电化学腐蚀范文

导语：如何才能写好一篇电化学腐蚀，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

关键词：不锈钢；腐蚀；电化学腐蚀；防护方法

中图分类号：TF764+.1 文献标识码：A 文章编号：

不锈钢的不锈特性是由于钢板表面特殊的钝化保护膜，首先简单介绍一下不锈钢的耐蚀机理，即钝化膜理论。 所谓钝化膜就是在不锈钢表面有一层以Cr(铬)与氧结合的Cr2O3 （三氧化二铬）为主的薄膜它是在金属表面形成厚度约100万分之数mm的非动态皮膜。由于这个薄膜的存在使不锈钢基体在各种介质中腐蚀受阻，这种现象称为钝化。这种钝化膜的形成有两种情况，一种是不锈钢本身就有自钝化的能力，这种自钝化能力随铬含量的提高而加强。另一种较广泛的形成条件是不锈钢在各种水溶液（电解质）中，在被腐蚀的过程中形成钝化膜而使腐蚀受阻。 不锈钢对比炭钢或铝耐蚀性突出优秀，但不是像金或者铂金那样绝对不生锈的金属。因此研究其电化学腐蚀性能具有很重要的意义。

不锈钢常见的腐蚀类型

不锈钢的钝性赋予它极好的耐蚀性，在某些特殊条件下钝性的破坏可导致严重的局部腐蚀。常见的不锈钢腐蚀可分为两大类[1,2]，即均匀腐蚀和局部腐蚀，后者还可细分为晶间腐蚀，点腐蚀，缝隙腐蚀，应力腐蚀破裂等。

1.1均匀腐蚀是一种最常见的腐蚀形式，由于侵蚀均匀并可预测，因而这类腐蚀的危险性最小，均匀腐蚀的程度取决于钢种和介质条件。

1.2晶间腐蚀是一种局部的选择性的自晶界区发生的腐蚀，它使晶粒之间的结合力受到破坏，不易被察觉，特别是不锈钢类材料，即使晶界腐蚀已发展到相当严重的程度，其表观仍保持光亮无异的原态。

1.3点腐蚀是一种外观隐蔽而破坏性大的局部腐蚀，虽然因点蚀而损失的金属重量很小，但若连续发展，能导致腐蚀穿孔直至整个设备失效。造成巨大的经济损失，甚至产生危害性更大的事故。

1.4缝隙腐蚀是在电解液中由于不锈钢与金属或非金属间存在极狭窄的缝隙,使有关物质的迁移受到阻抑形成浓差电池而在缝隙内或其近旁产生的局部腐蚀缝隙腐蚀可在多种介质中发生,但在氯化物溶液中最为严重。在海水中,缝隙腐蚀通常是由于缝内氧含量较低和周围溶液中氧含量较高形成氧浓差电池所致。这时缝间成为阳极，而缝边金属表面成为阴极。

1.5应力腐蚀破裂是指材料在外加或残余应力和腐蚀介质联合作用下产生的破坏,破坏形态是裂纹、裂缝直至断裂。

1.6除了上述几种腐蚀形式,不锈钢还可能发生电偶腐蚀、腐蚀疲劳裂纹、磨损腐蚀等。

极化曲线

不锈钢在溶液中发生电化学腐蚀的根本原因是溶液中含有能使该种不锈钢氧化的物质，即腐蚀过程的去极化剂[3]。阴极的去极化还原反应与阳极的金属氧化反应共同组成整个腐蚀过程。显然，没有阴极反应，阳极反应就不能进行，金属就不会发生腐蚀。

以氢离子作为去极化剂的腐蚀过程称为氢离子去极化过程，简称氢去极化腐蚀，亦称析氢腐蚀，这是常见的危害性较大的一类腐蚀。以氧作为去极化剂的腐蚀过程，称为氧去极化腐蚀，亦称吸氧腐蚀，这是自然界普遍存在因为破坏性最大的一类腐蚀。

从热力学已知，金属在腐蚀介质中能发生电化学腐蚀的必要条件是该金属的平衡电极电位比氢的平衡电极电位低，即Ee，M

如果在腐蚀电池中，阳极的电位比氢的平衡电位还正，阴极电位必然会比氢的平衡电位更正，那么腐蚀电位ER必定比氢平衡电位也正，所以氢气不能作为该腐蚀电池的阴极。当阳极电位比氢的平衡电位负时，则腐蚀的电位ER才有可能比氢的平衡电位负，才有可能放氢而实现氢去极化。因此氢的平衡电位是一个重要的基准，酸性越强，氢离子浓度越高(pH值越小)，其氢的平衡电位(EH越正)。氢的平衡电位越正和阳极电位越负，对于氢去极化腐蚀可能性的增加具有等效作用。

在中性介质中，氧去极化过程必然伴随着氧的消耗。常常把氧去极化腐蚀称之为吸氧腐蚀。在各种可能的阴极去极化反应中，以氧去极化过程最为重要，并且较为普遍。一般实际腐蚀问题中以氧去极化(吸氧腐蚀)腐蚀占有相当大的比例。例如淡水、海水、潮湿大气和土壤中只要有氧气就有吸氧腐蚀。

不锈钢腐蚀的防护方法

不锈钢防腐蚀的方法很多，主要有改善不锈钢的本质，把不锈钢与腐蚀介质隔开，或对金属进行表面处理，改善腐蚀环境以及电化学保护等。在不锈钢中添加合金元素，提高其耐蚀性，可以防止或减缓金属的腐蚀。例如在不锈钢表面覆盖各种保护层，把被保护不锈钢与腐蚀性介质隔开，是防止不锈钢腐蚀的有效方法。同时还可以通过磷化处理和热处理等方法提高不锈钢的耐蚀性。也可以在不锈钢表面涂上一层非金属涂层或者金属涂层。改善环境对减少和防止腐蚀有重要意义。电化学保护法是根据电化学原理在金属设备上采取措施，使之成为腐蚀电池中的阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的方法。

讨论

为了提高不锈钢的电化学腐蚀性能，可以通过电化学腐蚀加速试验来评价。电化学在理论、技术和装置上的不断革新与创造，使得它比以往任何时候更具有对社会经济发展中各种问题进行挑战的能力。在全球环境问题日益严峻的今天，电化学及其技术将同显其重要作用。腐蚀电化学过程有以下特点：可自动控制、经济合算。腐蚀电化学分析方法是仪器分析的一个分支，随着科研的发展，对分析方法的灵敏度、选择性、自控等各个方面都提出了很高的要求，具有以下几个优点：分析速度快、多种方法测量、仪器简单、经济、易微型化、需要试样的量较少、易于操作控制。

参考文献：

[1] 王正蕉,吴幼林等.不锈钢.北京:化学工业出版社,1991,28-37, 43-54, 100-151, 227-245.

