第六章-防腐蚀设计.

1第六章防腐蚀设计一、概述：1、腐蚀：是环境和材料之间的化学和电化学作用过程，因而要考虑材料和环境双重因素。2、腐蚀控制:是指正确采用已有的防腐蚀知识和技术降低腐蚀损失，减少设备运行中的维修经费，延长设备服役寿命。3、防腐蚀设计：是指在腐蚀环境下，为预防腐蚀破坏和损失而进行的机械设备、装置的设计，它包括内容如下：2二、防腐蚀设计内容防腐蚀设计包括：1、选材2、防腐蚀结构设计3、防腐蚀措施选择4、防腐蚀强度设计5、防腐蚀工艺设计3三、选材（一）、正确选材基本原则1、材料的耐蚀性能要求设备或物件满足腐蚀环境根据环境选择材料，所选择材料才能适应环境。（1）铝用于非污染性大气；（2）铜及其合金用于还原性和非氧化性介质；（3）铅用于稀硫酸；（4）不锈钢用于硝酸，但不适于海水等含氯离子环境；（5）普通碳钢用于浓硫酸，但稀硫酸不行；（6）锡用于蒸馏水及食品包装；（7）钛合金海水最好。即根据环境取材42、材料的物理、机械和加工工艺性能要满足设备或零件的设计与加工要求结构材料除具有一定的耐蚀性外，一般还要具有必要的性能（1）机械性能（如强度、硬度、弹性、塑性、冲击韧性、疲劳性能等）；（2）物理性能（如耐热、导电、导热、光、磁及密度、比重等）；（3）工艺性能（如机加工、铸造、焊接性能等）。如泵材要求具有良好的耐蚀性、耐磨性和铸造性；换热器用材要具有良好的耐蚀性和导热性；大型设备用材要有良好的可焊性和抗大气腐蚀性；（如石油井架、火车车厢、桥梁等用耐候钢）53、选材时力求最好的经济效益和社会效益（1）要优先考虑国产、价廉质优、资源丰富的材料；（2）在可以用普通结构材料如钢铁、非金属材料等时，不采用昂贵的贵金属。可以用资源较丰富的铝、石墨、玻璃、铸铁等时，不用不锈钢、铜、铅等。举例：中国石化集团一炼油厂的常压塔顶换热器管束用316L不锈钢制造，两年腐蚀穿孔，后由我们分析是由于管束外经石油的氯离子含量超标，解决方案一是换材料（普通碳钢），都是两年，普碳钢经济，二是改变腐蚀环境，降低石油的氯离子含量，电脱盐更充分。（3）在其他性能相近的情况下，不选用会引起环境污染的材料。61、明确产品工作环境是土壤环境、水（海水）环境、大气环境还是化工腐蚀环境？如是水环境，则：化学因素包括水中杂质组成、pH值、氧含量、可能发生的化学反应等；物理因素包括温度、流速、受热和散热条件、受力种类及大小等。2、查阅权威手册，借鉴失效经验查阅已公开出版的手册、文献等。可供查阅的材料腐蚀性能手册，可仔细查阅腐蚀事故调查报告。（二）、选材时应考虑的因素73、腐蚀试验当资料中所列的腐蚀条件有时与实际使用条件不完全一致时，就必须进行腐蚀试验。腐蚀试验应是接近于实际环境的模拟试验，条件许可时还应进行现场（挂片）试验，甚至实物或应用试验，以便获得更可靠的腐蚀性能数据。4、考虑防腐措施适当的防护。如涂层保护、电化学保护及施加缓蚀剂等，不仅可以降低选材标准，而且有利于延长材料的使用寿命。5、考虑材料的加工性能对耐蚀性的影响材料的加工、焊接后是否可进行热处理，加工之后是否会降低材料的耐蚀性？86、经济性与耐用性采用完全耐蚀的材料并不一定是正确的选择，应在充分估计预期使用寿命的范围内，平衡一次投资与经常性的维修费用、停产损失、废品损失、安全保护费用等。（1）对于长期运行的、停产可造成巨大损失的设备，采用耐蚀优异的材料往往更经济。（2）对于短期运行的设备或易于更换的简单零部件，采用成本较低＋耐蚀性较差的材料较为经济。（3）在海水环境下，廉价材料＋辅助的保护＞昂贵的材料。（4）在苛刻的腐蚀环境中（如化工酸碱盐腐蚀环境下），耐腐蚀优异的材料＞廉价材料＋保护措施。