鍋爐高溫腐蝕、氫腐蝕、垢下腐蝕機理和預(yù)防

鍋爐高溫腐蝕、氫腐蝕、垢下腐蝕機理和預(yù)防

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1、鍋爐高溫腐蝕、氫腐蝕、垢下腐蝕的機理分析和預(yù)防解決措施趙永寧山東電力研究院首席工程師/高工/教授金屬的腐蝕n金屬材料腐蝕與防護歷史?腐蝕與防護是一門融合了多種學(xué)科的新興邊緣學(xué)科,它的理論和實踐與金屬學(xué)、化學(xué)、電化學(xué)、物理學(xué)、工程力學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等密切相關(guān)。?人類差不多在使用材料的同時就開始了對腐蝕和腐蝕控制技術(shù)的觀察和研究。?春秋戰(zhàn)國時期的武器,秦始皇時代的青銅器和大量箭簇,有的至今毫無銹蝕。經(jīng)鑒定,青銅箭簇表面有一層致密的黑色含鉻氧化層,而基體金屬中不含鉻,由些可見,早在兩千多年以前,我們中華民族就創(chuàng)造了與現(xiàn)代鉻酸鹽鈍化處理

2、相似的防護技術(shù),這是中國文明史上的一個奇跡。?20世紀(jì)初,化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展推動了不銹鋼和耐蝕合金的研究和應(yīng)用,腐蝕研究得到了系統(tǒng)而深入的開展,確立了腐蝕歷程的基本電化學(xué)規(guī)律,形成了一門獨立的金屬腐蝕學(xué)科。n材料腐蝕與防護在國民經(jīng)濟中的意義?腐蝕危害遍及日常生活和幾乎所有的行業(yè),給人們帶來了巨大的經(jīng)濟損失,造成了災(zāi)難性的事故,消耗了寶貴的自然資源。?在工業(yè)化國家,腐蝕破壞導(dǎo)致的經(jīng)濟損失估計占國民生產(chǎn)總值的3%~5%。?世界各國的腐蝕與防護專家普遍認(rèn)為,如能應(yīng)用近代腐蝕科學(xué)知識及防腐技術(shù),腐蝕的經(jīng)濟損失可降低20%~30%。?腐蝕

3、好比材料和設(shè)施的“癌癥”,因此,同樣要像關(guān)注醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護和減災(zāi)一樣關(guān)注腐蝕問題。n金屬腐蝕的本質(zhì)是金屬原子失去電子被氧化的過程,金屬腐蝕一般可分為化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕。?金屬直接與介質(zhì)發(fā)生氧化或還原反應(yīng)而引起的腐蝕損壞,稱為化學(xué)腐蝕。?金屬的氧化和氧化劑的還原是同時發(fā)生的,電子從金屬原子直接轉(zhuǎn)移到接受體;在化學(xué)腐蝕過程中不產(chǎn)生電流,而單純起化學(xué)作用。?有些腐蝕產(chǎn)物能起保護作用,可以減緩化學(xué)腐蝕的速度,阻止繼續(xù)產(chǎn)生化學(xué)腐蝕,這是化學(xué)腐蝕的重要的特征。?最主要的化學(xué)腐蝕形式是氣體腐蝕,也就是金屬的氧化過程(與氧的化學(xué)反應(yīng)),或者是

4、金屬與活性氣態(tài)介質(zhì)(如二氧化硫﹑硫化氫﹑鹵素﹑蒸汽和二氧化碳等)在高溫下的化學(xué)作用。?如鍋爐受熱面管子在與高溫?zé)煔?、水、蒸汽接觸的過程中,對金屬表面產(chǎn)生強烈的氧化作用。腐蝕結(jié)果使鐵變成鐵的氧化物或氫氧化物,從而失去金屬性質(zhì)。?金屬與電解液相接觸時,有電流出現(xiàn)的腐蝕損壞過程,稱為電化學(xué)腐蝕。?電化學(xué)腐蝕是最常見的腐蝕,它是以各種金屬具有不同的電極電位為依據(jù)的。?電極電位是指金屬在某電解質(zhì)溶液中與接觸的溶液之間的電位差。假定標(biāo)準(zhǔn)氫電極的電極電位為零,那么某一種金屬與標(biāo)準(zhǔn)氫電極之間的電位差就叫做該金屬的標(biāo)準(zhǔn)電極電位。?當(dāng)?shù)碗娢坏慕饘倥c

5、高電位的金屬在電解液中相接觸時,低電位的金屬就將被腐蝕,而且這些金屬在電化學(xué)次序中彼此相隔越遠(yuǎn),電位低的金屬被腐蝕損壞就越快。?金屬腐蝕中的絕大部分均屬于電化學(xué)腐蝕。?如在自然條件下(如海水、土壤、地下水、潮濕大氣、酸雨等)對金屬的腐蝕通常是電化學(xué)腐蝕。§金屬常見的腐蝕形態(tài)與防護?腐蝕形態(tài)可分為兩大類,即全面腐蝕和局部腐蝕。?全面腐蝕也稱均勻腐蝕,是一種常見的腐蝕形態(tài),其特點是化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)在全部暴露的表面或大部分表面上均勻地進行,金屬逐漸變薄,最終失效。?全面腐蝕造成金屬大量損失,但這種腐蝕危險性較小。?防護措施:①工程設(shè)計

6、時考慮合理的腐蝕裕度,②合理選材,③涂覆保護層,④添加緩蝕劑,⑤陰極保護。?局部腐蝕是設(shè)備腐蝕破壞的一種主要形式,是金屬表面某些部分的腐蝕速率或腐蝕深度遠(yuǎn)大于其余部分的腐蝕速率或深度,因而導(dǎo)致局部區(qū)域的損壞。?特點是腐蝕僅局限或集中于金屬的某一特別部位,陽極和陰極一般截然分開,而次生腐蝕產(chǎn)物又可在第三點形成。?產(chǎn)生局部腐蝕的必要和充分條件是:在腐蝕體系中,存在著或出現(xiàn)了某種因素使得金屬表面的不同部分遵循不同的陽極溶解規(guī)律,即具有不同的陽極極化曲線。?隨著腐蝕的進行,這種陽極溶解速度的差異不但不會減弱甚至還會加強。這種局部腐蝕的條

7、件由腐蝕過程本身所引起的現(xiàn)象稱為局部腐蝕的自催化現(xiàn)象。?局部腐蝕可分為點腐蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕、磨損腐蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞八類。細(xì)分還有石墨腐蝕、剝蝕和氫損傷等。?美國對腐蝕事故調(diào)查結(jié)果表明,全面腐蝕占22%,局部腐蝕占78%,局部腐蝕中腐蝕疲勞、應(yīng)力腐蝕占比例最高。?防護措施:根據(jù)不同的腐蝕類型,要采取不同的防護措施。全面腐蝕與局部腐蝕基本特征比較比較項目全面腐蝕局部腐蝕腐蝕破壞主要集中在一定區(qū)域上,腐蝕形貌腐蝕均布在整個金屬表面其他部分不腐蝕陰陽極在表面上變幻不定,陰腐蝕電池陰陽極在微觀上可分辨陽極

8、不可辨認(rèn)電極面積陽極=陰極陽極≤陰極電位陰極電位=陽極電位=腐蝕電位陽極電位<陰極電位腐蝕產(chǎn)物可能對金屬具有保護作用無保護作用?電站熱力設(shè)備用金屬材料不僅要滿足熱強性的要求,還需要具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性,即耐腐蝕性能。?在大氣及弱腐蝕性介質(zhì)中,腐蝕速度小于0.1m

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