谈热能动力设备金属的腐蚀问题及预防措施.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 21 日 作者简介：朱晓强(1971），汉族，浙江丽水人，在职本科学历，中国能源建设集团浙江火电建设有限公司、公司副总经理，谈热能动力设备金属的腐蚀问题及预防措施 朱晓强 中国能源建设集团浙江火电建设有限公司，浙江 杭州 310000 摘要：摘要：热能动力设备在工业生产中扮演着至关重要的角色，然而，这些设备在运行过程中常常会面临金属腐蚀的问题。这不仅缩短了设备的使用寿命，还可能对工业生产造成严重影响。因此，了解金属腐蚀的原因，以及采取有效的预防措施，对于保证设备的正常运行，提高工业生产的效率具有重要意义。本文将探讨热能动力设备金属腐蚀的问题，并针对这些问题提出相应的预防措施。关键词：关键词：热能动力设备；金属腐蚀；预防措施 中图分类号：中图分类号：TK05 0 引言 在热能动力设备的操作中，多种因素可能会引发一系列与金属腐蚀相关的问题。其中较为常见的有应力腐蚀、电化学腐蚀、微生物腐蚀等。这类腐蚀问题不只是带有隐患，如果不进行及时的检测和处理，还可能导致持续的累积效应，从而对热能动力设备的稳定运行造成重大威胁。一旦发生腐蚀故障，就会造成能源浪费或损坏，从而对企业经济利益产生不利影响。轻微的情况可能导致设备寿命缩短和维护成本增加，而在严重的情况下，甚至可能触发设备的安全事故。若不能有效处理好金属腐蚀问题，则会直接对热能动力企业造成巨大经济损失。因此，必须对热能动力设备中的金属腐蚀状况和存在的问题进行准确的评估，并采取有针对性的解决方案，以确保达到安全生产和经济效益的双重目标1。1 金属腐蚀的类型与机理 1.1 电化学腐蚀 电化学腐蚀是一种常见的金属腐蚀类型，发生在热能动力设备中的金属表面。它是由于电解液与金属表面的作用，导致金属离子化和电化学反应而发生的。电解液可以是水，也可以是含有溶解氧、氯化物、硫酸等化学物质的介质。在电化学腐蚀过程中，金属表面发生氧化和还原反应。这些反应涉及到酸碱、氧化还原等多种化学反应。一般来说，金属通过氧化反应释放出电子，并形成离子化的物质。这些离子被电解液中的阴、阳极所吸引，形成电流，使金属腐蚀加剧。电化学腐蚀会导致金属表面的结构破坏和物理性能下降。例如，金属表面可能会出现腐蚀坑、蚀孔，导致金属强度降低，甚至引起设备的泄漏和失效。此外，电化学腐蚀还会改变金属表面的电阻性质，增加设备的能耗和效率下降。1.2 化学腐蚀 化学腐蚀是热能动力设备金属腐蚀的一种常见类型，它是由酸、碱等化学介质对金属材料的直接腐蚀所引起的。在热能动力设备中，特别是在化工、石油、电力等行业，金属腐蚀经常发生且对设备的可靠性和安全性产生直接的影响。近年来，化学腐蚀引起的设备事故频率在上升，这在一定程度上与化学品的使用和生产规模的扩大有关。根据统计数据，中国石油、化工和电力行业每年因腐蚀引起的经济损失巨大。据中国化工产品检验协会发布的数据，仅 2019 年，化工行业因腐蚀事故而造成的直接经济损失就超过20亿元。化学腐蚀的机理复杂，它涉及酸、碱、盐等物质与金属表面的反应。在酸性环境中，金属表面的电化学反应通常是氧化还原反应；而在碱性环境中，则通常是金属表面的溶解反应。其中，一些酸性介质如硫酸、盐酸和硝酸具有较强的腐蚀性，能迅速侵蚀金属表面。另外，一些含氧化物的碱性介质，如氢氧化钠和氢氧化钾，也能导致金属腐蚀。这些腐蚀过程可能引起金属表面的物质质量损失，形成腐蚀产物，并最终导致金属的破坏。2 热能动力设备金属腐蚀的原因分析 2.1 金属材料本身的防腐能力 不同种类的金属材料，其防腐能力存在差异，例97中国科技期刊数据库 工业 A 如，不锈钢在氧化性介质中的耐腐蚀性较好，而铸铁和碳钢在酸性介质中的耐腐蚀性较强。此外，金属材料的密度也会影响其防腐能力，一般来说，密度越高的金属材料越不容易被腐蚀。以碳钢为例，其自身的防腐能力与以下因素有关：首先，碳钢中的含碳量越高，其耐腐蚀性越差。当含碳量超过 0.2%时，碳钢的耐腐蚀性明显下降。这是因为含碳量增加会导致钢材表面的缺陷和杂质增多，从而为腐蚀介质提供了更多的附着点。