篇2

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关键词： 吸氧腐蚀；析氢腐蚀；手持技术；实验改进

文章编号：1005?6629（2014）3?0052?03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

金属的电化学腐蚀是在原电池内容的基础上所展开的，是中学化学教学的重点以及难点内容。钢铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀是一个缓慢的氧化过程，尽管传统的对比实验已进行了较多的实验改进来缩短反应时间，使反应现象更加明显，但是只能对实验现象做出定性的分析，仍无法将二者定量地反映出来，不利于学生理解析氢腐蚀、吸氧腐蚀的概念。由于在金属的析氢腐蚀、吸氧腐蚀的过程中，不仅伴随着物质浓度的变化，而且还伴随着压强的改变，因此我们可以借助于电子传感器捕捉化学反应过程中的细微变化，利用手持技术对金属的电化学腐蚀实验进行改进和补充，从而帮助学生正确理解析氢腐蚀与吸氧腐蚀的概念，解决学生的迷思概念问题。

1 实验原理

不纯的金属与电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。当在钢铁表面形成的电解质溶液薄膜呈酸性时发生析氢腐蚀[1]，反应如下：

负极：Fe-2e-=Fe2+（氧化反应）

正极：2H++2e-=H2（还原反应）

总反应：Fe+2H+=Fe2++H2

当在钢铁表面形成的电解质溶液薄膜呈中性或酸性很弱，且溶有一定量的氧气时发生吸氧腐蚀，反应如下：

负极：2Fe-4e-=2Fe2+（氧化反应）

正极：2H2O+O2+4e-=4OH-（还原反应）

总反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2

进一步反应：4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3，

2Fe（OH）3=Fe2O3?xH2O+（3-x）H2O

根据上述原理，本实验主要利用氧气传感器和压强传感器测定反应过程中压强变化和氧气浓度变化，并利用pH传感器测定吸氧腐蚀反应前后溶液的pH。通过计算机和数字采集器收集数据、绘制曲线，并通过相应软件进行实验分析。

2 实验用品与仪器

炭粉、还原铁粉、2 mol/L盐酸溶液、2 mol/L醋酸溶液、2 mol/L氯化钠溶液[2，3]、橡皮塞、乳胶管、导气管、止水夹、三口烧瓶。

本实验采用pasco公司的数字采集器、datastudio数据采集软件、氧气传感器以及压强传感器。

（1）用USB数据线将计算机与数字采集器连接起来。

（2）将氧气传感器、压强传感器连接到数据采集器上。

（3）三口瓶的左端接入带止水夹导气管的单孔胶塞（以便调节内外压平衡），中间用单孔胶塞将三口瓶与氧气传感器连接，右端用单孔胶塞将压强传感器与三口瓶连接。

4 实验过程

4.1 在中性条件下发生吸氧腐蚀

（1）取下三口瓶，用滴管滴取2 mol/L的氯化钠溶液，均匀的润湿三口烧瓶的内壁2～3次，将炭粉和铁粉的混合物加入到三口瓶中，沿同一方向转动，使炭粉和铁粉的混合物均匀地粘附在三口烧瓶的内壁上[4，5]，迅速地塞紧各个单孔胶塞，打开止水夹调节内外压平衡后，关闭止水夹。

（2）数据图像纵轴选择O2浓度（%）（体积分数），横轴选择时间，开启仪器采集数据，采集氧气浓度和压强变化情况（见图2、图3）。

（3）保存数据。

（4）实验结果及讨论：通过图2可以看出，本次测量中，瓶内空气中氧气浓度为21.0%，50s后为20.8%，500s后为20.0%，氧气的浓度在不断地缓慢减少，利用氧气传感器可使我们在较短时间内看出变化趋势。通过图3可以看出，此时瓶内初始测量压强为100957Pa（由于加完试剂塞紧胶塞等过程中瓶内的反应已经进行，所以导致瓶内初始的测量压强略小于理论压强值），随着氧气浓度的减小，压强也在下降，50s后瓶内压强降为100699Pa，10min内瓶内压强共下降了1080Pa。但是随着反应的进行，我们可以发现，氧气浓度的下降量不仅是由于吸氧腐蚀的发生而造成的，在后续的反应中，氢氧化亚铁转化为氢氧化铁的过程中也消耗了部分氧气，所以紧靠氧气浓度的变化还不足以完全说明是否发生了吸氧腐蚀。因此，我们还通过pH传感器检测pH的变化来证明确实发生了吸氧腐蚀。经检测，如图4所示，反应前溶液的pH为6.8，反应后经过滤，测得滤液的pH为9.5，正是由于吸氧腐蚀的发生，从而造成了三口瓶内溶液pH的升高。由此可以得出，在中性条件时主要发生吸氧腐蚀，而且吸氧腐蚀是缓慢进行的。

4.2 酸性较弱条件下同时发生吸氧腐蚀和析氢腐蚀

4.2.1 定性实验

取一支小试管，滴入5 mL 2 mol/L的醋酸溶液，加入适量炭粉和铁粉的混合物，静置一段时间后，观察现象。

4.2.2 定量实验

（1）取下三口瓶，用滴管滴取2 mol/L的醋酸溶液，均匀的润湿三口烧瓶的内壁2～3次，将炭粉和铁粉的混合物加入到三口瓶中，沿同一方向转动，使炭粉和铁粉的混合物均匀地粘附在三口烧瓶的内壁上，迅速地塞紧各个单孔胶塞，打开止水夹调节内外压平衡后，关闭止水夹。

（2）数据图像纵轴选择O2浓度（%）（体积分数），横轴选择时间，开启仪器采集数据，采集氧气浓度和压强变化情况（见图5、图6）。

（3）保存数据。

4.2.3 实验结果及讨论

由于没有直接测量氢气浓度的传感器，本实验中采取测量容器内压强的变化和观察小试管内金属与弱酸反应的实验现象的方法来说明氢气浓度的变化。

定性观察可见，小试管内有气泡冒出，可以断定容器内有析氢腐蚀发生。

在定量研究中，如图5所示，当电解质溶液为醋酸溶液时，随着反应的进行，氧气浓度逐渐缓慢减少，说明瓶内消耗了部分氧气，可知有吸氧腐蚀发生；如图6所示，在10min内，瓶内压强由起始的101075Pa下降到100626Pa，共下降了449Pa。正是由于三口瓶内同时发生了吸氧腐蚀和析氢腐蚀，所以导致了瓶内压强的下降幅度小于实验1中压强的下降幅度。由此可以看出，当电解质溶液为弱酸条件时，析氢腐蚀和吸氧腐蚀同时发生。

