第七章化工设备的腐蚀与防护

第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 君子之修身，内正其心，外正其容。 ——（宋）欧阳修 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 复习提问 1、化工设备接触的介质有什么特点？ 答： ，介质具有易燃、易爆、有毒、腐蚀性强 2、生活中有哪些腐蚀现象？ 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 教学目标 教学要求 能认知化工设备防腐方法。 了解化工材料腐蚀特性，化工设备的防腐方法。 3 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第一节 概述   腐蚀的定义 人们经常看到的自然现象中，例如钢铁生锈变为褐色的氧化铁皮，铜生锈生成铜绿等就是金属的腐蚀。 随着非金属材料，特别是高分子材料的迅速发展，它们在各种环境中的破坏也已引起人们的普遍重视。因而腐蚀的定义扩大到一切材料：材料或材料的性质由于与它所处环境的反应而恶化变质被称为腐蚀。 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第一节 概述 腐蚀的类型 （一）、金属腐蚀的分类 1、按腐蚀机理分类 （1）、化学腐蚀 化学腐蚀是金属和非电解质直接发生化学作用而引起的腐蚀，在腐蚀过程中不产生电流。 （2）、电化学腐蚀 电化学腐蚀是金属和周围介质发生电化学反应而引起的腐蚀，特点是腐蚀介质中有能导电的电解质溶液存在，腐蚀过程中有电流产生。如在大气、海水、土壤、酸、碱、盐溶液中的腐蚀。 （3）、化学或电化学加力学因素的腐蚀 这是多因素引起的腐蚀，由于各因素的相互作用往往产生非常强烈的腐蚀，一般包括应力腐蚀、腐蚀疲劳、氢脆等。 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第一节 概述 腐蚀的类型 （一）、金属腐蚀的分类 2、按腐蚀表面状态分类 （1）、全面腐蚀 在腐蚀介质的作用下，腐蚀分布在金属的整个表面上。全面腐蚀可以是均匀的，也可以是不均匀的。 （2）、局部腐蚀 腐蚀主要集中在金属表面某一区域，这种腐蚀的分布，深度和发展不均匀，常在整个设备较好的情况下，发生局部穿孔或破裂而引起严重事故。所以危险性很大。它又可分为晶间腐蚀、选择腐蚀、应力断裂腐蚀、点状腐蚀、焊缝腐蚀、腐蚀疲劳及沉积物腐蚀等。 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第一节 概述 腐蚀的类型 （二）、非金属腐蚀的分类 非金属材料主要指塑料和橡胶等高分子材料，还有化工陶瓷及耐蚀玻璃等硅酸盐材料。 对高分子材料，其腐蚀的主要类型蚀溶胀和溶解、化学裂解、开裂等。 对硅酸盐材料的腐蚀破坏形式主要是与酸和碱等介质作用，发生化学溶解。 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第二节 常用材料的耐腐蚀特性 一、金属材料的耐腐蚀性 （一）、碳钢 碳钢也称铁碳合金，是当前大多数化工设备的主要制作材料。当碳钢与电解质溶液及其它腐蚀性介质接触时，便发生强烈的腐蚀，碳钢中的硫能加速腐蚀，是有害杂质。 碳钢在盐酸中不耐蚀，在硝酸、硫酸中的腐蚀速度起初随浓度提高而增大，当浓度达到50％以上反而耐蚀。弱酸强碱组成的盐对碳钢腐蚀性小，特别是一些具有氧化性的盐能使碳钢表面生成钝化膜而起到保护作用。 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第二节 常用材料的耐腐蚀特性 一、金属材料的耐腐蚀性 （二）、不锈钢 是指不锈钢、耐酸钢和某些耐热钢的通称。