國內外化工防腐蝕技術進展
2019-10-18 10:29:35 作者:本網整理 來源:設備管理與防腐 分享至:

化學工業是國民經濟的重要支柱產業之一, 化工生產中的腐蝕危害居所有行業之首, 其腐蝕損失是巨大的, 但若充分應用現有的防腐蝕技術和腐蝕科學知識, 腐蝕損失至少可以減少25%。本文從耐腐蝕材料的開發和應用、表面防腐蝕技術、緩蝕劑、電化學保護等方面介紹國內外化工防腐蝕技術的進展情況。


腐蝕雖然是不可避免的, 但腐蝕是可以控制和盡可能減緩的。據統計, 如果充分利用現有的防腐蝕技術,腐蝕損失可以減少20%乃至25%。為了控制腐蝕的產生, 防腐蝕科技工作者經過不懈的努力,在實踐中逐漸開發了許多新的耐蝕材料和防腐蝕技術。


一 耐蝕材料的開發應用


耐蝕材料的開發研究是防腐蝕技術進步的突破口, 人類各個時期的技術進步無不與其息息相關。耐蝕材料主要分為金屬材料、高分子材料、無機非金屬材料。其中金屬材料仍是結構材料的主體。


高性能耐蝕金屬材料


金屬及合金材料是結構材料中的主體, 其中鋼鐵占據主要地位,但是,鋼鐵的耐蝕性能具有局限性。具有高性能的合金及有色金屬材料的開發和應用發展迅速,在一定程度上解決了局部腐蝕及特殊環境下的腐蝕問題。


01 含鉬高的耐蝕合金


20cb一3 合金耐蝕性能好,鎳含量高達33%,能抗應力腐蝕。但這種鋼含鉬量低,在高濃度的氯化物介質中容易產生孔蝕和縫隙腐蝕。因此, 在20cb一3中加人更多的鉬,發展成了含鉬高的20號合金,已近似于鎳基合金,用它制造氯化物條件下使用的換熱器時, 可與鈦相媲美。


02 雙相不銹


可以通過控制鐵素體一奧氏體雙相不銹鋼化學成分與熱處理工藝,使之既具有奧氏體不銹鋼的優良韌性和可焊接性, 又具有鐵素體不銹鋼的高強度、抗氯離子應力腐蝕的性能


03 高純鐵素體不銹鋼


高純鐵素體不銹鋼含鉻量為13%一30%,含碳量低于0.25%,有些牌號還含鈦、鋁和鈮等元素, 這類鋼一般不含鎳, 較鉻一鎳不銹鋼價格低廉。它耐有機酸、還原性酸及氧化與還原性混酸, 具有抗氯化物孔蝕和縫隙腐蝕性能。


04 鎳基合金


為進一步提高鎳材料的耐蝕性能,在鎳基合金中主要加人鉬、鉻、銅和鐵等合金元素。在化學工業許多苛刻的腐蝕環境中,鎳基合金常作為重要的結構材料廣泛應用。常用的耐蝕鎳基合金為哈氏合金、因科尼爾合金及蒙及爾合金,這類合金具有優異的耐濃硫酸、鹽酸和濃堿的性育掛。


05 低合金鋼


低合金鋼是指合金元素小于3% 的碳鋼, 因其成本低、綜合性能好, 從而引起廣泛的重視, 如16Mn 、16MnCu 具有良好的抗大氣、抗海水腐蝕性能。


06 鈦及鈦合金


鈦及鈦合金欽材自30 多年前開始工業化應用以來, 由于它具有優異的耐蝕性能和良好的機械加工性能。在化學工業中應用日益廣泛。


2 耐蝕非金屬材料


目前國內外耐蝕非金屬材料在化工生產中應用非常廣泛。非金屬材料具有優良的耐蝕性能, 而機械性能可以通過增強等途徑來彌補, 在某些領域已有發展為取代鋼材的趨勢。


01 耐蝕塑料


耐蝕塑料分為熱塑性和熱固性兩大類。熱塑性塑料中,聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯的應用占主流; 氟塑料、氯化聚醚、聚苯硫醚等工程塑料具有優異的耐蝕性能, 應用日益廣泛, 尤其以氟樹脂應用面最廣, 增長速度也最快。


02 玻璃鋼


玻璃鋼即纖維增強高分子材料。國外化工用玻璃鋼樹脂大多采用間苯二酸聚醋, 部分采用環氧和雙酚A, 乙烯基樹脂的應用也在逐年增加。國內主要為聚醋、環氧、酚醛等樹脂, 其中聚醋玻璃鋼占總產量的80 %耐蝕玻璃鋼制品主要有貯罐、槽車、風機、管道等。