4.3 酸性较强条件下以析氢腐蚀为主

（1）取两支试管，各加入5 mL 2 mol/L的盐酸溶液和等量的0.22 g铁粉，再向其中一支试管中加入少量的炭粉，将两支试管同时连接上两个压强传感器，得到如下数据：

（2）仅将实验1中的“2 mol/L的氯化钠溶液”改为“2 mol/L盐酸溶液”，其他操作步骤与实验1完全相同。实验结果如图8、图9所示：

（3）实验结果及讨论：在较短的时间内可明显地观察到步骤（1）中两支试管内均有气泡冒出。由图7可知，铁粉和盐酸反应发生化学腐蚀，试管内压强在60s内上升了4288Pa，而加入炭粉后，试管内压强值始终大于不加炭粉的试管的压强值，且压强上升得更高，在60s内上升了7316Pa，这说明加了炭粉的试管不仅仅发生了化学腐蚀，还发生了电化学腐蚀，即析氢腐蚀。从图8和图9可以看出，在实验过程中，容器内的压强不断上升，50s内压强便上升了2435Pa，600s内上升了11244Pa，可知有氢气生成，瓶内总的分子数增加，但是由于瓶内氧气的分子数不变，所以氧气的体积浓度也呈略微的下降趋势。再结合步骤（1）中的实验结论，可以得出，在酸性较强的条件下，电化学腐蚀主要以析氢腐蚀为主，且腐蚀速度快于吸氧腐蚀。

5 实验小结

通过设计三组演示实验，利用氧气传感器和压强传感器可便捷地测定实验过程中氧气浓度和压强的微弱变化以及吸氧腐蚀中溶液pH的变化，明确提出金属铁的电化学腐蚀是一个缓慢的氧化过程。酸性较强条件下以析氢腐蚀为主，在中性条件下发生吸氧腐蚀，在弱酸性条件下，析氢腐蚀和吸氧腐蚀是同时发生的。在一组比较化学腐蚀与电化学腐蚀反应速率的学生实验中，说明应用现代的实验手段可以让学生对化学反应有一个更全面、更深刻的认识。

参考文献：

[1]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书?化学反应原理（选修4）[M].北京：人民教育出版社，2007：84.

[2]陶俞佳，李桂林.吸氧腐蚀实验的改进[J].化学教学，2009，（6）：26～27.

[3]雷和平，刘英丽.铁的吸氧腐蚀实验改进[J].化学教育，2009，（8）：49～50.

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关键词： 电化学腐蚀 金属材料 电化学测试

电化学腐蚀比其他类型的腐蚀破坏更为常见，对金属是极其危险的。它可能发生在气体环境中，这时湿气凝结在金属表面上(大气腐蚀)；可能发生在土壤中(上坟腐蚀)和溶液中(液体腐蚀)。电化学腐蚀是受电化学反应动力学支配的。其速度可根据法拉第定律测定。电化学腐蚀的一个特殊情况是电腐蚀，即由外电流引起的腐蚀。除去不溶性阳极的破坏以外，电腐蚀还包括有导电液体波过的管道的腐蚀和电解槽壁及地下金属结构在由探露电线来的直流电影响下的溶解(漫沈腐蚀)。这种漫流可能在金属结构的两个部分之间建立电位若，其一部分内某外电源接受电流(别极区域)，另一部分则起阳极作用(阳极区域)，即被破坏的阳极部分，因此电流流入周围的离子导电介质。按照伴随电化学腐蚀的破坏方式，腐蚀分为影响金属全部表面的一股腐蚀和局限于金属表面一定部分的局部腐蚀。在后一种情况下腐蚀可能导致斑点(破蚀)或凹坑(小扎)。此腐蚀可能涉及合金中一种单独金届成分的晶粘(挥发性腐蚀)，可能穿透所有晶粒因而形成一些狭窄的缝隙(横品腐蚀)或者可能集中在晶粗边界上进行(粒间腐蚀成品间腐蚀)。新化学腐蚀的速度和特征主要决定于金属的本性及其环境。按照在一种特殊介质中的腐蚀速度，金属可分为稳定金属和不稳定金属。根据一个给定介质腐蚀金属的速度，可以确定它是腐蚀性的或非腐蚀性的介质。目前已经提出了各种不同的常规标度来估计金属的耐腐蚀性和介质的腐蚀性。

电化学腐蚀与化学腐蚀的区别在于电化学腐蚀是金属表面与离子导电的介质发生电化学作用而产生的腐蚀。其腐蚀历程包括两个相对独立且又同时进行的氧化和还原过程，故反应过程中伴随有电流流过。

化学腐蚀是金属表面与非电解质溶液直接发生纯化学作用而引起的腐蚀。其反应历程的特点是：在一定条件下，非电解质中的氧化剂直接与金属表面的原子作用而形成腐蚀产物。在腐蚀过程中，电子的传递在金属与氧化剂之间直接进行，没有电流产生。

下面我们以变电站的接地网为例来用电化学法测试法研究金属材料的耐腐蚀性。在我国，由于资源、经济等原因，变电站接地网所用的材质主要为普通碳钢。接地网腐蚀通常呈现局部腐蚀形态，发生腐蚀后接地网碳钢材料变脆、起层、松散，甚至发生断裂。无论在盐碱性土壤中还是在一般性土壤中，接地网的碳钢试片腐蚀都是非常严重的，其表面有许多局部腐蚀坑，试片边缘也不完整。

腐蚀是接地体事故扩大的一个主要原因。因为对于运行多年的接地网而言，腐蚀性土壤环境中的电化学腐蚀及电网设备等运行中的泄流造成的腐蚀使得接地体截面减小，甚至断裂，造成接地性能不良，不能满足热稳定性的要求，所以电路电流将会烧坏接地网，使得变电站内出现高电位差，造成其他主设备的毁坏事故，还会危及人身安全。由于接地网埋设在地下，一旦腐蚀严重到使接地网的接地电阻不合格，甚至局部断裂时，对接地网的翻修改造是相当费劲和困难的，费用也是巨大的，因此防止接地网腐蚀，保证接地性能的稳定性，延长接地网的使用寿命，是电力系统安全经济生产所迫切需要解决的课题。

