史上最全的設(shè)備防腐蝕辦法

      防腐蝕的方法總的來說可以分為兩大類：一是正確地選擇防腐蝕材料和其他防腐蝕措施；二是選擇合理的工藝操作及設(shè)備結(jié)構(gòu)。嚴(yán)格遵守化工生產(chǎn)的工藝規(guī)程，可以消除不應(yīng)當(dāng)發(fā)生的腐蝕現(xiàn)象，而即使采用良好的耐腐蝕材料，在操作工藝上不腐蝕規(guī)程，也會(huì)引起嚴(yán)重的腐蝕。目前，化工生產(chǎn)中常用的防腐蝕方法有以下幾種。

      了解不同材料的耐蝕性能，正確地、合理地選擇防腐蝕材料是最行之有效的方法。眾所周知，材料的品種很多，不同材料在不同環(huán)境中的腐蝕速度也不同，選材人員應(yīng)當(dāng)針對(duì)某一特定環(huán)境選擇腐蝕率低、價(jià)格較便宜、物理力學(xué)性能等滿足設(shè)計(jì)要求的材料，以便設(shè)備獲得經(jīng)濟(jì)、合理的使用壽命。

      如果能消除環(huán)境中引起腐蝕的各種因素，腐蝕就會(huì)終止或減緩，但是多數(shù)環(huán)境是無法控制的，如大氣和土壤中的水分，海水中的氧等都不可能除去，且化工生產(chǎn)流程也不可能隨意更改。但是有些局部環(huán)境是可以被調(diào)整的，如鍋爐進(jìn)水先去除氧（加入脫氧劑亞硫酸鈉和肼等），可保護(hù)鍋爐免遭腐蝕；又如空氣進(jìn)入密閉的倉庫前先出去水分，也可避免貯存的金屬部件生銹；為了防止冷卻水對(duì)換熱器和其他設(shè)備造成結(jié)垢和穿孔，可在水中加入堿或酸以調(diào)節(jié)PH值至最佳范圍（接近中性）；煉油工藝中常加堿或氨使生產(chǎn)流體保持中性或堿性。溫度過高時(shí)，可在器壁冷卻降溫，或在設(shè)備內(nèi)壁砌襯耐火磚隔熱，等。這些都是改變環(huán)境且不影響產(chǎn)品和工藝的前提下采用的方法，在允許的前提下，建議工藝中選用緩和的介質(zhì)代替強(qiáng)腐蝕介質(zhì)。

      通常，在腐蝕環(huán)境中加入少量緩蝕劑就可以大大減緩金屬的腐蝕，我們一般將它分為無機(jī)、有機(jī)和氣相緩蝕劑三類，其緩蝕機(jī)理也各不相同。

      有些緩蝕劑會(huì)使陽極過程變慢，稱之為陽極型緩蝕劑，它包括促進(jìn)陽極鈍化的氧化劑（鉻酸鹽、亞硝酸鹽、鐵離子等）或陽極成膜劑（堿、磷酸鹽、硅酸鹽、苯甲酸鹽等），它們主要在陽極區(qū)域反應(yīng)，促進(jìn)陽極極化。一般陽極緩蝕劑會(huì)在陽極表面生成保護(hù)膜，這種情況下的緩蝕效果較好，但也存在一定風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槿绻麆┝坎怀渥?，?huì)造成保護(hù)膜不完整，膜缺陷處暴露的裸金屬面積小，陽極電流密度大，更容易發(fā)生穿孔。另一類緩蝕劑是在陰極反應(yīng)，如鈣離子、鋅離子、鎂離子、銅離子、錳離子等與陰極產(chǎn)生氫氧根離子，形成不溶性的氫氧化物，以厚膜形態(tài)覆蓋在陰極表面，因而阻滯氧擴(kuò)散到陰極，增大濃差極化。除此之外，也有同時(shí)阻滯陽極和陰極的混合型緩蝕劑，但加入量一般都需要先通過試驗(yàn)才可確定。

      有機(jī)緩蝕劑是吸附型的，吸附在金屬表面，形成幾個(gè)分子厚的不可視膜，可同時(shí)阻滯陽極和陰極反應(yīng)，但對(duì)二者的影響力稍有不同。常用無機(jī)緩蝕劑有含氮、含硫、含氧及含磷的有機(jī)化合物，其吸附類型隨有機(jī)物分子構(gòu)型的不同可分為靜電吸附、化學(xué)吸附及π鍵（不定位電子）吸附。有機(jī)緩蝕劑的發(fā)展很快，用途十分廣泛，但是使用它同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生一些缺點(diǎn)，如污染產(chǎn)品，特別是食品類，緩蝕劑可能對(duì)生產(chǎn)流程的這一部分有利，但進(jìn)入另一部分則變?yōu)橛泻ξ镔|(zhì)，也有可能會(huì)阻抑需要的反應(yīng)，如酸洗時(shí)使去膜速度過緩，等。

