国内外化工防腐蚀技术进展

2019-10-21 00:49:28 changyuan 27
国内外化工防腐蚀技术进展

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化学工业是国民经济的重要支柱产业之一, 化工生产中的腐蚀危害居所有行业之首, 其腐蚀损失是巨大的, 但若充分应用现有的防腐蚀技术和腐蚀科学知识, 腐蚀损失至少可以减少25%。本文从耐腐蚀材料的开发和应用、表面防腐蚀技术、缓蚀剂、电化学保护等方面介绍国内外化工防腐蚀技术的进展情况。


腐蚀虽然是不可避免的, 但腐蚀是可以控制和尽可能减缓的。据统计, 如果充分利用现有的防腐蚀技术,腐蚀损失可以减少20%乃至25%。为了控制腐蚀的产生, 防腐蚀科技工作者经过不懈的努力,在实践中逐渐开发了许多新的耐蚀材料和防腐蚀技术。


一 耐蚀材料的开发应用


耐蚀材料的开发研究是防腐蚀技术进步的突破口, 人类各个时期的技术进步无不与其息息相关。耐蚀材料主要分为金属材料、高分子材料、无机非金属材料。其中金属材料仍是结构材料的主体。


高性能耐蚀金属材料


金属及合金材料是结构材料中的主体, 其中钢铁占据主要地位,但是,钢铁的耐蚀性能具有局限性。具有高性能的合金及有色金属材料的开发和应用发展迅速,在一定程度上解决了局部腐蚀及特殊环境下的腐蚀问题。


01 含钼高的耐蚀合金


20cb一3 合金耐蚀性能好,镍含量高达33%,能抗应力腐蚀。但这种钢含钼量低,在高浓度的氯化物介质中容易产生孔蚀和缝隙腐蚀。因此, 在20cb一3中加人更多的钼,发展成了含钼高的20号合金,已近似于镍基合金,用它制造氯化物条件下使用的换热器时, 可与钛相媲美。


02 双相不锈


可以通过控制铁素体一奥氏体双相不锈钢化学成分与热处理工艺,使之既具有奥氏体不锈钢的优良韧性和可焊接性, 又具有铁素体不锈钢的高强度、抗氯离子应力腐蚀的性能


03 高纯铁素体不锈钢


高纯铁素体不锈钢含铬量为13%一30%,含碳量低于0.25%,有些牌号还含钛、铝和铌等元素, 这类钢一般不含镍, 较铬一镍不锈钢价格低廉。它耐有机酸、还原性酸及氧化与还原性混酸, 具有抗氯化物孔蚀和缝隙腐蚀性能。


04 镍基合金


为进一步提高镍材料的耐蚀性能,在镍基合金中主要加人钼、铬、铜和铁等合金元素。在化学工业许多苛刻的腐蚀环境中,镍基合金常作为重要的结构材料广泛应用。常用的耐蚀镍基合金为哈氏合金、因科尼尔合金及蒙及尔合金,这类合金具有优异的耐浓硫酸、盐酸和浓碱的性育挂。


05 低合金钢


低合金钢是指合金元素小于3% 的碳钢, 因其成本低、综合性能好, 从而引起广泛的重视, 如16Mn 、16MnCu 具有良好的抗大气、抗海水腐蚀性能。


06 钛及钛合金


钛及钛合金钦材自30 多年前开始工业化应用以来, 由于它具有优异的耐蚀性能和良好的机械加工性能。在化学工业中应用日益广泛。


2 耐蚀非金属材料


目前国内外耐蚀非金属材料在化工生产中应用非常广泛。非金属材料具有优良的耐蚀性能, 而机械性能可以通过增强等途径来弥补, 在某些领域已有发展为取代钢材的趋势。


01 耐蚀塑料


耐蚀塑料分为热塑性和热固性两大类。热塑性塑料中,聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯的应用占主流; 氟塑料、氯化聚醚、聚苯硫醚等工程塑料具有优异的耐蚀性能, 应用日益广泛, 尤其以氟树脂应用面最广, 增长速度也最快。


02 玻璃钢


玻璃钢即纤维增强高分子材料。国外化工用玻璃钢树脂大多采用间苯二酸聚醋, 部分采用环氧和双酚A, 乙烯基树脂的应用也在逐年增加。国内主要为聚醋、环氧、酚醛等树脂, 其中聚醋玻璃钢占总产量的80 %耐蚀玻璃钢制品主要有贮罐、槽车、风机、管道等。