对于接地网防腐蚀的研究，目前国内主要有两条路线。一是研制耐蚀性能优良而且经济性好的导电材料以取代目前普遍使用的碳钢；二是采用电化学保护技术以减缓正在服役的接地网的腐蚀速度，延长使用寿命。

由于接地网土壤腐蚀是一个缓慢过程，因此为了能快速优选出所需的材料，在实验室里进行了电化学测试，试验测试方法包括极化曲线、交流阻抗和动电位扫描。由于变电站接地网要承受雷电流及电网不平衡电流的泄流作用，因此在对材料进行筛选时必须了解材料的耐电解电流腐蚀的性能，在实验室里进行了材料的电解试验。试验所用土壤介质的理化性质分析结果，其自腐蚀电位-688mV。根据德国DIN 50929土壤腐蚀性评价标准评价该土壤为腐蚀性土壤。试验所筛选的材料为2种稀土钢材（CL4和CL5）及3种常见表面处理的合金钢（CL1、CL2和CL3）。为了便于对比，试验还使用了普通碳钢及镀锌钢。根据实验室初步试验的结果，在变电站现场土壤中埋置了一定数量的材料试片，以了解材料在变电站土壤现场中的耐蚀性能。

在实验过程中了进行极化曲线测试、交流阻抗测试和电解测试。从极化曲线测试试验的结果可以看出，在这些土壤介质中，材料CL1、CL2的腐蚀速率较其他材料低，其耐蚀性能较好。而从交流阻抗测试试验结果可以看出，材料CL1、CL2的阻抗值明显高于其他材料，比普通碳钢高出2个数量级。材料CL4、CL5的耐蚀性能与普通碳钢差不多，甚至有时还不如普通碳钢。从电解测试试验结果可以看出，镀锌钢耐电流电解腐蚀性能较差，材料CL1和CL2的耐电流电解腐蚀性能较好，其耐蚀性能比普通碳钢要高得多。电解结束后观察材料表面可以看出，镀锌钢表面的镀层出现了局部剥离现象，而其他材料表面均没有出现这种现象。

为了更好地研究金属材料的耐腐蚀性，还进行了现场埋置试验。不同材料制作的试片在变电站现场土壤中埋置500天后挖出，经过表面处理后测定材料的腐蚀速率，结果可见，材料CL1和CL2的腐蚀速率较碳钢及镀锌钢要小得多。同种材料，当与接地网连接时其腐蚀速率高于接地网不连接时的腐蚀速率，原因是与接地网连接的试片除了要受到土壤自然腐蚀作用外，还要受到变电站接地网泄流时的电流电解腐蚀。在变电站土壤现场埋置试验过程中发现，与接地网连接的镀锌钢材料在不到1年时间其表面镀锌层就已经被电解腐蚀掉，未与接地网连接的镀锌钢材料其表面镀锌层却完好。从现场埋置材料试片测定的腐蚀速率结果也可以看出，镀锌钢用作接地网材料时其耐蚀性能较普通碳钢没有多大提高，因此用镀锌钢材料来延长接地网使用寿命意义不大。

由此我们可以得出以下结论。

（1）在土壤腐蚀性较严重的地区，为了延长接地网使用寿命，在设计时往往考虑采用镀锌钢。其防腐蚀的原理是锌的腐蚀电位较普通碳钢的低，在土壤介质中锌优先被腐蚀掉从而保护了普通碳钢，达到延长碳钢使用寿命的目的。在没有电流作用下，镀锌钢的使用寿命的确较长，在变电站土壤现场埋置试验的结论也是如此。但是作为接地材料，由于其要受到接地电流的作用，镀锌钢表面的镀锌层很快就会被电解掉，因而镀锌钢对延长接地网的使用寿命实际作用不大。

（2）根据实验室电化学测试的结果可知，无论是在土壤浸出液中还是在土壤泥浆中，材料CL2的耐蚀性能都较其他材料的耐蚀性能好，是普通碳钢耐蚀性能的5—7倍。

（3）经试验测试表明，材料CL1和CL2的耐蚀性能较普通碳钢要强得多，这对于延长变电站接地网的使用寿命，确保接地网安全经济运行具有重大意义。同时考虑材料的经济性及来源等因素，推荐用非铜质材料CL2替代普通碳钢用于接地网防腐蚀。

参考文献：

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关键词：化工机械；防腐蚀；原因；设计；电化学腐蚀

所渭腐蚀是由化学或化学作用使物体消耗或破坏。是指金属设备零部件在接触介质(大气、水或含有酸、碱、盐的溶液等)的化学或电化学的作用下及机械的物理等作用下,发生形状、尺寸等变化而引起的破坏,这种破坏在化工生产中是非常普遍的。腐蚀是指金属与环境间的物理―化学相互作用，使金属性能发生变化，导致金属、环境及其构成系统功能受到损伤的现象。

化工机械设备腐蚀是自发的普遍现象，机械设备被腐蚀后，在外形、色泽及机械性能方面都将发生变化，造成设备被破坏以及资源和能源的严重浪费，企业受到巨大损失。研究腐蚀机理，采取防护措施，提高防腐能力，对化工企业有着十分重重要的现实意义。

一 腐蚀的原因和种类

1 腐蚀的原因

金属本身的组成和结构是锈蚀的根据；外界条件（如：温度、湿度、与金属接触的物质）是促使金属锈蚀的客观因素。在工业企业特别是化工企业的环境介质中，含有大量的SO2、CO2、H2S、氢氧化物、盐雾、硫化物、卤化物等有害物质，有些环境还伴有高温和潮湿等，在这些因素的综合影响下，金属便与这些有害物质发生物理化学反应，形成腐蚀。

2 腐蚀的种类

2.1 按腐蚀产生的机理分类

（1）化学腐蚀。金属表面与其周围的介质发生化学反应，生成一种新的物质（氧化物）从而使金属受到破坏。这类腐蚀主要以高温干燥环境下的金属与腐蚀介质直接发生反应的形式发生。

（2）电化学腐蚀。金属材料与电解质溶液接触，通过电极反应产生腐蚀。电化学腐蚀反应是一种氧化―还原反应，这类腐蚀主要发生在潮湿环境中。

2.2 按腐蚀产生的原因及表象分类

按腐蚀产业的原因及表象可分为：高温氧化腐蚀、剥层腐蚀、点状腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、疲劳腐蚀、电化学腐蚀、焊接应力腐蚀、振动磨损腐蚀、工业大气腐蚀、海洋大气腐蚀等。

