防腐工程

1第九章防腐工程教学重点：金属腐蚀的机理和破坏特征；防腐蚀处理的环境处理方法、表面覆盖层方法、衬里方法和电化学保护方法的基本原理和设计要点。教学难点：添加水质稳定剂的方法2腐蚀的定义为：“材料（包括金属与非金属）由于环境作用引起的破坏或变质”。材料一旦腐蚀，就不可逆转，这就是腐蚀过程的本质。9.1概述3金属和纯的非电解质直接发生化学作用而引起的金属破坏和性能降低，在腐蚀过程中没有电流产生。（1）按腐蚀机理分类（比如：铝在四氯化碳中，镁和钛在甲醇中的腐蚀。）举例如下：Fe+2Hcl→Fecl+H2↑阳极反应Fe-2e→Fe2+阴极反应2H+2e→H2金属和电解质发生电化学作用而引起的金属材料的破坏，在腐蚀过程中有电流产生。9.1.1金属材料的腐蚀分类化学腐蚀:电化学腐蚀:4（2）按腐蚀破坏的形式分类应力腐蚀腐蚀疲劳磨损腐蚀小孔腐蚀晶间腐蚀缝隙腐蚀电偶腐蚀全面腐蚀局部腐蚀腐蚀又称均匀腐蚀。是指腐蚀作用以基本相同的速度在整个金属表面同时进行。这种腐蚀在设计时留出一定腐蚀裕度补偿，危害性不大。腐蚀作用仅发生在金属的某一局部区域，而其它部位基本没有发生腐蚀；或者是金属某一部位的腐蚀速度比其它部位的腐蚀速度快得多。5局部腐蚀应力腐蚀在拉应力和腐蚀性介质联合作用下，以显著速率发生和扩展的一种开裂破坏腐蚀疲劳在腐蚀介质和交变应力或脉动应力联合作用下产生的腐蚀。小孔腐蚀：腐蚀破坏主要集中在某些活性点上，严重时可导致设备穿孔。磨损腐蚀：在高速流动的或含固体颗粒的腐蚀性介质中，以及摩擦副在腐蚀性介质中发生的腐蚀损坏。6晶间腐蚀：腐蚀沿晶间进行，使晶粒间失去结合力，金属机械强度急剧下降。破坏前金属外观无明显变化。其它还有如氢脆、选择性腐蚀、空泡腐蚀、丝状腐蚀等局部腐蚀。缝隙腐蚀：发生在铆接、螺纹连接、焊接接头、密封垫片等缝隙处的腐蚀。电偶腐蚀：在电解质溶液中，异种金属接触时，电位较正的金属促使电位较负的金属加速腐蚀的类型。7（3）按腐蚀环境分类按腐蚀环境分为大气、土壤、电解质溶液、熔融盐中的腐蚀以及高温气体腐蚀等。89.1.2非金属材料腐蚀的分类非金属材料分为有机高分子材料和无机材料两大类。其腐蚀也分别研究。（1）有机高分子材料的腐蚀分类（2）无机材料的腐蚀分类9（1）有机高分子材料的腐蚀分类溶胀和溶解：溶剂分子渗入材料内部破坏了大分子间的次价键，与大分子发生溶剂化作用，材料的体积和重量都增大。化学裂解：渗入高分子材料内部的活性介质还可能与大分子发生氧化、水解等化学反应，引起高聚物的分解。应力腐蚀：在应力与某些活性介质共同作用下，介质更容易渗入材料内部，随应力的增大，耐蚀性急剧下降。渗透破坏：当高分子材料用作设备衬里层时，如果材料有较大的孔隙率，即使不发生溶胀、裂解等作用，一旦介质渗过衬里层就会造成基体材料的强烈腐蚀。10（2）无机材料的腐蚀分类直接作用:腐蚀介质与材料组分直接发生化学反应而引起的破坏。渗透破坏:腐蚀介质或腐蚀产物渗透到材料内部，由于发生化学反应或物理反应（如结晶），引起体积膨胀而使材料破坏。119.1.3影响金属腐蚀的因素(1)影响金属腐蚀的内在因素(2)影响金属腐蚀的外在因素12金属的性质:金属是否容易被腐蚀，首先决定于金属本身的化学稳定性。化学稳定性是指金属与周围介质发生化学反应的难易程度。通常是标准电极电位越高，化学稳定性也越高，金属越不容易被腐蚀，反之容易被腐蚀。(1)影响金属腐蚀的内在因素金属的成分:金属的化学成分对金属的耐蚀性有直接影响。一般是杂质的存在会降低金属的耐蚀性，而加入某些合金元素，可以提高金属的耐腐蚀性能。金属的受力情况:拉应力的存在加特定的介质引起应力腐蚀破裂；交变载荷加腐蚀性介质发生腐蚀疲劳。金属的组织结构:不同的组织结构，耐腐蚀性能不同。金属的表面状态：在多数情况下，粗糙的金属表面比光滑表面更容易被腐蚀。13(2)影响金属腐蚀的外在因素介质的pH值:一般规律是酸性介质比碱性介质的腐蚀性强，pH值越小，腐蚀性越强。贵金属的化学稳定性高，任何酸度下都不腐蚀。