括促进阳极钝化的氧化剂（铬酸盐、亚硝酸盐、铁离子等）或阳极成膜剂（碱、磷酸盐、硅酸盐、苯甲酸盐等），它们主要在阳极区域反应，促进阳极极化。一般阳极缓蚀剂会在阳极表面生成保护膜，这种情况下的缓蚀效果较好，但也存在一定风险，因为如果剂量不充足，会造成保护膜不完整，膜缺陷处暴露的裸金属面积小，阳极电流密度大，更容易发生穿孔。另一类缓蚀剂是在阴极反应，如钙离子、锌离子、镁离子、铜离子、锰离子等与阴极产生氢氧根离子，形成不溶性的氢氧化物，以厚膜形态覆盖在阴极表面，因而阻滞氧扩散到阴极，增大浓差极化。除此之外，也有同时阻滞阳极和阴极的混合型缓蚀剂，但加入量一般都需要先通过试验才可确定。

2
有机缓蚀剂

　　有机缓蚀剂是吸附型的，吸附在金属表面，形成几个分子厚的不可视膜，可同时阻滞阳极和阴极反应，但对二者的影响力稍有不同。常用无机缓蚀剂有含氮、含硫、含氧及含磷的有机化合物，其吸附类型随有机物分子构型的不同可分为静电吸附、化学吸附及π键（不定位电子）吸附。有机缓蚀剂的发展很快，用途十分广泛，但是使用它同时也会产生一些缺点，如污染产品，特别是食品类，缓蚀剂可能对生产流程的这一部分有利，但进入另一部分则变为有害物质，也有可能会阻抑需要的反应，如酸洗时使去膜速度过缓，等。

3
气相缓蚀剂

　　这类缓蚀剂是挥发性很高的物质，含有缓蚀基团，一般用来保护贮藏和运输中的金属零部件，以固体形态应用居多。它的蒸汽被大气中的水分解出有效的缓蚀基团，吸附在金属表面，达到减缓腐蚀的目的。另外，它也是一种吸附性缓蚀剂，被保护的金属表面不需要除锈处理。


4
阴极保护

　　阴极保护是依靠外加直流电流或牺牲阳极，使被保护金属成为阴极，从而减轻或消除金属的腐蚀的方法。因为在应用阴极保护之前，大多数产生腐蚀的金属结构上都存在着阴极区和阳极区，如果能把所有的阳极区都变成阴极区，整个金属构件变成阴极，也就达到了消除腐蚀的目的。对于一个具体的工程，在选择阴极保护系统之前，应考虑的问题很多：

1
所需总保护电流

　　进行阴极保护，必须知道所需的总电流。这可用临时的试验装置来测定电流的需要量。若所需要的保护电流不大（小于1.5~2A），最好选用牺牲阳极保护，如果所需保护电流较大，采用外加电流保护比较经济。


2
环境的变化

　　在透气性较差的土壤中，金属相对容易极化，若在氧容易到达结构表面的土壤中，结构要极化需要较大的电流。另外，土壤电阻率最低的地方是最适合于安装四声阳极或外加电流系统的阳极。水的运动有显著的作用，若水静止，保护电流可取较小值。相反，湍流的水能冲刷结构表面，因此需要极强的机械去极化作用。


3
电的屏蔽

　　对间距小、结构复杂，且进行阴极保护的构件，很容易发生电的屏蔽作用。从远处阴极保护电源来的电流，很容易被外层构件所吸收，只有少量电流能达到内层构件中，于是外层构件就形成了一种电的屏蔽。此时，阴极的数量和配置应尽量做到与被保护结构的各部位距离大致相等，使电流的分散更加均匀。


4
经济因素

　　使用阴极保护时，应考虑阴极保护在经济上是否合算。如果阴极保护是解决腐蚀问题的经济办法，那么选择的阴极保护系统应该是成本最低的，且其中需要考虑设计和安装成本、电源成本以及系统维护的成本。


5
保护寿命

　　设计时，应该知道被保护结构预期的使用期限。在实际应用阴极保护的地方，应该使阴极保护系统的设计寿命与被保护结构的寿命相同，寿命过低，保护效果不好，过高会增加成本，造成浪费。


6
杂散的电流影响

　　在设计阴极保护系统之前，必须了解该地区是否有杂散电流。它主要来自电气化铁路、采矿机械、电焊等直流电源。杂散电流使被保护结构产生很快的腐蚀，通常比其他环境因素引起的腐蚀更加严重。因此，在设计阴极保护时，应该很好地选择阳极系统的位置，尽量避开杂散电流。