对化工行业来说，机械设备的腐蚀以电化学腐蚀、焊接应力腐蚀、缝隙腐蚀及疲劳腐蚀为主，特别是电化学腐蚀最为严重，多种腐蚀的结果最终均导致电化学腐蚀发生。

二 腐蚀产生的化学机理

1 电化学腐蚀机理

金属的电化学腐蚀是指金属表面与离子导电介质发生电化学作用而产生的破坏。任何一种按电化学机理进行的腐蚀反应至少包含有一个阳极反应和一个阴极反应，并以流过金属内部的电子流和介质中的离子流联系在一起。阳极反应是金属离子从金属转移到介质中并放出电子的过程，即阳极氧化过程。相对应的阴极反应是介质中氧化剂组分吸收来自阳极的电子的还原过程。碳钢在酸中腐蚀时，在阳极区Fe被氧化为Fe离子，所放出的电子自阳极（Fe）流至钢中的阴极（Fee）上，被离子吸收而还原成氢气，其反应式为：Fe+2H- Fe +H2，这种电化学腐蚀机理实质上是一个在金属内部形成的短路原电池，即电子回路短接，电流不对外做功，电子自耗于腐蚀电池内阴极的还原反应中。可见促进金属阳极的离子化，即可加剧腐蚀速度。

2 工业大气腐蚀机理

在工业污染较重的地区，空气中含有高浓度的SO2、CO2、H2S、卤化物、硫化物及盐等挥发物和工业粉尘等腐蚀性介质，这些介质物中的酸性气体在潮湿的条件下与水化合生成无机酸。铁质合金在这种介质中，会发生一系列连锁反应，导致钢材严重损坏。钢材在工业大气中的腐蚀是直接化学腐蚀和电化学腐蚀的结合，工业大气腐蚀以SO2的腐蚀最为严重，因为SO2可形成酸雨，起到催化剂的作用。从化学腐蚀和电化学腐蚀的本质来看，都是金属原子失去电子变成离子的氧化过程。区别在于化学腐蚀只是金属与周围介质在高温干燥条件下直接进行的化学反应，而电化学腐蚀的氧化过程则是发生在潮湿介质中，腐蚀过程形成了腐蚀微电池。

三 化工机械设备的防腐设计

腐蚀破坏是金属材料最主要的破坏形式之一，因此在机械设备的采购选用，包括选购后的安装使用各个环节，需要为设备自行设计配套一些附件，设备附件的功能作用和设备在腐蚀环境下的防腐设计是同等重要的。

1 材料选用

用于制造通用机械设备的材料多数为碳素钢，特点是价格低廉，采购方便，易于加工。在普通工况条件下使用时，腐蚀对其危害不大，但若使用在化工行业高浓度腐蚀性介质的环境下，因其抗腐蚀性能差，易于遭受侵蚀。如常用的Q235钢，在酸气、盐雾介质中的腐蚀速度高达0.5～1.0mm／a，虽然各企业都会定期对设备及构件进行防腐涂漆，但只要漆膜出现划伤或局部脱落，就会产生电化学腐蚀并不断扩展，导致使用寿命大大降低，因此化工企业一般不选用这类钢材制作机械设备，而选用耐腐蚀钢如16MnCu、09MnCuPTi等普通低合金钢为设备的制造基材。

虽然低合金钢价格比碳钢要贵些，但总体的经济效益比碳钢要高。统计显示，低合金钢制造的设备使用寿命是碳素钢设备的2～3倍，性价比还是高许多。

2 结构和工艺

如果构件的几何形状设计不合理或过于复杂，经常会引起机械应力、热应力、积液、积尘及金属表面漆膜漏涂破损等缺陷，从而导致局部的氧化腐蚀、缝隙腐蚀及应力腐蚀，应从防腐角度考虑结构设计和工艺设计的合理性。一般要求：

（1）构件的形状应尽可能简单。

（2）防止构件表面损坏或有伤痕。

（3）构件尽量选用同一种金属材料，如机座与主机应为同种材料，因不同材料间易产生电偶腐蚀。

（4）尽量减少缝隙。

（5）选择合适的结构形式和优质的防锈漆，以便使腐蚀介质与构件完全隔离，特别应注意焊缝的涂漆，合理的涂漆结构（如两块型材间的连接要采取背靠背的方式等）可使构件的任意一面或部位都方便涂漆。

（6）防止残余水在设备上的滞留，设计时要避免有向上的容器状凹处，如不能避免亦应设排水孔。

（7）焊接时应尽量防止出现内应力和应力集中，应采用连续焊，间断焊易产生内应力。

（8）应避免焊接缺陷，如焊瘤、咬边、喷溅及未焊透等，这些焊接缺陷会形成新的腐蚀点，

如焊瘤除了形成应力集中外，还在焊瘤与母材间形成夹缝；咬边是形成应力集中的根源，它的凹陷边也形成夹缝。这两种缺陷易产生应力腐蚀和缝隙腐蚀。焊接电流过小或焊接速度过慢易产生焊瘤；咬边的产生是由于焊接时焊接电流过大和焊接速度过快，以及角焊时焊条角度不适当等原因。焊缝未焊透造成的夹缝和孔洞也会引起缝隙腐蚀和小孔腐蚀。

（9）为进一步防止缝隙腐蚀，对构件连接处夹缝应合理设计。常见的构件连接形式有搭接

和对接两种：对搭接接头应尽可能不用铆接连接，因铆接节点的夹缝会积液和积尘，产生缝隙腐蚀，宜采用焊接连接。焊接连接应采用双面连续填角焊，即使二者的搭接面被焊缝完全封闭起来，如采用单面搭焊因搭接面处有缝隙会产生缝隙腐蚀和电偶腐蚀，不推荐；对于对接接头，应采用双面连续对接焊，从而避免缝隙腐蚀。

四 设备防腐蚀方法

机械设备防腐蚀的方法很多，主要为改善金属的本质，把被保护金属与腐蚀介质隔开，或对金属进行表面处理，改善腐蚀环境以及电化学保护等。电化学保护法是根据电化学原理在金属设备上采取措施，使之成为腐蚀电池中的阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的方法，包括牺牲阳极保护法和外加电流法。牺牲阳极保护法是用电极电势把被保护金属更低的金属或合金做为阳极，固定在被保护金属上，形成腐蚀电池，被保护金属作为阴极而得到保护；外加电流法是将被保护金属与另一附加电极作为电池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流电的作用下使阴极得到保护。此法主要用于防止土壤、海水及河水中金属设备的腐蚀。