03 石墨


石墨材料是以其優異的導熱性能和耐蝕性能而發展起來的, 石墨制化工設備促進了氯堿工業的發展, 主要用于制強腐蝕介質的換熱設備。


04 搪玻璃


化學工業是搪玻璃設備的使用大戶之一。主要的搪玻璃產品有反應釜、貯槽、換熱器、攪拌器、套管等。


05 工程陶瓷


近年來, 世界工程陶瓷發展較快, 在化工裝備中常用的精細陶瓷材料就是采用高純度的人造原料, 通過控制原料的組成和材料的細微組織而制成的一種燒結體。陶瓷材料具有優異的化學穩定性, 除了對氫氟酸及高濃度的堿以外, 幾乎對所有的化學品都具有優異的耐蝕性能。


二 表面防蝕技術


在現有的防腐蝕手段中, 表面耐蝕涂層和金屬表面技術的費用占所有防腐蝕費用的87 % 左右。采取正確的表面防蝕技術是提高設備使用壽命、減少維修費用以及提高設備管理水平必不可少的途徑。


耐蝕涂料


耐蝕涂料的開發一直是人們關注的研究領域,其發展方向為: 開發新型耐油及耐溶劑涂料; 開發耐高溫涂料,總之, 耐蝕涂料沿著長效、厚膜、適應苛刻腐蝕環境、低溶劑、高固分、施工簡便的方向發展。


01 富鋅涂料


富鋅涂料有無機基和有機基兩類, 多數情況下配合其他涂料作為底漆使用。有機富鋅底漆中, 環氧富鋅漆的附著力強、防蝕效果好。


02 重防腐涂料


重防腐涂料通常指脂涂膜厚為300一1000μm, 在苛刻環境下壽命達5一10 年的涂料。


03 耐高溫涂料


石化工業中設備使用溫度為100一200 ℃ , 而且遭受強腐蝕氣體的侵蝕, 因此,開發耐300℃以下的耐熱耐蝕涂料非常必要。


04 陶瓷類涂料


由于陶瓷耐蝕性能優異, 可用陶瓷粉末做顏料。


05 帶銹涂裝涂料


開發帶銹涂裝涂料的目的旨在減少涂裝前表面處理的費用。值得注意的是,雖然這類涂料預處理簡單, 施工方便, 但僅適用于不重要且腐蝕不嚴重的部位。


06 氟樹脂涂料


氟樹脂涂料是以氟樹脂為成膜物質, 再添加顏料和各種填充劑而制成一類涂料。氟涂料是一種很有發展前途的防腐蝕手段。


襯里技術及復合管道


襯里技術利用強度高的材料( 如碳鋼、玻璃鋼、鑄鐵等)作結構材料, 用耐蝕性能優異的材料作襯里層。襯里技術分緊襯、松襯等, 國外重點發展緊襯技術。襯里技術常用于化工設備、管道等。


其他表面工程技術


表面保護防腐蝕技術近幾十年的發展十分顯著。腐蝕環境及服役環境對材料日趨嚴格的要求又推動了表面保護技術的不斷進步。


01 電鍍、化學鍍


電在化工防腐蝕應用中, 電鍍主要有鍍鉻、鍍鋅和鍍鎳。要求耐磨的場合如軸承, 可采用鍍鉻; 要求耐腐蝕的產品可采用鍍鎳。鍍鋅和鋅合金( 如鋅鐵合金和鋅鎳合金) 的防腐蝕產品, 主要在海洋、濕熱環境使用。


02 噴涂


噴涂是利用火焰、等離子、電弧噴涂,在材料和產品上獲得金屬、合金、無機、有機耐蝕耐磨表面層的一種工藝技術。


03 化學熱處理


化學熱處理特別是滲鋁、滲鉻, 近十多年在化工機械防腐蝕上已有大量應用。滲鋁鋼及配套的焊接材料與焊接技術在大化肥設備、硫酸生產設備、煉油設備上有相當大的應用面。粉末滲鋅因其在同樣厚度下具有更長的耐蝕壽命, 且在節材、不改變加工部件的強度與尺寸( 變化甚小), 在提高抗大氣腐蝕與海水腐蝕環境下的材料壽命方面具有較廣闊的應用前景。


04 磷化


磷化作為涂裝的一個重要前處理過程, 已有多年的應用。近十多年來, 堿金屬三元系低溫或常溫磷化使磷化技術產生質的進步。就磷化膜本身而言, 它的耐蝕性是不高的, 但磷化膜與其他涂膜( 如漆膜等) 組成的復合涂層對基體金屬卻具有十分良好的防護作用, 因此它在化工防腐中應用也日益廣泛。


