氯离子腐蚀机理及其预防措施.docx

氯离子腐蚀机理及其预防措施目录前言22 .对影响氯离子腐蚀金属设备的原因分析33 .预防和控制氯离子腐蚀金属设备的对策及建议33. 1.合理选材，控制应力33.2.降低氯离子在水溶液中的含量43. 3.无机防腐涂料的使用44.常规设备的防腐措施54.1. 设备的防腐结构设计54. 1. 1.概述54. 1.2.避免死角的出现54. 1. 3.避免间隙的产生54.2. 材料的选择原则64.3. 电化学保护防护法64.3. 1.概述64. 3. 2.外加电流的阴极防护法74. 3. 3.牺牲阳极的阴极保护法71. 4.缓蚀剂74. 5.缓蚀剂成为未来缓蚀剂的发展方向85.几种不锈钢在含氯水溶液中的适用条件85. 1.304型不锈钢85.2.304L型不锈钢85. 3.316型不锈钢85.4.316L型不锈钢95. 5.317型不锈钢95. 6. AISI 904L 或 SUS 890L 型不锈钢95. 7. Avesta 254 SMO 高级不锈钢95. 8. Avesta 654 SMO 高级不锈钢95. 9. RS-2(OCr20Ni26Mo3Cu3Si2Nb)不锈钢这95. 10. Incoloy 825(S)95. 11.31 合金105. 12.33 合金105. 13.C-2000 合金105. 14.59 合金105. 15.TAl 钛材116.不锈钢在含氯离子介质中的适用范围11前言氯离子基于其半径小、穿透能力强的特点，因此能够优先地选择吸附在钝 化膜上，把氧原子排挤掉，然后和钝化膜中的阳离子结合成可溶性氯化物，结 果在新露出的基底金属的特定点上生成小蚀坑，进而造成对设备的腐蚀。氯离 子对金属腐蚀的影响主要表现在以下两个方面：1）一方面是降低材质表面钝化膜的形成或加速钝化膜的破坏，从而促进局 部腐蚀；2）另一方面使得二氧化硫和二氧化碳在水溶液中的溶解度降低，从而缓解 材质的腐蚀。氯离子长期在水溶液中可以加速促进腐蚀反应，容易穿透金属表面的保护膜， 造成缝隙腐蚀和孔蚀。特别是对奥氏体不锈钢等金属会造成开裂危害，加速设 备在短期内报废的可能。因此，预防氯离子对金属设备的腐蚀势在必行。1 .水溶液中氯离子腐蚀金属设备的机理氯离子、水溶液硬度以及溶解氧都是造成金属设备腐蚀的重要因素，其中 氯离子的影响效果相对较低，但也不容忽视。氯离子腐蚀金属的机理大致可分 两种，分别是成相膜理论和吸附理论。二者观点虽然不同，但是反应过程基本是一致的。氯离子浓度越高，水溶 液的导电性就越强，电解质的电阻就越低，氯离子就越容易到达金属表面，加 快局部腐蚀的进程。尤其在酸性环境中氯离子会在金属表面形成氯化物盐层， 并替代具有保护性能的碳酸铁膜，从而导致点蚀、应力腐蚀、孔蚀失和缝隙腐 蚀的发生。腐蚀过程中，氯离子不仅在蚀坑区域富积，而且还会在周围区域附 近富积，这就是腐蚀形成的前期过程。2 .对影响氯离子腐蚀金属设备的原因分析1）首先，金属设备在加工制作过程中虽然经过了热处理消除应力，但仍有 残留。而且设备在安装过程中，由于温度机械等因素不可避免地会对设备产生 内应力，进而造成这些部位氯离子很容易积聚进而造成腐蚀。2）其次，氯离子具有催化作用而使金属设备产生应力腐蚀开裂，最开始的 表现为腐蚀缝隙或腐蚀沟槽，使被破坏的钝化膜无法修复。随着腐蚀的持续进 行，金属设备随之会呈枝状裂纹。3）再次，温度会对氯离子腐蚀产生的诱导作用。在应力和氯离子都存在的 条件下，温度较低时腐蚀并不明显，随着温度的升高，腐蚀开裂日益加剧。4）最后，溶液的水流速度也是造成腐蚀现象的重要因素。水流速度低的时 候氯离子不易扩散，这就为氯离子富集创设了有利条件，进而加剧了氯离子的 腐蚀危害。3 .