根据电化学腐蚀原理，采用牺牲阳极保护法对设备进行保护是一种有效的控制方法。目前我国常用的牺牲阳极材料有：镁阳极，包括纯镁、Mg―Mn系合金、Mg―A1―Zn―Mn合金；锌阳极，包括纯锌、Zn―Al系合金、Zn―Hg系合金、Zn―A1―Mn系合金、Zn―Al―Cd系合金；铝阳极，包括A1―Zn―Hg系、Al―Zn―Sn系和Al―Zn―In系合金等。以锌阳极为例，锌的标准电极电位比铁负，故当这两种金属在一定介质条件下接触时就构成了一个微电池，锌为阳极，铁为阴极，在介质中锌被腐蚀，铁得到保护。在具体使用中，牺牲阳极的安装方法可采用将牺牲阳极焊在设备的构件上，也可用螺栓进行固定。在采用螺栓固定时，必须注意阳极与金属本体间的绝缘，一般用橡胶垫、尼龙垫等来隔离；如果是将阳极直接焊接在构件上，必须注意阳极本身与被保护金属本体之间有一定距离，而不能直接接触。此外，牺牲阳极的面积与被保护设备的表面积应有一定比例，通常是被保护金属面积的1%～5%，分布在被保护金属的表面上。目前，各国已广泛应用牺牲阳极保护法对化工装置、油罐、地下管道、电厂钢结构、锅炉等进行保护，取得很好效果。

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关键词：化工设备 腐蚀 防腐 设计 措施

随着我国经济的发展，工业化的进程也逐渐的加快，工业对于国民经济的发展已经日益重要。化工设备是工业发展中一个不可缺少的部分，其正常运行直接会关系到工程项目的正常生产和运作。腐蚀，是化工设备发生的常见问题，这主要是由于化工设备在日常的环境中由于空气以及水分等因素而发生了化学反应，进而导致设备出现损耗或者是破坏的状况。化工设备在被腐蚀之后会在其色泽、外形以及基本的性能方面发生变化，从而影响设备的正常使用和生产，也会给相关的企业带来一定的损失。所以，对于化工设备的腐蚀以及防腐措施的研究意义重大。本文就化工设备的腐蚀以及防腐的措施进行研究和探讨。

一、化工设备腐蚀发生的原因以及分类

通常情况下，由于化工设备使用环境的特殊性，所以一般是金属制品，对于金属来讲其本身的结构是极其容易发生腐蚀的，温度、湿度以及空气等外部的环境会直接的导致金属发生腐蚀现象。工业环境下，特别是化工企业，生产中都涉及到一些氧化-还原性的气体、介质等，加上生产车间的湿度较大、温度较高，所以就会在金属的表面发生强烈的化学反应，从而形成腐蚀。

对于腐蚀的分类，一般有两种分类方法，一是根据腐蚀产生的机理进行分类，另一种是根据腐蚀产生的原因和表象分类。根据腐蚀产生的机理来分，主要可以分为电化学腐蚀和化学腐蚀。电化学腐蚀主要是指金属材料在与电解质溶液发生接触之后，由于会发生表面的电极反应而产生腐蚀现象，这种反应一般来讲是氧化还原反应，主要因素是环境的湿度以及温度的问题；化学腐蚀是指金属表面与其周围接触的介质会发生较为强烈的化学反应，从而使得金属受到一定的损坏，这种腐蚀诱发的原因主要是温度高、环境干燥。而根据腐蚀产生的表象和原因分类可以分为，剥层腐蚀、工业大气腐蚀、高温氧化腐蚀以及海洋大气腐蚀等等。

二、化工设备腐蚀的机理

1.电化学腐蚀的机理

金属容易发生电化学腐蚀，主要是由于金属其表层与离子型的导电介质发生一系列的电化学作用，从而使得金属的表面遭到破坏。所有的电化学腐蚀，都会至少包括一个阳极反应和阴极反应，同时，也会通过金属内部的电子流和在介质中的离子流发生交换。阳极反应是一个氧化过程，是金属离子从金属中转离出来，到介质中，同时发出相应的电子，发生化学价的改变，之后电子与质子中的离子结合。阴极反应则是还原反应，是介质中的氧化剂组成通过吸收阳极的电子而发生还原反应。由于电化学腐蚀其电子流不会对外做功，都会在腐蚀的电池内部消耗点，所以电化学腐蚀是会逐渐的加快腐蚀的速度。

2.工业大气腐蚀机理

处于那些工业污染比较严重的环境中，由于空气中那些硫化物、二氧化碳以及氢氧化物等挥发性物质比较多，同时也包含一些工业的粉尘，这些都是容易引起腐蚀的介质。这些介质在潮湿的环境之下，酸性气体会结合水形成无机酸，这些酸具有很强的腐蚀性能，所以就会诱发腐蚀现象。在工业大气的环境下，设备是由电化学腐蚀以及直接化学腐蚀的综合作用引起的。所有腐蚀的本质，其实都是金属元素在失去电子之后形成离子的一个氧化过程。对于电化学腐蚀和工业大气腐蚀最主要的不同就是二者发生的环境不同。

三、化工设备防腐措施的设计及应用

1.合理选材，优化设计

设备的腐蚀与设备的材料息息相关，在化工材料的选择过程中，要围绕腐蚀发生的情况，注重选材的合理，要充分的考虑到介质的性质、环境的温度以及运行的压力等等，根据化工原料的要求啦设计设备的结构和类型。结构的设计应该围绕化工设备生产运行中的生产要求和应力的特点，在设计中需要注重一下几个方面：首先是产品的产品的结构要求应该要与生产化工产品的耐腐蚀要求相一致；其次是要注意化工设备的运行稳定性和流畅性，防止具有腐蚀性能的介质的停顿、热负荷分配方面的不够均匀以及蒸汽的凝结和腐蚀产物的累积；最后是要注意对于外力的保护，防止因交变应力而引起的疲劳腐蚀。

2.环境防腐处理方法

环境防腐处理就是通过使环境在不影响生产工艺的条件范围下变化而降低腐蚀作用，主要可以通过以下几个方面：一是去除环境中的腐蚀性物质。去除环境的腐蚀性物质，包括去除环境中的水分和氧气以及其他的有害成分，可以通过添加脱氧剂来去除氧气，通过依靠除湿来使金属的表面保持在露点以上，并对装置内的水分控制在一定的指标下面；二是添加具有防腐性能的添加剂。可以添加防腐剂，使得金属的表面能够形成一定的保护膜，进而显著的抑制金属表面的腐蚀从而达到防腐的目的，常见的防腐剂有亚硝酸盐、络酸盐、硫基苯等，在使用这些添加剂时，添加的浓度要十分的严格。