其次，碳钢中的磷、硫等杂质含量也会影响其耐腐蚀性。如果这些杂质含量过高，会降低钢材的耐腐蚀性。例如，当磷含量超过 0.1%时，碳钢的耐腐蚀性会明显下降。此外，碳钢的表面处理也是提高其防腐能力的重要手段。例如，通过喷丸、喷砂、渗碳等方法进行表面处理，可以显著提高碳钢的耐腐蚀性。综上所述，金属材料本身的防腐能力与其成分、密度、表面处理等因素有关。为了提高热能动力设备的耐腐蚀性，应选择具有良好防腐能力的金属材料，并进行合理的表面处理和设备结构设计。2.2 运行过程中腐蚀性介质的接触 在热能动力设备的运行过程中，腐蚀性介质的接触是导致设备腐蚀的重要原因，这些腐蚀性介质可能包括酸性或碱性液体和气体，氧化物等。例如，在燃煤电厂中，锅炉中的水垢和烟气中的二氧化硫、三氧化硫等酸性气体都会对锅炉和管道产生腐蚀。而在石油化工行业中，原料和产品中的腐蚀性介质也会对设备和管道产生严重的腐蚀。为了防止这种腐蚀，需要对设备进行合理的材料选择和结构设计。例如，对于酸性介质，可以选择具有较好耐酸性的不锈钢或高合金钢材料。同时，还可以采取一些缓蚀剂、中和剂等辅助措施来减轻腐蚀。对于氧化性介质，则可以选择具有较好抗氧化性的材料，如不锈钢和高铬合金等。2.3 设备内部残留杂质的腐蚀作用 设备内部残留杂质可能包括设备制造过程中留下的杂质，如铁屑、砂粒、焊渣等；也可能是运行过程中产生的杂质，如腐蚀产物、沉积物等。这些杂质在设备内部会形成局部的腐蚀电池，促进设备的电化学腐蚀。例如，在碳钢设备中，如果存在铁屑等杂质，就会形成局部的铁-碳电池，产生电化学腐蚀。同时，这些杂质还会促进微生物腐蚀，如硫酸盐还原菌（SRB）等，这些微生物会在设备内部产生腐蚀性物质，加速设备的腐蚀。为了减轻这种腐蚀，需要在设备制造和运行过程中进行严格的清洁和质量控制。例如，在设备制造过程中，需要对原材料进行严格的检查和清洗，去除其中的杂质；在设备运行过程中，需要定期进行清洗和维护，去除产生的杂质和沉积物。3 热能动力设备金属腐蚀的预防措施 3.1 表面涂层技术 表面涂层技术是一种有效的防腐措施，通过在金属表面形成一层涂层来隔离金属与腐蚀介质的直接接触，在热能动力设备中，这种技术的应用可以显著提高设备的耐腐蚀性能2。常见的表面涂层技术是将金属件浸入熔融的锌中，在这个过程中，金属件表面会形成一层锌的保护层，锌是一种具有良好抗腐蚀性能的金属，可以提供有效的防护，根据相关研究数据，经过这种处理后的金属件，其耐腐蚀性能可提高 200%以上，有效延长设备的使用寿命。其次是通过在金属表面电解沉积一层金属或合金，形成一层保护膜，这种保护膜可以阻止腐蚀介质与金属基体的接触，从而达到防腐的作用。比如，在热能动力设备的制造过程中，可以在设备表面采用电镀或喷镀等方法，将具有抗腐蚀性能的金属或合金涂层沉积在设备表面。相关研究数据显示，采用这种技术处理后的设备，其耐腐蚀性能可提高 150%以上。这些表面涂层技术的应用可以显著提高热能动力设备的耐腐蚀性能，延长设备的使用寿命，但具体的防腐效果还受到多种因素的影响，如涂层的质量、厚度、涂层与基体的结合强度等。因此，在使用这些技术时，需要严格控制工艺参数和涂层的质量，以确保达到最佳的防腐效果。3.2 添加化学药剂 添加化学药剂是一种常用的防腐措施，通过向腐蚀介质中添加特定的化学药剂，可以在金属表面形成一层保护膜，从而达到防腐的效果。络酸盐和亚硝酸是两种常见的化学药剂，它们可以在金属表面形成一层氧化膜，有效阻止金属与腐蚀介质的直接接触，根据加入物质的不同，还可以形成不同的保护膜，如亚硝酸盐膜、铬酸盐膜等，这些保护膜具有较好的抗腐蚀性能，可以显著提高设备的耐腐蚀性能。在非氧化性酸物质中，可以通过添加氧和铬酸、硝酸、Fe3+等物质来起到防腐的作用，这些物质可以在金属表面形98中国科技期刊数据库 工业 A 成一层钝化膜，阻止金属被进一步腐蚀，还可以调整添加剂当中的 PH 数值，通过调整氢氧化钠含量、碳酸钠含量等来避免酸性腐蚀现象的存在。在实际应用中，添加化学药剂的方法具有操作简单、成本低廉等优点，但需要注意的是，不同腐蚀介质所需的化学药剂种类和用量不同，需要根据实际情况进行选择和调整，要对化学药剂的质量和浓度进行严格控制，以避免对设备造成不良影响。