两性金属，如锌、铝、铅等，由于它们的氧化膜或腐蚀产物既溶于酸，又溶于碱。所以，在酸或碱性介质中都易受腐蚀，只有在中性介质中才具有稳定性。但铝在浓硝酸（pH=1）中，由于表面生成一层致密的氧化膜，耐蚀性很好。在稀硫酸中铅表面生成一层难溶的硫酸铅，使其具有耐蚀性。铁、镁、镍、镉等金属，由于它们表面上的保护膜一般只溶于酸而难溶于碱，在酸性介质中易被腐蚀，在碱性介质中较稳定。介质中的有害杂质:多数情况下，介质中的活性离子（如氯离子）是一种有害杂质，会加速金属的腐蚀。14盐溶液的浓度:一般情况下，金属在中性盐溶液中的腐蚀速度最初是随盐浓度的增加而增加，达到一最高点后，又会逐渐降低。介质的温度和压力:随温度的升高，腐蚀速度增加。压力的增加会引起设备中的应力增加，加速腐蚀。介质的流速:多数情况下，增加介质的流速会加速金属的腐蚀。这是由于介质的流动，会造成介质对金属表面的冲刷，使金属表面膜容易损坏，腐蚀产物容易脱落。同时不断更新金属表面的溶液，加快腐蚀反应的进行。159.2环境处理的方法9.2.1除去环境中腐蚀性物质的方法9.2.2在环境中添加防腐蚀成分的方法9.2.3通过腐蚀监控进行防腐管理9.2.4环境处理方法的技术进展169.2.1除去环境中腐蚀性物质的方法物理法：如用加热法除去水中溶解氧。(工程实例：锅炉用水除氧)化学法：化学法对酸性介质一般采用调整pH值，对其它介质可采用生成不溶物沉淀分离。一般来讲，钢材在酸性介质中的耐腐蚀性很差，所以通常加氨或胺类化合物，提高PH值。工程实例:比如，加氨水可以中和水中的CO2，使之生成碳酸氨，从而使溶液变为中性或弱碱性。又如，锅炉给水处理中，也常常采用吗啉（C4H8ONH）和环已胺两种胺类化合物，来中各水中的CO2脱除固体颗粒法：采用各种液固、气固分离法，脱除介质中的固体颗粒，减少磨损腐蚀。179.2.2在环境中添加防腐蚀成分的方法9.2.2.1添加缓蚀剂的方法9.2.2.2添加水质稳定剂的方法除去环境中腐蚀性物质是采用分离方法，这种方法效果较好，但适用范围较窄。在工业中广泛采用的是在腐蚀性介质中添加少量能使金属腐蚀速度降低甚至完全抑止的物质的方法，这些物质称为缓蚀剂。添加缓蚀剂是一种方法简单、经济效果较好的防腐技术，目前广泛用于石油、化工、机械、钢铁、动力和运输等工业部门，解决了许多严重的腐蚀问题。18（1）缓蚀剂在腐蚀环境中，加入少量一种或几种物质就能使金属腐蚀速度大大降低，这种具有抑制金属与环境之间腐蚀反应能力的物质叫做缓蚀剂。缓蚀剂的保护效果与被保护金属的种类和性质，腐蚀环境的各种参数（组成、温度、流速等）以及缓蚀剂本身的种类和剂量有关。9.2.2.1添加缓蚀剂的方法19(2)缓蚀剂原理电化学理论认为缓蚀剂能抑制电极反应的进行，使腐蚀电池的工作受到阻滞，金属腐蚀速度变小。有的缓蚀剂主要抑制阳极反应，有的主要抑制阴极反应，还有对阳极和阴极都有抑制作用的。因此，按此理论缓蚀剂可分为阳极型、阴极型、混合型。电化学理论吸附理论成膜理论20成膜理论认为缓蚀剂之所以能有效保护金属，是因为金属表面上生成了难溶的保护膜，这种保护膜或者是缓蚀剂与金属反应生成的钝化膜，或者是缓蚀剂与介质中的活性离子生成的沉淀膜。因此，按后2种理论，缓蚀剂又分为氧化型、沉淀型和吸附型三种。吸附理论认为缓蚀作用来自缓蚀剂在金属表面吸附而形成吸附膜。21(3)缓蚀剂保护的突出特点某种缓蚀剂，对某种介质和金属具有良好保护作用，但对另一种介质或金属不一定有效，甚至于有时还起反作用，而缓蚀剂一般用在循环系统中，在一个系统中，涉及设备较多，材料种类也多，所选择一种缓蚀剂，要适应各种设备的材质，又要能针对重点设备，这确实不是一件容易的事。（举例：循环水系统。）——严格的选择性22(1)循环冷却水及其特点冷却塔RT2T1BW热交换器EMR----循环水量W---飞溅水量M---补充水量B---排放水量E---蒸发水量循环冷却水是指反复循环使用的冷却水，如图，换热后温度升高的冷却水，经冷却塔流下，由于和空气密切接触，靠一部分水蒸发使水温度降低，再循环使用。