3.表面涂层的防腐措施

常见的是涂漆，这是最为直观的防腐措施。通常使用的防腐漆为油料涂漆，比如邻苯二甲酸树脂、环氧树脂、聚乙烯醇缩丁醛+磷酸等等，为了达到更好的防腐目的，通常在涂漆时不仅要对漆膜的防锈能力、机械性质以及老化性质等进行严格要求还要对涂漆的物件的性质、表面状况以及施工环境和使用条件等做充分的了解。另外就是通过金属覆盖层来防腐。金属覆盖层通常有两种，一种是在覆盖层材料中采用塞焊以及焊衬里、金属复合法，这种防范因为覆盖层的防腐蚀性能好并且较厚，所以具有很长的使用寿命，但是工艺要求较为严格；另一种就是通过牺牲阳极来达到防腐的目的，此法一般有均匀渡铅法、热浸镀和喷镀法，但是由于加工效率较低、覆盖层较薄、使用中局部性防腐寿命短所以使用不是很普遍。

4.规范操作，减少腐蚀程度

化工设备的防腐不仅需要从材料以及防腐手段上面着手，也要注意平时的操作的规范性来达到防腐的效果。在平时的工作中，要对工人进行操作培训，提高工人的安全生产意识和规范操作能力，严格的遵守操作要求，不准超压、超温、超负荷运行。并且，要注意日常的维护和修理，对于一些腐蚀性能较差和压力容器要注重其养护，最好是能够建立设备的档案，对于其制备原料、施工环境等做好相应的检查和记录，以便在日常的工作中能够有效的运作，提高化工设备的防腐性能。

参考文献

[1]封素芹. 化工设备防腐措施运用分析[J]. 科技与生活， 2011， 22.

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关键词：化工机械 机械设备 防腐能力

腐蚀是一种很普遍的现象，它是由于物体与化学物质接触，而发生某种化学反应，从而导致该物体被损的情况。机械化工设备是一种较易被腐蚀的物体，发生腐蚀现象后，设备的外表和性能都有可能遭到破坏，从而使企业蒙受损失。因此，很有必要对机械设备的腐蚀原理进行研究，并采取相应的措施降低设备被腐蚀的程度，促进化工企业的发展。

1 设备腐蚀原因及分类

①设备腐蚀原因。由于机械设备是由金属制成的，金属的结构使其在外界温度和湿度等条件下容易发生锈蚀，这是机械设备发生腐蚀的根本原因。在化工企业的工作环境中，充斥着较多二氧化碳、二氧化硫和氢氧化物等具有腐蚀性的物质，加上工作车间较高的温度和较大的湿度，使得金属机械设备更容易和这些物质发生化学反应，从而被腐蚀。②腐蚀的分类。根据腐蚀发生机制分类，腐蚀被分为化学腐蚀和电化学腐蚀。化学腐蚀主要是由于金属所处环境的温度过高且较为干燥引起的，使金属表层与环境中的介质发生化学反应，导致其被损坏。电化学腐蚀是一种氧化还原反应，主要是由于环境较为潮湿引起的，是金属与电解质溶液接触后，出现了电极反应，导致金属遭到破坏。

2 发生腐蚀的化学机理

2.1 电化学腐蚀机理 金属发生的电化学腐蚀主要发生在金属表层，是由于表层与环境中的离子导电介质发生电化学反应，导致金属表层被破坏。电化学腐蚀的过程中，主要是阳极发生氧化反应，金属离子从金属中转移到介质的过程中释放出电子流，与环境中的离子流结合起来，阴极吸收从阳极转移过来的电子进行还原。

2.2 工业气体的腐蚀机理 在工业环境中，空气中的二氧化碳、二氧化硫和氢氧化物含量较高，还存在着一些挥发物质和一些粉尘，这些介质都会导致环境中金属被腐蚀。如果周围的环境比较潮湿，空气中的酸性气体就会在水的作用下合成无机酸，这是一种腐蚀性极强的物质。在工业气体环境中，机械设备的腐蚀主要是由于直接化学腐蚀和电化学腐蚀的共同作用导致的。这两种化学腐蚀都是一种氧化过程，只是发生的背景有异，化学腐蚀在高温且干燥的环境中发生的，电化学腐蚀在超市的环境中发生。

3 化工机械设备防腐蚀设计

3.1 材料选择 碳素钢是机械制造业使用较为普遍的设备材料，其价格较同类材料较低，而且购买较为方便，同时具有易加工的特点。此类材料在普通的环境中不容易发生腐蚀，如果机械设备采用这种材料，也较能满足设备的防腐蚀需求。但是在化工行业这一特殊的环境中，这种材料则不能满足设备防腐蚀要求，可能会发生较严重的腐蚀现象。因此，在化工企业中，需要选择耐腐蚀的材料才能保护机械设备免受强烈的腐蚀，普通低合金钢则是一种合适的制造基材。

3.2 机械结构与工艺选择 在实际应用中如果机械设备结构设计太过复杂或者设计不合理，则很有可能会导致热应力、积尘和积液等，从而设备的某些接合部位发生腐蚀现象。因此，我们应该对机械的结构进行合理设计，从而提高机械设备的防腐蚀能力。设计过程中要满足以下要求：①机械部件的形状应该尽量简单。②机械部件表面不能有缺陷或损坏。③机械部件尽量使用一样的金属材料。④机械部件中尽量不要有缝隙。⑤机械表面要使用较好的防锈漆，这样可以避免机械部件和腐蚀介质的直接接触，起隔离作用。在对焊缝涂漆时一定要注意，要保证机械部件的每一个部位，包括接缝处，都要涂漆。⑥在机械设备的设计方面，要尽量避免凹形状的出现，或者在设备上设计排水孔，预防水分在设备上滞留所导致的金属腐蚀。⑦在焊接的过程中，要尽量采用连续焊接技术，且对焊接处的夹缝要进行合理设计。