3.3 降低腐蚀速率 降低腐蚀速率是一种重要的防腐措施，通过采取一系列措施降低金属的腐蚀速率，可以有效地延长设备的使用寿命。一些金属材料具有较好的抗腐蚀性能，如不锈钢、钛合金等，在制造热能动力设备时，可以选择这些耐腐蚀的金属材料来提高设备的耐腐蚀性能。其次，表面涂层技术也可以降低金属的腐蚀速率，通过在金属表面涂覆一层耐腐蚀的涂层，可以有效地隔离金属与腐蚀介质的接触，降低腐蚀速率，可以采用电镀或喷镀等方法在金属表面沉积一层耐腐蚀的金属或合金涂层，可以显著提高设备的耐腐蚀性能。此外，改变金属的表面状态也可以降低金属的腐蚀速率。例如，通过采用热处理、喷丸强化等工艺方法，改变金属表面的应力状态和组织结构，可以提高金属的抗腐蚀性能。3.4 利用阴极保护 阴极保护技术是一种利用外部电流将金属转化为阴极，进而实现防止金属受到腐蚀的手段。阴极保护就是用电化学方法对金属材料进行局部或整体的防护，它能有效地降低材料和构件受到外界环境侵蚀所带来的危害。在进行阴极保护时，金属的表面必须涂抹电解液，并与外部电流电源的正极连接，确保金属仅作为负极得到保护。这种保护方式称为阴极保护。阴极保护机制的核心思想是，当金属转变为阴极，它的表面会吸收大量电子，这有助于防止金属因失去电子而受到腐蚀。此外，额外的电流可以刺激金属表面形成氧化膜，从而进一步提高金属的耐腐蚀特性。由于阳极与阴极保护之间有一个电势差，因此在这个电场作用下，阴极保护能够对金属材料进行选择性电化学反应，从而起到了防腐蚀的效果。在实际操作中，阴极保护经常被应用于管道、储罐等设备的防腐保护中。由于阴极保护的作用，使得金属具有一定的硬度和韧性，能够承受较大应力和变形的破坏。在热能动力设备的运行中，阴极保护技术能够有力地避免设备因腐蚀而遭受损害。因此，对于热动力设备而言，阴极保护具有十分重要的意义和作用，阴极保护技术可以与表面涂层方法相结合，从而进一步增强设备的抗腐蚀能力。3.5 加强设备维护 定期对设备进行检查和维护，可以及时发现并修复可能出现的腐蚀情况，避免腐蚀进一步扩大，从而有效延长设备的使用寿命。在设备维护过程中，需要定期检查设备的外观、结构和性能等方面。对于易受腐蚀的部位，如管道、阀门、法兰等，应进行重点检查，还要对设备的运行状态进行监测，及时发现异常情况并进行处理。在发现腐蚀情况时，需要及时采取修复措施。常用的修复方法包括补焊、更换部件、涂层修复等。修复过程中需要保证修复的质量和效果，避免出现修复后的局部腐蚀。加强设备维护还需要注意设备的日常使用和维护。应定期清理设备表面和内部积聚的灰尘、污垢等，避免因污染物腐蚀设备。同时，需要按照设备的使用说明书进行正确的操作和维护，避免因不当使用导致设备的腐蚀损坏3。3.6 对材料进行合理选择 应根据设备所处的工作环境，选择具有良好耐蚀性的材料。不同环境因素如湿气、酸碱等，对金属材料的腐蚀影响各异，对于湿度较高的环境，不锈钢或镍合金等具有良好耐腐蚀性的材料是较好的选择，而在酸性或碱性环境中，钛和塑料等材料更能承受腐蚀。其次，应考虑材料的化学成分和物理性能，一些合金材料，如钢铁、铜合金等，含有碳、硅、锰等，会增加材料的强度和抗腐蚀能力，采用热处理、表面涂层等工艺，可以增强材料的抗腐蚀性能4。在进行材料选择时，还需综合考虑成本和可供性，不同材料的价格和供货情况各异，应根据设备预算和市场情况进行合理选择。最后，需要注意材料的适应性和可靠性，确保选择的材料能够满足设备的工作要求，并具有足够的耐腐蚀寿命。此外，应与设备的设计、制造、安装等环节密切配合，确保合理选择的材料能够正常工作，并有规范的维护和保养计划5。4 结束语 总的来说，在热能动力设备领域，金属腐蚀问题99中国科技期刊数据库 工业 A 是一个亟需高度关注并迅速解决的复杂问题。金属腐蚀会严重影响到设备的使用性能和安全可靠性，甚至导致整个系统瘫痪，给企业带来巨大经济损失。通过精选合适的金属材质、改善环境状况以及执行合适的工艺操作和维护措施，我们有能力有效地防止金属的腐蚀，确保设备能够正常工作，从而延长设备的使用寿命并提升其安全性。参考文献 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