03 石墨


石墨材料是以其优异的导热性能和耐蚀性能而发展起来的, 石墨制化工设备促进了氯碱工业的发展, 主要用于制强腐蚀介质的换热设备。


04 搪玻璃


化学工业是搪玻璃设备的使用大户之一。主要的搪玻璃产品有反应釜、贮槽、换热器、搅拌器、套管等。


05 工程陶瓷


近年来, 世界工程陶瓷发展较快, 在化工装备中常用的精细陶瓷材料就是采用高纯度的人造原料, 通过控制原料的组成和材料的细微组织而制成的一种烧结体。陶瓷材料具有优异的化学稳定性, 除了对氢氟酸及高浓度的碱以外, 几乎对所有的化学品都具有优异的耐蚀性能。


二 表面防蚀技术


在现有的防腐蚀手段中, 表面耐蚀涂层和金属表面技术的费用占所有防腐蚀费用的87 % 左右。采取正确的表面防蚀技术是提高设备使用寿命、减少维修费用以及提高设备管理水平必不可少的途径。


耐蚀涂料


耐蚀涂料的开发一直是人们关注的研究领域,其发展方向为: 开发新型耐油及耐溶剂涂料; 开发耐高温涂料,总之, 耐蚀涂料沿着长效、厚膜、适应苛刻腐蚀环境、低溶剂、高固分、施工简便的方向发展。


01 富锌涂料


富锌涂料有无机基和有机基两类, 多数情况下配合其他涂料作为底漆使用。有机富锌底漆中, 环氧富锌漆的附着力强、防蚀效果好。


02 重防腐涂料


重防腐涂料通常指脂涂膜厚为300一1000μm, 在苛刻环境下寿命达5一10 年的涂料。


03 耐高温涂料


石化工业中设备使用温度为100一200 ℃ , 而且遭受强腐蚀气体的侵蚀, 因此,开发耐300℃以下的耐热耐蚀涂料非常必要。


04 陶瓷类涂料


由于陶瓷耐蚀性能优异, 可用陶瓷粉末做颜料。


05 带锈涂装涂料


开发带锈涂装涂料的目的旨在减少涂装前表面处理的费用。值得注意的是,虽然这类涂料预处理简单, 施工方便, 但仅适用于不重要且腐蚀不严重的部位。


06 氟树脂涂料


氟树脂涂料是以氟树脂为成膜物质, 再添加颜料和各种填充剂而制成一类涂料。氟涂料是一种很有发展前途的防腐蚀手段。


衬里技术及复合管道


衬里技术利用强度高的材料( 如碳钢、玻璃钢、铸铁等)作结构材料, 用耐蚀性能优异的材料作衬里层。衬里技术分紧衬、松衬等, 国外重点发展紧衬技术。衬里技术常用于化工设备、管道等。


其他表面工程技术


表面保护防腐蚀技术近几十年的发展十分显著。腐蚀环境及服役环境对材料日趋严格的要求又推动了表面保护技术的不断进步。


01 电镀、化学镀


电在化工防腐蚀应用中, 电镀主要有镀铬、镀锌和镀镍。要求耐磨的场合如轴承, 可采用镀铬; 要求耐腐蚀的产品可采用镀镍。镀锌和锌合金( 如锌铁合金和锌镍合金) 的防腐蚀产品, 主要在海洋、湿热环境使用。


02 喷涂


喷涂是利用火焰、等离子、电弧喷涂,在材料和产品上获得金属、合金、无机、有机耐蚀耐磨表面层的一种工艺技术。


03 化学热处理


化学热处理特别是渗铝、渗铬, 近十多年在化工机械防腐蚀上已有大量应用。渗铝钢及配套的焊接材料与焊接技术在大化肥设备、硫酸生产设备、炼油设备上有相当大的应用面。粉末渗锌因其在同样厚度下具有更长的耐蚀寿命, 且在节材、不改变加工部件的强度与尺寸( 变化甚小), 在提高抗大气腐蚀与海水腐蚀环境下的材料寿命方面具有较广阔的应用前景。


04 磷化


磷化作为涂装的一个重要前处理过程, 已有多年的应用。近十多年来, 碱金属三元系低温或常温磷化使磷化技术产生质的进步。就磷化膜本身而言, 它的耐蚀性是不高的, 但磷化膜与其他涂膜( 如漆膜等) 组成的复合涂层对基体金属却具有十分良好的防护作用, 因此它在化工防腐中应用也日益广泛。