耐酸不锈钢是指在某些化学介质（酸类及其它腐蚀性介质）中高度耐腐蚀的钢。这类钢有铬不锈钢和铬镍不锈钢两种。 在各种浓度的硝酸、浓硫酸、过氧化氢及其它氧化性介质中，铬钢都比较耐蚀。在盐酸氯化物溶液、稀硫酸及亚硫酸中，铬钢不能生成钝化膜，因而不耐腐蚀。磷酸只有在浓度极高及沸腾时才使铬钢破坏。对于碱，只有在浓度不高时铬钢才耐蚀。有机酸如草酸、乙酸等介质中，铬钢均不耐蚀。 含铬量25%或更高的不锈钢，既耐蚀又耐热，可用来制作耐浓硝酸的零件。 铬镍不锈钢又称奥氏体不锈钢，或称18－8型不锈钢，是目前应用最广泛的一种不锈钢。可耐浓度不高于95％、温度不高于70℃的硝酸，浓度不超过60％、温度不超过100℃的磷酸，室温下的有机酸及各种有机介质，盐及碱的溶液，室温下的干燥氯气、蒸汽、湿空气等的腐蚀。但不耐沸腾的浓碱及熔融碱的腐蚀，在硫酸、盐酸、氢氟酸中稳定性差。 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第二节 常用材料的耐腐蚀特性 一、金属材料的耐腐蚀性 （三）、铝及其铝合金 铝和铝合金是石油、化工生产中常用的一种耐腐蚀材料。这是因为空气中的氧及氧化性介质能使铝钝化，在其表面上生成一层氧化膜，这层膜致密而坚固，所以它在许多介质中很稳定。一般来说，铝越纯越耐腐蚀。 铝在尿素和聚丙烯腈生产中，可耐低压和常压下尿素、丙稀腈和丙稀醛等介质的腐蚀。铝在硫酸盐溶液中耐蚀，在氨水中耐蚀。铝在许多有机介质中有优良的耐蚀性能，尤其不会使食物中毒，不玷污食品和改变它的颜色（铝离子无毒无色），在化工厂中应用较多的是防锈铝合金和铝硅合金及铸造铝合金。 纯铝和铝合金最高使用温度为150℃，很适于制作低温设备。 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第二节 常用材料的耐腐蚀特性 一、金属材料的耐腐蚀性 （四）、铜及铜合金 铜及铜合金具有优越的低温机械性能，常用于制冷设备和某些化工设备。 纯铜又叫紫铜，在大气、水、海水、碱类溶液中有较好的耐蚀性能，但不耐硝酸、含氧及氧化剂的溶液和氨的腐蚀。 青铜和黄铜的基本耐蚀性能与纯铜差不多，常用来制作耐海水腐蚀的零件。 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第二节 常用材料的耐腐蚀特性 一、金属材料的耐腐蚀性 （五）、镍及其合金 镍是一种用途广泛又较贵重的金属，大量用于国防和冶金工业，在化学工业中用得不多（主要用于制碱工业）。 纯镍具有强度高，塑性、延伸性和可锻性好。镍有明显的钝化性能，可耐大气、水及海水腐蚀。对碱有突出的耐蚀性。 镍合金包括许多种耐蚀、耐热的合金。化工生产中常用的有镍铜合金（蒙乃尔合金）、镍钼铁合金（哈氏合金或海氏合金）等。镍铜合金（含镍70％，铜30％）具有良好的机械性能和加工性能，能抵抗高速流动的海水腐蚀；在石油、化工生产中被用来制造输送浓碱液的泵和阀门等。镍钼铁合金既耐蚀又耐高温。它在盐酸、硝酸、氢氟酸等介质的特别苛刻的条件下，比奥氏体不锈钢具有高得多得耐蚀性。由于其价格昂贵，在化工生产中只有在其他材料不能使用时才采用。 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第二节 常用材料的耐腐蚀特性 一、金属材料的耐腐蚀性 （六）、铅及其合金 铅的强度低，硬度低，密度大，熔点及导热系数小，容易加工，便于焊接。在大气和土壤中，有很高的耐蚀性，在稀硫酸中极耐蚀，常用于硫酸生产中。化工生产中经常用衬铅、搪铅作为防腐蚀层或制作管道，但不能用于传热设备。 （七）、钛及其合金 钛是轻金属，密度小，强度高，耐蚀性好。广泛用于宇航、石油、化工等多个行业。 钛十分容易与氧结合生成致密的惰性很强而结合牢固的氧化膜，此膜的稳定性远高于铅及不锈钢的氧化膜，其耐蚀性超过高铬镍不锈钢及镍钼合金等。 钛及其合金不宜在高温下使用，氧、氮和氢会渗入其内部，使钛及其合金材料变脆。 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第二节 常用材料的耐腐蚀特性 二、非金属材料的耐腐蚀性 常用的非金属材料可分为无机材料（陶瓷、搪瓷、玻璃 等）和有机材料（塑料、涂料、橡胶等） （一）化工陶瓷 化工陶瓷按组成及烧成温度的不同，可分为耐酸陶瓷、耐酸耐温陶瓷和工业瓷三种。耐酸耐温陶瓷的气孔率、吸水率都较大，故耐温度急变性较好，容许使用温度也较高，而其他两类的耐温度急变性和容许使用温度均较低。 化工陶瓷的耐腐蚀性能很好，除氢氟酸和含氟的其他介质以及热浓磷酸和碱液外，能耐几乎其他所有的化学介质。 化工陶瓷是化工生产中常用的耐蚀材料。许多设备都用它作耐酸衬里，也常用作耐酸地坪；陶瓷制的塔器、容器和管道常用于生产和贮存、输送腐蚀性介质；陶瓷泵、阀等都是很好的耐蚀设备。 化工陶瓷是一种典型的脆性材料，其抗拉强度低，冲击韧性差，热稳定性低，所以在安装、维修、使用中都必须特别注意。应防止撞击、振动、应力集中、骤冷骤热等，还应避免大的温差范围。 陶瓷内衬 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第二节 常用材料的耐腐蚀特性 二、非金属材料的耐腐蚀性 常用的非金属材料可分为无机材料（陶瓷、搪瓷、玻璃等）和有机材料（塑料、涂料、橡胶等） （二）玻璃 玻璃具有优良的耐腐蚀性能，除氢氟酸、热磷酸、硅氟酸和强碱外，对其他酸、盐类、稀碱液及有机溶剂均耐蚀；玻璃表面光滑，流动阻力小，不易结垢粘附，便于清洗。 玻璃制品有玻璃管道及管件，玻璃泵，玻璃反应器，玻璃换热器，玻璃隔膜阀等，在制药和盐酸行业中得到广泛应用。 化工玻璃弯头 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第二节 常用材料的耐腐蚀特性 二、非金属材料的耐腐蚀性 常用的非金属材料可分为无机材料（陶瓷、搪瓷、玻璃 等）和有机材料（塑料、涂料、橡胶等） （三）塑料 塑料在化工生产中有着广泛的用途，最大的特点是耐蚀，主要用于设备的结构材料、管道和防腐衬里。由于各种塑料主体原料不同，所加各种添加剂各异，故其性能差异较大，下面介绍一些常用的耐蚀塑料。 聚氯乙稀塑料 在大部分酸、碱、盐类溶液中耐蚀，根据增塑剂添加数量不同，可分为软、硬两种。硬聚氯乙稀具有一定的强度，成型加工性能好并可进行焊接，此外，还具有一定的电气绝缘、隔热、阻燃等性能，许多化工厂用它来代替不锈钢、铅、橡胶等材料，并用作塔器、贮槽、泵、阀门、管道。软聚氯乙稀多用作耐蚀衬里层。 聚乙烯塑料 是乙烯的高分子化合物，具有优良的耐寒性、化学稳定性好，室温下几乎不被任何有机溶剂溶解，对非氧化酸、稀硝酸、碱和盐类均有良好的耐蚀性。可用于制成管件、阀门、泵、塔盘等，也可作防腐涂层，其薄板可作设备防腐内衬。 聚四氟乙烯 具有极高的化学稳定性，完全不与“王水”、氢氟酸、浓盐酸、硝酸、发烟硫酸、沸腾的氢氧化钠溶液、氯气、过氧化氢等作用，因其优越的耐蚀、耐候性能而被称为“塑料王”。主要用于制作衬里、轴瓦、小容器、热交换器及管道等。 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第二节 常用材料的耐腐蚀特性 二、非金属材料的耐腐蚀性 常用的非金属材料可分为无机材料（陶瓷、搪瓷、玻璃 等）和有机材料（塑料、涂料、橡胶等） （四）玻璃钢 玻璃钢以合成树脂为粘结剂，玻璃纤维及其制品（如玻璃带、玻璃布、玻璃丝）为增强材料，按一定的成型方法所得到的制品。