预防和控制氯离子腐蚀金属设备的对策及建议众所周知，氯离子的化学性质十分稳定，想要通过药剂化学反应来降低氯 离子很难实现。因此通过设备改进及投入缓蚀剂等方法来降低氯离子对金属设备的腐蚀具 有极强的可行性和操控性。3. 1.合理选材，控制应力1）一方面，要选用耐应力腐蚀材料，主要为高纯奥氏体铭银钢，高硅奥氏 体铭银钢，高铭铁素体钢和铁素体一一奥氏体双相钢。2）其中，以铁素体一一奥氏体双相钢的抗应力腐蚀能力最好。3）此外还要优化金属设备材质，完善和改进金属设备的防腐功能，可以在 金属中加入铝、氮、硅等元素，同时提高铭含量。4）另一方面，在装配时，尽量减少应力集中，并使其与介质接触部分具有 最小的残余应力，防止磕碰划伤，严格遵守焊接工艺规范。5）严格遵守操作规程，并控制原料成分、流速、介质温度、压力、PH值等 工艺指标。6）在工艺条件允许的范围内添加缓蚀剂。7）铭银不锈钢在溶解有氧的氯化物中使用时，应把氧的质量分数降低到规 定的标准值。3. 2.降低氯离子在水溶液中的含量通过加入缓蚀剂，可以增加钝化膜的稳定性，进而达到控制腐蚀的目的， 同时有利于受损钝化膜得以再钝化。此外还可以采用外加阴极电流保护，抑制孔蚀。另外，药剂原理是通过与水中的钙离子或腐蚀产物亚铁离子相结合，生成 以聚合磷酸钙铁为主要成份的化合物，依靠腐蚀电流电沉积于阴极表面形成沉 淀膜保护金属不被腐蚀。最后加大成本投入，通过离子交换和反渗透等方式进一步降低氯离子的含 量。3. 3.无机防腐涂料的使用无机防腐涂料可以有效预防氯离子对不锈钢的腐蚀，它具有高强度，高韧 性，耐温高、耐冲磨，耐老化，耐酸碱盐腐蚀，附着力强等特点，应用范围十 分广泛。防腐涂料的技术十分先进，且防腐效果也很好。通过特制的无机防腐和金属钝化锌粉所组成的溶液，对硅原子上连接整合 的羟基、烷基产生很好的三元协同效应。该溶液稳定性强，减轻了对高聚物内部的影响，成膜物更致密，防腐抗腐 蚀性能好，保护金属不腐蚀，且附着力强。总之，氯离子对金属设备的腐蚀具有很大的影响，为了确保生产的稳定健 康发展，企业要加大对氯离子腐蚀危害的重视，并根据设备材质、工艺情况以 及设备工作情况做好氯离子的控制工作。此外还要设定好适宜的温度、浓度和压力值，以确保氯离子的浓度要低于 25ppm,这才能够实现金属设备的安全运行。止匕外，还可在工艺条件允许的情况下，加入适当的缓蚀剂或选择合理的新 型材料，可并适当考虑选用非金属材质，以达到经济效益最佳化。照片2、被腐蚀的316L管口照片3、等待修复的旧冷瀚器照片4、从待修复管内清洗出的物料照片5、旧设备纳米把处理后4.常规设备的防腐措施3.1. 设备的防腐结构设计4. 1. 1.概述防腐蚀结构设计指的是在设计的时候考虑如何防止设备的腐蚀，它不仅包 括单个设备的设计，还包括设备间安装情况以及管道系统的布置，也就是系统 设计的问题。主要有以下几种情况：4. 1.2.避免死角的出现设备中局部液体残留或固体物质沉降堆积，不仅会在设备操作时局部浓缩 或聚集、引起腐蚀，并且会在设备停车时引起腐蚀。设计时要尽量避免死角和排液不尽的死区等。4.1. 3.避免间隙的产生许多设备都容易存有缝隙，液体流通不畅的地方易形成缝隙腐蚀，如碳钢、 铝、不锈钢、低合金钢等设备都有这种现象。缝隙腐蚀产生后又往往引发孔蚀和应力腐蚀，造成更大的破坏，而良好的 结构设计是防止缝隙腐蚀最好的方法。经常存在问题的部位是密封面和连接部位。由于焊接能避免连接部位的缝隙，因此，比螺栓连接要好。4. 2.材料的选择原则用来制造化工机械设备的材料大部分是普通的碳素结构钢，其特点在于价 格低廉，来源广泛，力学性能好及加工方便等，这类钢如果在普通的工作条件 下使用，腐蚀对其的危害并不大，但是如果是使用在化工行业这种高浓度腐蚀 性介质的环境下，因为其耐腐蚀性能较差，就很容易遭受腐蚀的破坏。