05 鋁合金陽極氧化


鋁合金陽極氧化是近幾十年產生的新技術,20 世紀80 年代始我國鋁合金型材的高速發展推動這一技術迅速成熟。鋁合金陽極氧化提高了耐腐蝕性能及耐磨性能,在化工中所用鋁合金制的冷卻管、塔盤等設備部件通常經陽極氧化處理, 明顯提高其使用壽命。


三 緩蝕劑


緩蝕劑是一種在很低濃度下, 能使金屬在腐蝕J勝介質中的腐蝕速度大大降低的物質。這種物質可以是一種化合物或幾種化合物組成的復合物質。


工業冷卻水系統用的緩蝕劑


化工生產過程中, 工業冷卻水用量很大, 且由于曝氣而在冷卻水中溶人了大量的溶解氧, 導致設備腐蝕較為嚴重。由于腐蝕也使水質變壞, 耗費大量寶貴的水資源, 可見采用緩蝕劑防腐蝕具有重要的經濟效益和社會效益。


01 敞開式循環冷卻系統


敞開式循環冷卻系統用的緩蝕劑敞開式循環冷卻水系統是指將進行過熱交換的水用冷水塔等設備, 通過敞開式蒸發而得到冷卻后再循環使用的系統。


該系統的水經常處于氧飽和狀態, 水中Cl-、SO42-隨著循環而增大濃度、加上溫度為30-50℃ ,又有一定的流速, 對腐蝕速度影響較大。在系統中加人緩蝕劑既方便也經濟常用的無機緩蝕劑有鉻酸鈉、硫酸鋅、聚磷酸鈉、硅酸鈉、鑰酸鈉等。常用的有機緩蝕劑有琉基苯并唾哩(MBT )、苯并三氮哇( BTA )、氨基三甲叉磷酸( ATMP )、輕基乙叉二磷酸( HEDP )、乙二胺四甲叉磷酸(EDMTP) 等。


02 密閉式循環冷卻水系統用緩蝕劑


密閉式循環冷卻水系統是冷卻水不與大氣直接接觸, 而在一個密閉系統內反復循環利用, 循環水量損失很小的一種循環水冷卻系統。該系統可使用純度較高的水, 如冷凝水、除鹽水或高純水。在這些水中要加人緩蝕劑防止水對設備的腐蝕破壞。常用的緩蝕劑有亞硝酸鹽一硼砂、亞硝酸鹽一硅酸鹽一苯并三氮哇、鋁酸鹽一亞硝酸鹽一苯并三氮哩等復配型藥劑。


化學清洗用的緩蝕劑


化工設備、管線、鍋爐等由于受到化學、物理或生物的作用, 其表面會出現污垢( 如水垢、銹垢、油垢和生物垢等), 用化學的方法去除這些污垢而使之恢復到原來的表面狀況的過程稱為化學清洗。


由于酸洗緩蝕劑品種很多, 到20世紀80年代中期就已超過5000種, 因此, 酸洗化工生產設備時, 要根據不同的污垢類型來選擇酸洗劑及最適宜的緩蝕劑, 具體的選擇方法可參看有關的手冊和資料。


四 電化學保護


電化學保護是指利用外部電流使金屬(包括合金)腐蝕電位發生改變以降低其腐蝕速率的防腐蝕技術。電化學保護可分為陰極保護和陽極保護。


01 陰極保護


陰極保護是在被保護金屬表面上通人足夠的陰極電流, 使之電位變負, 并且使陽極溶解速度減小。這種保護方法又分為犧牲陽極法陰極保護和外加電流法陰極保護兩種。前者是靠電位較負的金屬( 例如鋅合金、鋁合金等) 的溶解來提供保護所需的電流。而后者則靠外部的電源來提供所需的保護電流。陰極保護通常與涂料保護聯合使用。表1 列舉了陰極保護在部分化工設備中的應用實例。


表1 陰極保護在化工設備中的應用實例

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02 陽極保護方法


陽極保護是將被保護金屬設備與外加直流電源的正極相連, 在給定的電解質溶質溶液中使金屬陽極極化至鈍態而得到保護的一種防腐蝕方法。陽極保護的主要技術參數是致鈍電流密度、維鈍電流密度和穩定鈍化區電位范圍度和穩定鈍化區電位范圍陽極保護和涂料或緩蝕劑聯合防腐的方法稱為聯合保護法。


表2 列出一些國內外陽極保護應用實例

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