其比强度超过一般的钢材，质轻、强度高、耐热耐腐蚀，在化工防腐蚀上得到广泛的应用。在化工生产中应用较多的是环氧、酚醛、呋喃和聚脂等几种类型的玻璃钢。 玻璃钢的耐蚀及耐热性，随所用的树脂而异。如酚醛玻璃钢耐酸、耐溶剂性好；环氧玻璃耐水、耐碱性好，耐酸、耐溶剂性尚好，与金属粘结力强，机械强度高；呋喃玻璃钢耐酸、碱、溶剂性好，耐温较高；聚脂玻璃钢耐稀酸、油性好，施工方便，韧性好。 玻璃钢在化工防腐中常用来作设备衬里和整体玻璃钢设备，还用于增强非金属材料制造的设备和管道。 玻璃钢夹砂管道 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第二节 常用材料的耐腐蚀特性 二、非金属材料的耐腐蚀性 常用的非金属材料可分为无机材料（陶瓷、搪瓷、玻璃 等）和有机材料（塑料、涂料、橡胶等） （五）橡胶 橡胶是常用的防腐材料，橡胶制作的各种橡胶制品，因其具有良好的耐腐蚀及防渗性能，所以被广泛地应用于金属设备的防腐衬里或复合衬里中的防渗层。 橡胶分天然橡胶和合成橡胶两类。天然橡胶的化学稳定性好，可耐一般非氧化性强酸、有机酸、碱溶液和盐溶液腐蚀，但在强氧化性酸和芳香族化合物中不稳定；合成橡胶有十几个品种，其中氯丁橡胶、丁苯橡胶、氟橡胶、丁基橡胶等在化工防腐中较为常见。 橡胶垫片 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第二节 常用材料的耐腐蚀特性 二、非金属材料的耐腐蚀性 常用的非金属材料可分为无机材料（陶瓷、搪瓷、玻璃 等）和有机材料（塑料、涂料、橡胶等） （六）涂料 化工厂的设备、管道、厂房经常遭到工业大气或腐蚀性介质的腐蚀。采用涂料覆盖层保护是最经济和有效的方法。 涂料由液体部分、固体部分和辅助部分组成。液体部分有成膜物质和溶剂，成膜物质是油料或树脂在有机溶剂中的溶液，它将填料、颜料粘结在一起，形成能牢固附着在物体表面的漆膜；溶剂是一些挥发性的液体，它能稀释或溶解树脂或油料，使之便于施工。固体部分有填料和颜料，填料用以提高漆膜的机械强度、耐蚀性、耐热性、降低膨胀系数及收缩率，颜料使漆膜有一定遮盖力和色彩。辅助部分有固化剂和增塑剂。常用的涂料有生漆、过氯乙烯漆、酚醛清漆、环氧树脂漆及沥青漆等。 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第三节 化工设备的防腐 一、影响金属腐蚀的因素 1、材料因素 不同的金属耐蚀性不同；其微量元素含量的不同耐蚀性不同；金属表面粗糙度对腐蚀影响较大；金属内部应力也会增加局部腐蚀；不适当的热处理会增加晶间腐蚀；电偶效应也会促使腐蚀加快。 2、环境因素 1）、溶液PH值 对钝化金属而言，一般随PH值的增加更易钝化。 2）、温度 一般来说，腐蚀的反应速度随温度的上升而增加。 3）、流速 一般随流速的增大而腐蚀速度增大。 4）、溶解盐与阴、阳离子 溶于水中的盐类对金属腐蚀过程的影响比较复杂。某些盐类水解后，使溶液的pH值发生变化，进而对腐蚀过程产生影响；某些盐类的阴、阳离子对腐蚀有特殊作用，含有卤素的阳离子氧化剂如 、 等，几乎能使大多数金属结构材料的腐蚀速度增加。 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第三节 化工设备的防腐 一、影响金属腐蚀的因素 3、设备结构对金属腐蚀的影响 1）、力学因素 应力腐蚀破裂、腐蚀疲劳及磨损腐蚀等都是与力有关的，这些腐蚀分别在拉应力、交变应力、剪切应力作用下，材料与介质作用发生腐蚀破坏，因此任何减小或改变应力方向的措施都可以有效地防止上述腐蚀的发生。