压力容器内壁的腐蚀与保护

huanghong · 发表于 2021-1-12 09:45:49

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容器腐蚀
由于操作条件的不同，压力容器将会产生诸如全面腐蚀、局部腐蚀等各种各样的金属腐蚀，严重影响其在实际工作中的安全状态。
金属腐蚀会导致压力容器的失效和破坏。甚至会引发爆炸事故，造成人员伤亡和财产损失。因此研究压力容器在石油化工生产中的腐蚀和防护显得尤为重要。
腐蚀的种类及特点
由于金属腐蚀的现象与腐蚀机理是比较复杂的，因此金属腐蚀的分类方法也是多种多样的，—般可按金属腐蚀过程的历程、温度和破坏形式分为三大分类体系。但是它们往往是互相联系的。
根据腐蚀的历程分类
根据腐蚀过程的历程特点，可将金属腐蚀分为化学腐蚀与电化学腐蚀两类。具体的金属材料是按哪一种机理进行腐蚀，主要取决于金属所接触的介质种类。
化学腐蚀
化学腐蚀是指金属表面与非电解质介质直接发生纯化学反应而引起的破坏，其腐蚀的特点是在反应过程中没有电流产生。化学腐蚀又分为：
a气体腐蚀：金属在干燥空气中(表面没有湿气冷凝)或高温气体作用下的腐蚀。
b金属在非电解质
溶液中的腐蚀金属在不导电的液体中发生的腐蚀。
电化学腐蚀
电化学腐蚀是指金属表面与电解质溶液发生电化学反应而引起的破坏，其腐蚀的特点在反应过程中有电流产生。电化学腐蚀服从电化学动力学的基本规律。
电化学腐蚀是最普通、最常见的腐蚀形式。例如金属在各种电解质溶液中的腐蚀，以及化工、冶金生产中金属结构在绝大多数介质中的腐蚀均属于电化学腐蚀。
根据腐蚀的温度分类
金属在相同的环境介质条件下，由于环境温度不同，其腐蚀反应类型和腐蚀速度也大不相同，通常高温环境能加速腐蚀的过程。根据腐蚀环境温度，可把金属腐蚀分为两大类，常温腐蚀与高温腐蚀。
常温腐蚀
常温腐蚀是指在常温条件下，金属与环境介质发生化学或电化学反应引起的破坏。常温腐蚀到处可见，金属在干燥的大气中腐蚀是一种化学反应，金属在潮湿大气或常温下的酸、碱、盐等化工产品中的腐蚀，则是一种电化学反应的破坏(也可称为湿腐蚀)。
高温腐蚀
高温腐蚀是指在高温条件下，金属与环境介质发生化学或电化学反应引起的破坏。通常，在腐蚀过程中把温度超过100℃的腐蚀规定为高温腐蚀范畴。如金属在高温下混合气体中的腐蚀(也可称为干腐蚀)，液态金属腐蚀，熔盐腐蚀等都属于高温腐蚀。
根据腐蚀的破坏式分类
金属腐蚀通常是从金属表面开始的，然后逐渐往金属内部发展使金属的外形或内部结构遭到破坏。因此，根据金属腐蚀破坏形态的基本特征，可将金属腐蚀分为全面腐蚀、局部腐蚀和应力与环境介质共同作用下的腐蚀。
全面腐蚀是指腐蚀作用遍布整个金属表面上和连成一片的腐蚀破坏。根据金属表面各部分金属腐蚀速度是否相同，全面腐蚀又可分为均匀腐蚀和不均匀腐蚀。局部腐蚀是指腐蚀作用仅局限在金属表面的某一区域，而表面的其他部分几乎未被破坏。
从腐蚀形态的性质上看，局部腐蚀比全面腐蚀有更大的危害性，而且更难以预测。这是由于无法或难以估计其腐蚀速度，常常引起设备、机器、工具等意外或过早的损坏，甚至造成灾难性的事故。
预防腐蚀
根据压力容器不同的用途和所处的介质、温度和压力情况，在压力容器的制作过程中，选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。
涂层保护
从腐蚀角度保护金属材料最简单易行的方法是将材料与腐蚀环境隔离。例如有机涂料、无机物的搪瓷等涂覆金属表面以使材料与腐蚀环境隔绝。
大致有三种主要的阻挡层或复合阻挡层：惰性的或基本上是惰性的，缓蚀的，以及牺牲性的。目前常用的涂层有氧化物涂层、铬酸盐涂层、无机涂层、有机涂层、金属镀层、复合涂层等。
涂层防腐的优点工艺简单，适应性广，费用低，资源丰富，操作方便，金属消耗少，适用于各种结构，缺点是维护周期短，维护劳动量大。
电化学保护
电化学保护防腐的优点是保护期适中，设备少而保护面积大，且效果很好，缺点是水线部位效果差，耗用一定电能(金属)，适用于水下保护。
金属镀层
用电镀法在金属的表面涂一层别的金属或合金作为保护层。电镀是借助于电解作用，在金属制件表面上沉积一一薄层其他金属的方法。
包括镀前处理(除油、去锈)、镀上金属层和镀后处理(钝化、去氧)等过程。电解时，将金属制件作为阴极，所镀金属作为阳极，浸入含有镀层成分的电解液中，并通入直流电，经过一段时间即得沉积镀层。
电镀防腐的优点是保护周期长，维护工作量小，适用于面积不大及环境恶劣、维护困难的结构，缺点是工艺复杂，投资较大，要有专用设备。
阳极保护
它是指用阳极极化的方法使金属钝化，并用微弱电流维持钝化状态，从而保护金属。具体实施时，可把准备保护的金属器件作阳极，以石墨为阴极，通入大小—定的电流密度，并使阳极电位维持在钝化区间，这样金属器件就得到了保护。
化学工业主要利用金属或各种合金制作反应器和油罐。因此，阳极保护法在化工生产中的应用十分广泛。
阴极保护
它是使金属体阴极极化以保护其在电解质中免遭腐蚀的方法。若阴极电势足够负，金属就可以不氧化(溶解)，即达到完全的保护。阴极极化可用两种办法实现：
a.外加电流法：在电解质中加入辅助电极，连接外电源正极，而将需要保护的金属基体连接外电源负极，然后调节所施加的电流，使金属达到保护所需的阴极电势。更多的是用大功率恒电势仪控制被保护金属的电势。
b.牺牲阳极法：在金属基体附加更活泼的金属，在电解质中构成短路的原电池，金属基体成为阴极。而活泼金属则成为阳极，并不断被氧化或溶解掉。
缓蚀剂保护
加入到一定介质中能明显抑制金属腐蚀的少量物质称为缓蚀剂。缓蚀剂的防蚀机理可分为促进钝化、形成沉淀膜、形成吸附膜等。
钝化促进型的缓蚀剂有铬酸盐、亚硝酸盐，由于它们有强的氧化能力，促进钢铁材料钝化。
形成沉淀膜的典型缓蚀剂有聚磷酸盐、聚硅酸盐、有机磷酸盐等，它们与腐蚀生成物或环境中存在的Ca2+、Mg2+等离子形成沉淀膜，而抑制腐蚀。
形成吸附膜的缓蚀剂多数是有机物，物理吸附或化学吸附在金属表面形成单分子层或多分子层吸附膜，将金属表面与腐蚀环境隔开。
缓蚀剂防腐的优点是可以有效的降低甚至消除腐蚀，防止脆裂脆断事故的发生，避免产品污染，防止传热损失，缺点是技术要求高且不成熟，缺乏规范性和可比性。