      這類緩蝕劑是揮發(fā)性很高的物質(zhì)，含有緩蝕基團(tuán)，一般用來保護(hù)貯藏和運(yùn)輸中的金屬零部件，以固體形態(tài)應(yīng)用居多。它的蒸汽被大氣中的水分解出有效的緩蝕基團(tuán)，吸附在金屬表面，達(dá)到減緩腐蝕的目的。另外，它也是一種吸附性緩蝕劑，被保護(hù)的金屬表面不需要除銹處理。

      陰極保護(hù)是依靠外加直流電流或犧牲陽極，使被保護(hù)金屬成為陰極，從而減輕或消除金屬的腐蝕的方法。因?yàn)樵趹?yīng)用陰極保護(hù)之前，大多數(shù)產(chǎn)生腐蝕的金屬結(jié)構(gòu)上都存在著陰極區(qū)和陽極區(qū)，如果能把所有的陽極區(qū)都變成陰極區(qū)，整個(gè)金屬構(gòu)件變成陰極，也就達(dá)到了消除腐蝕的目的。對(duì)于一個(gè)具體的工程，在選擇陰極保護(hù)系統(tǒng)之前，應(yīng)考慮的問題很多：

      進(jìn)行陰極保護(hù)，必須知道所需的總電流。這可用臨時(shí)的試驗(yàn)裝置來測(cè)定電流的需要量。若所需要的保護(hù)電流不大（小于1.5~2A），最好選用犧牲陽極保護(hù)，如果所需保護(hù)電流較大，采用外加電流保護(hù)比較經(jīng)濟(jì)。

      在透氣性較差的土壤中，金屬相對(duì)容易極化，若在氧容易到達(dá)結(jié)構(gòu)表面的土壤中，結(jié)構(gòu)要極化需要較大的電流。另外，土壤電阻率最低的地方是最適合于安裝四聲陽極或外加電流系統(tǒng)的陽極。水的運(yùn)動(dòng)有顯著的作用，若水靜止，保護(hù)電流可取較小值。相反，湍流的水能沖刷結(jié)構(gòu)表面，因此需要極強(qiáng)的機(jī)械去極化作用。

      對(duì)間距小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且進(jìn)行陰極保護(hù)的構(gòu)件，很容易發(fā)生電的屏蔽作用。從遠(yuǎn)處陰極保護(hù)電源來的電流，很容易被外層構(gòu)件所吸收，只有少量電流能達(dá)到內(nèi)層構(gòu)件中，于是外層構(gòu)件就形成了一種電的屏蔽。此時(shí)，陰極的數(shù)量和配置應(yīng)盡量做到與被保護(hù)結(jié)構(gòu)的各部位距離大致相等，使電流的分散更加均勻。

      使用陰極保護(hù)時(shí)，應(yīng)考慮陰極保護(hù)在經(jīng)濟(jì)上是否合算。如果陰極保護(hù)是解決腐蝕問題的經(jīng)濟(jì)辦法，那么選擇的陰極保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)該是成本最低的，且其中需要考慮設(shè)計(jì)和安裝成本、電源成本以及系統(tǒng)維護(hù)的成本。

      設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該知道被保護(hù)結(jié)構(gòu)預(yù)期的使用期限。在實(shí)際應(yīng)用陰極保護(hù)的地方，應(yīng)該使陰極保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)壽命與被保護(hù)結(jié)構(gòu)的壽命相同，壽命過低，保護(hù)效果不好，過高會(huì)增加成本，造成浪費(fèi)。

      在設(shè)計(jì)陰極保護(hù)系統(tǒng)之前，必須了解該地區(qū)是否有雜散電流。它主要來自電氣化鐵路、采礦機(jī)械、電焊等直流電源。雜散電流使被保護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很快的腐蝕，通常比其他環(huán)境因素引起的腐蝕更加嚴(yán)重。因此，在設(shè)計(jì)陰極保護(hù)時(shí)，應(yīng)該很好地選擇陽極系統(tǒng)的位置，盡量避開雜散電流。

      溫度會(huì)改變介質(zhì)的電阻，由于土壤和水的電阻通常是隨著溫度的升高而降低的。熱帶海水電阻比寒冷地區(qū)的同樣海水的電阻低很多就是這個(gè)原理。

      適合做犧牲陽極的材料有鋁、鎂、鋅。陽極材料可以澆鑄成多種不同形狀的犧牲陽極，以滿足陰極保護(hù)設(shè)計(jì)的需要。

      用于外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽極，最好在輸出電流時(shí)有一個(gè)符合實(shí)際的最低的腐蝕率。廢鋼管、棒及類似的廢鋼材料都可以用作外加電流保護(hù)系統(tǒng)的陽極，雖然消耗較多，但來源十分廣泛?？傊?，陰極保護(hù)比較適宜于腐蝕性不太強(qiáng)的介質(zhì)，如海水、土壤、中性鹽溶液等，在強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中，由于電能與護(hù)屏材料消耗太大，一般不采用。