05 铝合金阳极氧化


铝合金阳极氧化是近几十年产生的新技术,20 世纪80 年代始我国铝合金型材的高速发展推动这一技术迅速成熟。铝合金阳极氧化提高了耐腐蚀性能及耐磨性能,在化工中所用铝合金制的冷却管、塔盘等设备部件通常经阳极氧化处理, 明显提高其使用寿命。


三 缓蚀剂


缓蚀剂是一种在很低浓度下, 能使金属在腐蚀J胜介质中的腐蚀速度大大降低的物质。这种物质可以是一种化合物或几种化合物组成的复合物质。


工业冷却水系统用的缓蚀剂


化工生产过程中, 工业冷却水用量很大, 且由于曝气而在冷却水中溶人了大量的溶解氧, 导致设备腐蚀较为严重。由于腐蚀也使水质变坏, 耗费大量宝贵的水资源, 可见采用缓蚀剂防腐蚀具有重要的经济效益和社会效益。


01 敞开式循环冷却系统


敞开式循环冷却系统用的缓蚀剂敞开式循环冷却水系统是指将进行过热交换的水用冷水塔等设备, 通过敞开式蒸发而得到冷却后再循环使用的系统。


该系统的水经常处于氧饱和状态, 水中Cl-、SO42-随着循环而增大浓度、加上温度为30-50℃ ,又有一定的流速, 对腐蚀速度影响较大。在系统中加人缓蚀剂既方便也经济常用的无机缓蚀剂有铬酸钠、硫酸锌、聚磷酸钠、硅酸钠、钥酸钠等。常用的有机缓蚀剂有琉基苯并唾哩(MBT )、苯并三氮哇( BTA )、氨基三甲叉磷酸( ATMP )、轻基乙叉二磷酸( HEDP )、乙二胺四甲叉磷酸(EDMTP) 等。


02 密闭式循环冷却水系统用缓蚀剂


密闭式循环冷却水系统是冷却水不与大气直接接触, 而在一个密闭系统内反复循环利用, 循环水量损失很小的一种循环水冷却系统。该系统可使用纯度较高的水, 如冷凝水、除盐水或高纯水。在这些水中要加人缓蚀剂防止水对设备的腐蚀破坏。常用的缓蚀剂有亚硝酸盐一硼砂、亚硝酸盐一硅酸盐一苯并三氮哇、铝酸盐一亚硝酸盐一苯并三氮哩等复配型药剂。


化学清洗用的缓蚀剂


化工设备、管线、锅炉等由于受到化学、物理或生物的作用, 其表面会出现污垢( 如水垢、锈垢、油垢和生物垢等), 用化学的方法去除这些污垢而使之恢复到原来的表面状况的过程称为化学清洗。


由于酸洗缓蚀剂品种很多, 到20世纪80年代中期就已超过5000种, 因此, 酸洗化工生产设备时, 要根据不同的污垢类型来选择酸洗剂及最适宜的缓蚀剂, 具体的选择方法可参看有关的手册和资料。


四 电化学保护


电化学保护是指利用外部电流使金属(包括合金)腐蚀电位发生改变以降低其腐蚀速率的防腐蚀技术。电化学保护可分为阴极保护和阳极保护。


01 阴极保护


阴极保护是在被保护金属表面上通人足够的阴极电流, 使之电位变负, 并且使阳极溶解速度减小。这种保护方法又分为牺牲阳极法阴极保护和外加电流法阴极保护两种。前者是靠电位较负的金属( 例如锌合金、铝合金等) 的溶解来提供保护所需的电流。而后者则靠外部的电源来提供所需的保护电流。阴极保护通常与涂料保护联合使用。表1 列举了阴极保护在部分化工设备中的应用实例。


表1 阴极保护在化工设备中的应用实例

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02 阳极保护方法


阳极保护是将被保护金属设备与外加直流电源的正极相连, 在给定的电解质溶质溶液中使金属阳极极化至钝态而得到保护的一种防腐蚀方法。阳极保护的主要技术参数是致钝电流密度、维钝电流密度和稳定钝化区电位范围度和稳定钝化区电位范围阳极保护和涂料或缓蚀剂联合防腐的方法称为联合保护法。


表2 列出一些国内外阳极保护应用实例

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