9四、防腐蚀结构设计（一）、合理的结构形式和表面状态1、结构件的形式力求简单形状复杂的构件，往往存在死角、缝隙、接头，这些部位容易积液或积尘，易引起腐蚀；2、无法简化时，构件设计成分体结构，使腐蚀部位易于拆卸和更换；3、构件的表面状态力求致密、光滑，通常光亮的表面比粗糙的表面更耐蚀。10（二）、防止积水或积尘在结构设计时，应尽可能不存在积水或积尘的坑洼11（三）、防止缝隙腐蚀121314（四）、防止电偶腐蚀1、不应把电位序相差过大的金属连接在一起；2、将异种金属相互隔开，防止金属直接接触。例如采用抗老化塑料或橡胶等隔离金属；3、在两种异类金属之间插入第三种金属材料，减少电位差；154、若不能避免异类金属接触时，一定要尽量避免大阴极/小阳极的组合；（a），（b）大阳极，小阴极（好）；（c）小阳极大阴极（不好）165、用防腐有机涂层覆盖接触区及其周围涂覆后由于电流路径加长，电阻增大，导致电偶腐蚀速率显著降低。17（五）、避免温度不均引起的腐蚀加热器的位置导热支架可能引起贮热气体的罐发生凝露腐蚀18（六）、设备和建筑物的位置合理性1、建筑物的位置应选择环境腐蚀较低的位置，如避免海洋大气、工业排水、化工厂有害烟尘的加速腐蚀（a）海洋大气（b）工业污染（c）海流方向192、设备的位置分布应避免其中一部分对另一部分的有害作用20五、防腐蚀措施的选择1、防护层保护：通过在设备表面涂覆保护层而使设备与介质隔开。包括：电镀层、化学镀层、扩散镀层、热浸镀层、热喷涂层、涂料涂层、塑料和橡胶涂层、陶瓷涂层、密封、衬里等。2、电化学保护：电化学保护可分为阴极保护和阳极保护两类。3、改善环境：改善环境就是去除有害的物质，加入有利的物质如缓蚀剂等。21六、防腐蚀强度设计1、均匀腐蚀的强度设计均匀腐蚀的强度设计，采用留取腐蚀余量的方法，腐蚀余量是根据预计的腐蚀量增加材料的尺寸来补偿。2、局部腐蚀的强度设计局部腐蚀类型较多，目前还很难根据局部腐蚀强度的降低对腐蚀余量进行估算，需采取涂层防护等防腐蚀措施3、加工中的强度设计（1）减小内应力，如采用热处理等；（2）避免增加氢脆的工艺，如酸洗或电镀等；（3）某些不锈钢在焊接时，由于敏化温度影响而易造成晶间腐蚀，使材料强度下降。22七、防腐蚀工艺设计金属材料在加工制造、装配及贮运等过程中，可能发生腐蚀或留下腐蚀隐患，因此必须重视防腐蚀工艺设计。1、机械加工在机械加工中产生的残余应力对耐蚀有不利的影响，为此，金属材料最好在退火状态下进行机械加工和冷弯、冷冲等成型工艺，以使制件的残余应力较小；2、热处理应正确选择热处理气氛，例如为防止金属氧化，最好选用真空或可控气氛热处理；也可考虑使用热处理保护涂层；对有氢脆敏感性的材料，要禁止在氢气氛中加热。3、锻造和挤压锻造和挤压件的性能呈各向异性。在短横向上应力腐蚀最敏感，因此在设计时应避免在此方向上承受大的工作应力；在纵向上可承受大的载荷。234、焊接（1）为防止缝隙腐蚀，要用对接焊而不用搭接焊，用连续焊而不用间断焊和点焊。（2）为防止电偶腐蚀，焊条的成分和组织结构应与基体的相似，或其电位比基体更正一些，避免大阴极小阳极的不良组合。（3）为防止焊缝两侧热影响区发生的腐蚀，应采用固溶淬火的热处理，予以消除。（4）焊接后，焊缝处的残渣应及时清理，以免残渣引起局部腐蚀。245、装配设备装配时，（1）不要造成过大的装配应力，采用提高设计精度、减少公差、适当加垫以及采用合理装配方法来减少装配应力；（2）对有密封要求的部位，在装配中要保证密封质量，防止有害介质的侵入；（3）装配结束后，应及时进行清理检查，除去装配中留下的灰尘、金属屑等残留物；（4）检查通风孔、排水孔等孔口，使其不被堵塞。25习题与思考题1.防腐蚀设计包括哪几个方面？2.选材的原则及应考虑的因素是什么？3.防腐蚀结构设计应遵循的原则是什么？4.防腐蚀措施大体分哪几类？5.防腐蚀强度设计应注意哪几点？6.防腐蚀工艺设计中应注意哪些问题？