      以設(shè)備作為陽極，從外部通入電流，一般將加速腐蝕，且腐蝕電流隨陽極極化而增大。但對(duì)可以鈍化的金屬則會(huì)出現(xiàn)另一種情況，當(dāng)電位隨電流上升，達(dá)到致鈍電位后，腐蝕電流急速下降，甚至可下降幾萬倍，以后隨電位上升，電流不變，直到鈍區(qū)為止。利用這個(gè)原理，以需要保護(hù)的設(shè)備為陽極，導(dǎo)入電流，使電位保持在鈍化區(qū)的中段，腐蝕率可保持很低值，通入的電流就表示設(shè)備的腐蝕速度。

      在基體金屬中加入能促進(jìn)鈍化的合金成分，當(dāng)加入量達(dá)到一定比例后，便得到耐蝕性優(yōu)良的材料。如鐵中加入12%以上的鉻，就稱為不銹鋼；鉻鋼中加入鎳，可擴(kuò)大鈍化范圍，還可提高機(jī)械性能；又如鐵中加入14%硅，就得到耐酸性優(yōu)良的高硅鐵，等等。另外在某些活性金屬中加入微量超電壓低的陰極貴金屬，可以促進(jìn)鈍化。如不銹鋼和鈦在某些濃度和溫度的硫酸中是活性的，如在基體金屬中加0.1~0.15%的鈀或鉑，將在合金表面分布成為眾多的微陰極，促進(jìn)局部腐蝕電池的運(yùn)轉(zhuǎn)，陰極電流很快增大，迅速達(dá)到鈍化區(qū)，使金屬耐蝕性增強(qiáng)。

      金屬在接觸使用環(huán)境前先用鈍化劑或成膜劑處理，表面生成穩(wěn)定密實(shí)的鈍化膜，抗蝕性大大增加。它與緩蝕劑方法不同之處，在于它在以后的使用環(huán)境中不需要再加入緩蝕劑，鋁經(jīng)過陽極處理，表面可以生成比在大氣中生成的更為密實(shí)的膜，這類膜在溫和的腐蝕環(huán)境中有優(yōu)良的抗蝕能力，鋼鐵部件表面發(fā)藍(lán)也是這個(gè)原理。

      在鋼鐵底層上可用一薄層更耐腐蝕的金屬保護(hù)。常用的方法是電鍍，一般鍍2~3層，只有幾十微米厚，因而不可避免地存在微孔，溶液可滲入微孔，將構(gòu)成鍍層-底層腐蝕電池。鍍層若為貴金屬，其電位比鐵高，將成為陰極，會(huì)加速底層鐵腐蝕。因此，這類鍍層不適于強(qiáng)腐蝕環(huán)境，但可用于大氣、水等環(huán)境，緩慢產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物可將微孔堵塞，電阻增大，獲得一定的使用壽命。若用廉價(jià)的金屬，構(gòu)成腐蝕電池的極性則與上述相反，使鋼得到陰極保護(hù)，可以保持較長的壽命。除了電鍍外，還常用熱浸鍍（熔融浸鍍）、火焰噴鍍、蒸汽鍍和整體金屬薄板包鍍。后者因無微孔，耐蝕性強(qiáng)，壽命更長，但價(jià)格稍高。

      用有機(jī)涂料保護(hù)大氣中的金屬結(jié)構(gòu)，是最廣泛的防腐手段。涂料覆蓋在金屬表面，干后形成多孔薄膜，雖然不能使金屬與介質(zhì)完全隔絕，但增大價(jià)值通過微孔的擴(kuò)散阻力和溶液電阻，使腐蝕電流下降。在緩和的環(huán)境中，如大氣、海水等，微孔底金屬腐蝕緩慢，腐蝕產(chǎn)物可堵塞微孔，有很長的使用壽命，但不適于強(qiáng)腐蝕溶液，因?yàn)榻饘俑g速度較快，并伴隨有氫氣的產(chǎn)生，會(huì)使漆膜破裂。

      襯里一般為整片材料，適用于和強(qiáng)腐蝕介質(zhì)接觸的設(shè)備內(nèi)部。如鹽酸、稀硫酸的貯槽會(huì)用橡膠或塑料襯里，貯存硝酸的鋼槽用不銹鋼薄板作襯里等。搪瓷實(shí)際上是一種玻璃襯里，工業(yè)上稱為搪瓷玻璃，它的耐酸性強(qiáng)，廣用于食品、醫(yī)藥等工業(yè)，可保證產(chǎn)品質(zhì)量，但是不能燒制太大的設(shè)備。