9.2.2.2添加水质稳定剂的方法23①由于水在流经冷却时受剧烈搅动，使水中溶解的空气大量增加，从而把空气中的可溶气体（如SO2、O2、H2S）以及灰尘、细菌洗涤到水中，由此增加了循环水的腐蚀性；特点冷却塔RT2T1BW热交换器EM②水中溶解的CO2在流经冷却塔时大量随蒸气散失，而CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2,由于CO2量减少，使CaCO3容易沉淀出来形成垢层；并且，由于循环水多次重复使用，一部分水以蒸气形式离去，而水中的盐类物质浓度增大，从而也容易结垢；因此，工厂中的循环冷却水在不断循环使用中，会遇到三大问题：腐蚀、结垢、微生物生长。可用添加水质稳定剂的方法解决。③循环冷却水的温度在30℃~40℃，加上日光和水中高浓度的营养成分，有利于微生物的滋生繁殖，从而造成微生物生长。24(2)水质稳定剂简单介绍四川某聚酯公司的大体配方25清除循环水中的铁锈、无机盐垢、沉积物、生物粘泥和泄漏造成的污垢，使设备具有洁净和新鲜的金属表面，从而提高换热效率并为设备的预膜创造必要条件。清洗应该在即将开车时进行，以便清洗结束后，立即对清洗好的新鲜金属表面进行预膜。预膜后立即转入正常运行。清洗可采用机械清洗和化学清洗结合的方法。①循环冷却水系统的预处理(3)水质稳定工艺a.系统的清洗:b.系统的预膜:经过清洗洁净而又新鲜的金属表面上预先生成一层钝化膜。预膜的时机在清洗后立即进行。26a.加药量的计算:水质稳定剂的加药量可以根据水质稳定剂配方的要求，补充水水量以循环水的浓缩倍数来估算。设配方中要求添加某一组分Ckg/L，补充水水量为F，t/h，循环水的浓缩倍数为T，则每小时F吨补充水经浓缩后变为F/T吨循环水，故每小时加药量为：b.加药方法:液体形式的水质稳定剂，通过有计量的加药装置，按补充水所需的量，直接加入或与补充水混合后再加入循环水系统。但加药点不应在取样点的上游，以免影响试样结果。hKgTFC纯物质计910K②水质稳定剂的添加279.2.3通过腐蚀监控进行防腐管理安排学生课后自学9.2.4环境处理方法的技术进展289.3复合层保护技术把腐蚀介质与工业装备用耐腐蚀性较好的材料进行隔离，达到防腐的目的。9.3.1防腐涂料涂装9.3.2金属覆盖层9.3.3防腐蚀衬里299.3.1防腐涂料涂装(1)涂料的组成(5)常用涂装方法(4)涂料的选用原则(3)对防腐涂料的要求(2)涂层的作用30(1)涂料的组成分散质料:是指挥发性的有机溶剂或水。其作用主要是使成膜物质分散而成粘稠状液体。涂料是一种涂覆于物体表面并能形成牢固附着的连续薄膜物质。通常是以树脂或油为主加入（或不加入）颜料、填料，用有机溶剂或用水调制而成的粘稠液体。成膜物质:主要由树脂或油组成，是使涂料牢固附着于被涂物表面形成连续薄膜的主要物质，是构成涂料的基础，决定着涂料的基本特性。涂料分类是以主要成膜物质为基础的，其分类与命名方法在GB2705中规定。颜料和填料:着色和改善涂膜性能，增强涂膜的保护、装饰和防锈能力。3132成膜物质类别主要成膜物质油脂天然植物油、动物油（脂）、合成油等天然树脂１）松香及其衍生物、虫胶、乳酪素、动物胶、大漆及其衍生物等酚醛树脂酚醛树脂、改性酚醛树脂等沥青天然沥青、（煤）焦油沥青、石油沥青等醇酸树脂甘油醇酸树脂、季戊四醇醇酸树脂、其他醇类的醇酸树脂、改性醇酸树脂等氨基树脂三聚氯胺甲醛树脂、脲（甲）醛树脂等硝酸纤维素（酯）硝酸纤维素（酯）等纤维索酯、纤维素醚乙酸纤维素（酯）、乙酸丁酸纤维素（酯）、乙基纤维素、苄基纤维素等过氯乙烯树脂过氯乙烯树脂等烯类树脂聚二乙烯乙炔树脂、聚多烯树脂、聚乙烯共聚树脂、聚乙酸乙烯及其共聚物、聚乙烯醇缩醛树脂、聚苯乙烯树脂、含氟树脂、氯化聚丙烯树脂、石油树脂等丙烯酸树脂热塑性丙烯酸树脂、热固性丙烯酸树脂等聚酯树脂饱和聚酯树脂、不饱和聚酯树脂等环氧树脂环氧树