因此，耐腐蚀金属材料的选择原则为：1）对腐蚀环境应尽可能详细了解，如介质的成分、浓度以及操作温度和压 力等；液体是静止状态还是流动状态；应力状态（包括残余应力）；不同材料的接 触状态；温度变化，加热冷却的温度周期变化，有无急冷急热引起的热冲击和 应力变化；高温、低温、高压、真空、冲击载荷、交变应力等需要特别注意的 环境条件等；2）必须考虑设备的类型、结构及产品的要求；3）考虑设计预期使用年限的问题，即满足整个生产装置要求的寿命，尽量 使整个设备或管道各部分材料均匀劣化，材料费、施工费、维修费综合最佳的 经济考虑，从而有效降低设备的腐蚀程度，延长设备使用周期。4. 3.电化学保护防护法4. 3.1.概述电化学保护防护法在化工机械设备防腐蚀当中有着极为重要的意义。其主要原理是运用原电池的电化学原理，消除引起金属发生电化学腐蚀的 原电池反应，使金属得到防护。电化学防护分阳极防护和阴极防护两大类。阳极防护是把被保护的金属作阳极，在一定外加电压范围内进行阳极钝化, 使它的表面由化学状态转为钝化状态，从而阻滞金属在某些酸、碱或盐中被腐 蚀。阴极防护是把被保护的金属作为阴极，方法有以下两种：4. 3. 2.外加电流的阴极防护法用一个不溶性电极作辅助阳极，跟阴极一道放到电解质溶液里。当接通外加直流电源后，大量电子强制流向被保护的金属阴极（例如钢铁设 备），并在阴极积累起来。这样就避免或抑制钢铁发生失去电子的氧化作用，从而被保护。4. 3. 3.牺牲阳极的阴极保护法用比铁还原性更强的金属（如锌）或合金跟钢铁制品连接。当发生电化腐蚀时，这种活泼金属就作为微电池的负极而被腐蚀，钢铁设 备得到保护。在电化学保护方法当中，目前较为有效的一种防腐蚀控制方法就是应用牺 牲阳极的保护方法，而对化工机械设备进行阴极的保护。我国当前较为常用的牺牲阳极的材料为：镁阳极，其中包括了纯镁以及 Mg-Mn合金等。其中，标准锌电极电位相对铁而言为负，因而在一定的介质条件之下，当 这两种金属相互之间进行接触的时候，就会形成一个微电池，其中锌为阳极， 而铁为阴极，锌在介质当中被腐蚀，而铁得到了保护。在具体的使用过程当中，可以应用将牺牲阳极在化工机械设备的构件上进 行焊接，以此作为牺牲阳极安装方法，同时也可以应用螺栓来进行固定。4. 4.缓蚀剂缓蚀剂是一种向缓蚀体系中添加适当浓度，就能显著降低金属的腐蚀速度 而对腐蚀剂浓度影响很小的化学物质。缓蚀剂的用量很少，虽然它不能改变金属在介质中的腐蚀倾向，但它能在 金属表面形成保护膜，从而减缓金属的腐蚀速度，从而抑制金属的腐蚀。与其他防腐蚀方法相比缓蚀剂具有使用方便、经济、有效的特点，广泛地 应用于石油化工、机械制造、交通等工业部门，并在某些工业生产中成为不可 取代的重要防护措施，列入到生产工艺或操作规程中。石油工业是使用缓蚀剂最多的部门之一，从石油的钻探、开发、集输到炼 制都要用到缓蚀剂。近些年来，随着人类环境保护意识的增强和可持续发展思想的深入，对缓蚀剂的开发和应用也提出了新的要求，围绕性能和经济目标研究开发对环境不 构成破坏作用即环境友好。4. 5.缓蚀剂成为未来缓蚀剂的发展方向总之，化工设备的防腐是一个很实际的问题。所以化工设备的防腐问题还有许多亟待解决的问题，需要科研人员和实际 生产者不断地解决。5.几种不锈钢在含氯水溶液中的适用条件5. 1. 304型不锈钢这是最廉价、最广泛使用的奥氏体不锈钢（如食品、化工、原子能等工业设 备）。适用于一般的有机和无机介质。例如，浓度30%、温度100°C或浓度30%温度50的硝酸；温度 100°C的各种浓度的碳酸、氨水和醇类。在硫酸和盐酸中的耐蚀性差；尤其对含氯