7
温度

　　温度会改变介质的电阻，由于土壤和水的电阻通常是随着温度的升高而降低的。热带海水电阻比寒冷地区的同样海水的电阻低很多就是这个原理。


8
牺牲阳极材料

　　适合做牺牲阳极的材料有铝、镁、锌。阳极材料可以浇铸成多种不同形状的牺牲阳极，以满足阴极保护设计的需要。


9
外加电流阳极

　　用于外加电流阴极保护系统的阳极，最好在输出电流时有一个符合实际的最低的腐蚀率。废钢管、棒及类似的废钢材料都可以用作外加电流保护系统的阳极，虽然消耗较多，但来源十分广泛。总之，阴极保护比较适宜于腐蚀性不太强的介质，如海水、土壤、中性盐溶液等，在强腐蚀性介质中，由于电能与护屏材料消耗太大，一般不采用。


5
阳极保护

　　以设备作为阳极，从外部通入电流，一般将加速腐蚀，且腐蚀电流随阳极极化而增大。但对可以钝化的金属则会出现另一种情况，当电位随电流上升，达到致钝电位后，腐蚀电流急速下降，甚至可下降几万倍，以后随电位上升，电流不变，直到钝区为止。利用这个原理，以需要保护的设备为阳极，导入电流，使电位保持在钝化区的中段，腐蚀率可保持很低值，通入的电流就表示设备的腐蚀速度。


6
合金化

　　在基体金属中加入能促进钝化的合金成分，当加入量达到一定比例后，便得到耐蚀性优良的材料。如铁中加入12%以上的铬，就称为不锈钢；铬钢中加入镍，可扩大钝化范围，还可提高机械性能；又如铁中加入14%硅，就得到耐酸性优良的高硅铁，等等。另外在某些活性金属中加入微量超电压低的阴极贵金属，可以促进钝化。如不锈钢和钛在某些浓度和温度的硫酸中是活性的，如在基体金属中加0.1~0.15%的钯或铂，将在合金表面分布成为众多的微阴极，促进局部腐蚀电池的运转，阴极电流很快增大，迅速达到钝化区，使金属耐蚀性增强。


7
表面处理

　　金属在接触使用环境前先用钝化剂或成膜剂处理，表面生成稳定密实的钝化膜，抗蚀性大大增加。它与缓蚀剂方法不同之处，在于它在以后的使用环境中不需要再加入缓蚀剂，铝经过阳极处理，表面可以生成比在大气中生成的更为密实的膜，这类膜在温和的腐蚀环境中有优良的抗蚀能力，钢铁部件表面发蓝也是这个原理。


8
金属镀层和包覆层

　　在钢铁底层上可用一薄层更耐腐蚀的金属保护。常用的方法是电镀，一般镀2~3层，只有几十微米厚，因而不可避免地存在微孔，溶液可渗入微孔，将构成镀层-底层腐蚀电池。镀层若为贵金属，其电位比铁高，将成为阴极，会加速底层铁腐蚀。因此，这类镀层不适于强腐蚀环境，但可用于大气、水等环境，缓慢产生的腐蚀产物可将微孔堵塞，电阻增大，获得一定的使用寿命。若用廉价的金属，构成腐蚀电池的极性则与上述相反，使钢得到阴极保护，可以保持较长的寿命。除了电镀外，还常用热浸镀（熔融浸镀）、火焰喷镀、蒸汽镀和整体金属薄板包镀。后者因无微孔，耐蚀性强，寿命更长，但价格稍高。


9
涂层

　　用有机涂料保护大气中的金属结构，是最广泛的防腐手段。涂料覆盖在金属表面，干后形成多孔薄膜，虽然不能使金属与介质完全隔绝，但增大价值通过微孔的扩散阻力和溶液电阻，使腐蚀电流下降。在缓和的环境中，如大气、海水等，微孔底金属腐蚀缓慢，腐蚀产物可堵塞微孔，有很长的使用寿命，但不适于强腐蚀溶液，因为金属腐蚀速度较快，并伴随有氢气的产生，会使漆膜破裂。


10
衬里

　　衬里一般为整片材料，适用于和强腐蚀介质接触的设备内部。如盐酸、稀硫酸的贮槽会用橡胶或塑料衬里，贮存硝酸的钢槽用不锈钢薄板作衬里等。搪瓷实际上是一种玻璃衬里，工业上称为搪瓷玻璃，它的耐酸性强，广用于食品、医药等工业，可保证产品质量，但是不能烧制太大的设备。
作者：张岚
来源：豪迈化工技术

shushihong

非常全面，学习了，谢谢楼主分享