如图7-2表示设计中应避免尖角产生应力集中。 2）、表面状态与几何因素 不适当的表面状态与几何结构会引起点蚀、缝隙腐蚀以及浓差电池腐蚀等，也会增加残余应力，发生应力腐蚀破裂等。如材料表面划痕或焊接时表面引弧将促进点蚀的发生；焊后产生的残余应力与相应的介质的互相作用下会出现应力腐蚀破裂。 3）、异金属组合因素 在系统或设备中，不同的金属同时处于电解质溶液中，活波的金属会首先腐蚀。 4）、排污孔设计不合理 当化工生产设备停车时，如排污孔不能将液体及沉积物排净，则将滞留在设备内，则容易引起腐蚀。 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第三节 化工设备的防腐 二、常用化工防腐蚀方法 1、金属保护层 常见的金属保护层有电镀、化学镀、喷镀、热镀和衬里等。金属保护层是用耐蚀性强的金属或合金覆盖于耐蚀性能弱的合金或金属上。金属保护层除具有较好的耐蚀性外，主要能节约大量贵重金属和合金，而且不同的覆盖层具有不同的耐蚀性，能够满足不同的工艺要求，在石油、化工防腐工程中得到一定的应用。但施工较复杂、质量不易保证，使其应用受到一定的限制。 也可用“磷化”、“发蓝”、“钝化”等方法形成覆盖层保护膜。 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第三节 化工设备的防腐 二、常用化工防腐蚀方法 2、非金属保护层 在金属设备的表面覆上一层有机或无机的非金属材料进行保护是化工防腐的重要手段之一。根据腐蚀的环境不同，可以覆盖不同种类、不同厚度的耐蚀非金属材料，以得到良好的防护效果。 1）、涂料覆盖层 采用涂料覆盖层施工简便，适应性广，在一般情况下涂层的修理和重涂都比较容易，成本和施工费用也较低，因此在防腐工程中应用广泛，是一种不可缺少的防腐措施。涂层防腐不单用于设备的外表面，而且在设备内也得到了成功的使用，如尿素造粒塔的内壁涂层防腐，油罐、氨水贮罐内的涂层防腐等都收到了很好的使用效果。但涂层一般都比较薄，较难形成无孔的涂膜，且机械性能一般较差，因而在强腐蚀介质、冲刷、冲击、高温等场合，涂层易受破坏而脱落，故在苛刻的条件下应用受到一定的限制。目前主要用于设备、管道、建筑物的外壁和一些静止设备的内壁等方面的保护。 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 第三节 化工设备的防腐 二、常用化工防腐蚀方法 3、电化学保护 根据金属电化学腐蚀理论，将处于电解质溶液中的某些金属的电位降低，可以使金属难于失去电子，从而大大降低金属的腐蚀速度，甚至可使腐蚀完全停止。也可以将金属的电位提高，使金属钝化，人为地使金属表面形成致密的氧化膜，降低金属的腐蚀速度。这种通过改变金属电解质溶液的电极电位从而控制金属腐蚀地方法称为电化学保护。 4、缓蚀剂保护 在腐蚀环境中，通过添加少量能阻止或减缓金属腐蚀的物质使金属得到保护的方法，称为缓蚀剂保护。应用缓蚀剂保护具有投资少、收效快，使用方便等特点，广泛应用于石油、化工、钢铁、机械、动力、运输等部门。但缓蚀剂的应用有一定的局限性，缓蚀剂有极强的针对性，如对某种介质和金属具有较好效果的缓蚀剂，对另一种介质或金属就不一定有效。同时缓蚀剂只能用在封闭和循环的体系中，且不适宜在高温下使用。 第七章化工设备的腐蚀与防护 2024/11/25 目标与要求 概述 常用材料的耐腐蚀特性 思考与练习 化工设备的防腐 思 考 题 1、化工设备防腐的意义是什么？ 2、腐蚀有哪几种类型？ 3、金属均匀腐蚀速度的评定标准？ 4、影响金属腐蚀的因素有哪些？ 5、什么是缓蚀剂保护？ 6、有哪几种非金属保护防腐措施，各有什么特点？ $$