4 设备防腐蚀方法

机械设备的防腐蚀方法有很多种，但大都是从金属本身特质方面考虑，尽量减少金属和具有腐蚀性的介质的接触，或者是在金属的表面涂上防腐蚀的材料等。电化学保护法主要是利用电化学机理，对设备进行改进，使金属设备变为腐蚀电极中的阴极，从而对设备进行防腐蚀保护，一般主要采用外加电流法和牺牲阳极保护法。外加电流法是指，将需要保护的金属作为电池的一极，将另一种附加电极作为电池另一极，而且把需要保护的金属作为阴极，然后外加电流，对作为阴极的金属进行保护。牺牲阳极保护法，是指将与被保护的金属材质相同的金属作为阳极，固定在被保护的金属上，作为腐蚀电池，被保护的金属则作为阴极被保护起来。这是一种科学合理的方法，被很多企业采用，且效果很好。

5 结论

腐蚀现象的存在给化工企业造成了困扰，因此，防腐蚀措施的研究显得尤为重要。本文对设备发生腐蚀的原因进行分析，对腐蚀产生的化学机理进行了研究，并对化工机械设备的防腐蚀设计从材料的选择和工艺的选择方面进行了阐述，最后提出了防腐蚀的两种有效的方法，对化工企业解决机械腐蚀问题具有重要的参考意义。

参考文献：

[1]靳兆文，严明盛.喷涂聚脲弹性体技术在搅拌桨叶腐蚀处理中的应用[J].化学工程与装备，2012（04）.

[2]苏亮超.高压冷却器腐蚀原因分析及防护方案探讨[J].石油化工技术与经济，2012（01）.

[3]李红亮，郑芳，王永辉，王宝铁.浅析化工机械设备的管理和保养[J].中国石油和化工标准与质量，2011（08）.

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关键词 城市燃气管道；防腐设计；问题

中图分类号U17 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）67-0047-02

城市燃气管道腐蚀问题一直是制约燃气运输的重要因素，其在一定程度上会减少燃气管道的寿命，甚至影响其作用的正常发挥。为了延长输气管道寿命，使燃气管道的经济效益和社会效益的得到有效提高。就应该对防腐设计中出现的问题进行分析，并采取相应措施以解决实际问题，将腐蚀问题控制在源头。如何处理好城市燃气管道防腐设计中出现的问题，已经成为相关部门值得探索的事情。

1 城市燃气管道防腐设计中出现的问题及原因

在城市管道防腐设计中容易出现内壁腐蚀问题和外壁腐蚀问题。在对燃气管道防腐设计中出现内壁问题和外壁问题分析之前，应该先对造成燃气管道腐蚀原因进行分析。管道在对燃气进行输送的时候，可能会含有硫化物、二氧化碳、氧及硫化氢等腐蚀性化合物，其一旦与金属管道发生反应，就会引起化学腐蚀，即便是化学腐蚀性较弱，危害性小，长期下去也会使管道表面出现凹穴，甚至穿孔。出现这种问题主要原因是电化学腐蚀。造成电化学腐蚀主要原因是其电极和电位不同。金属发生化学反应时，电极电位会变得较容易失去电子形成阳极。如果电极电位较高的部分获得电子，其就会形成阴极。如果有氧和氯化氢存在，其就会生成氢氧化铁化合物。此外管道腐蚀与周围环境、土壤及相应防腐措施效果也有一定关系。其城市燃气管道防腐设计中的内壁问题来说，出现内壁腐蚀问题的主要原因是天然气中含有水分，其与管道金属接触后会发生化学反应形成化学原电池，进而腐蚀管道内壁。再加上天然气本身含有腐蚀性化学物质，会加剧管道内壁腐蚀速度；而对于城市燃气管道设计中的外壁腐蚀问题来说，其则是管道腐蚀最为严重的部分，其之所以是腐蚀最严重的部分。是因为埋地管道地下环境比较复杂，容易产生电化学腐蚀和细菌腐蚀。当钢管埋入地下后，其会发生化学腐蚀，这种腐蚀是部分全方面性和部位行的腐蚀，其壁管腐蚀厚度及大小几乎是一直的，并不是从简单的管道穿孔就能看出其电化学腐蚀程度的。从中可以看出，城市燃气管道外壁腐蚀主要以电化学腐蚀为主，化学腐蚀和细菌腐蚀为辅。在对管道外壁腐蚀设计的时候，应该着重对电化学腐蚀进行分析。

2 解决城市燃气管道腐蚀设计问题有效措施

2.1 解决城市燃气管道腐蚀设计中内壁防腐问题措施

为了更好解决燃气管道腐蚀设计中内壁腐蚀问题，就应该先对输送的天然气进行净化，以保证燃气质量。毕竟天然气本身具有腐蚀性化学物质，与管道接触后会加快其反应速度。因此，在天然气管道腐蚀设计过程中，必须严格按照国家制定标准对其进行防腐设计。只有这样才能保证燃气管道不被腐蚀，保证燃气质量，进而延长管道寿命，保证燃气管道正常输送。此外，在管道腐蚀设计中，也可以在管道内壁涂上二道环氧树脂，以避免燃气管道内壁腐蚀。

2.2 解决城市燃气管道腐蚀设计中外壁问题防腐措施

解决城市燃气管道防腐设计中外壁问题的时候，可以采取防腐隔绝绝缘法、电保护法和排流保护法。防腐隔绝绝缘法就是可以采用石油沥青、环氧煤理清及塑化沥青及玻璃布等物质使管道外壁与土壤完全隔绝，以避免管道和土壤直接接触，减少电化学腐蚀发生率。这种外壁防腐蚀方法在城区沿线和小区燃气管道防腐设计中应用的比较多；电保护法一般有两种，一种是电源阴极保护法，一种是牺牲阳极保护法和排流保护法。其都是以电化学方式或外加电源方式来避免管道腐蚀的。其中电源阴极保护法是通过被保护的钢质管道通过的直流电流，这种电流能使管道表面发生阴极极化，进而减小或消除钢制管道土壤腐蚀不同原电池电极电位差，将腐蚀的电流降至最低，以此来阻止或降低管道腐蚀。为了达到这一目标，可以牺牲阳极阴极保护和电流阴极保护。牺牲阳极阴极保护就是将负数电位金属和被保护的金属连接，并将其放置在同一电解质中，使负电位金属中的电子转移到被保护的金属管道上，使整个被保护的金属管道始终处于较负且相同的电位下。这种方法在小型或是处于低土壤电阻环境的金属使用次数比较多，因其优势目前在天然气管道中也普遍使用这种防腐方法。外加电流阴极保护能直接在直流电源中应用，同时其也能辅助阳极使电流从土壤流向被保护管道金属中，使金属结构电位低于周边环境。其最大优势是不受管道沿线地形限制，其适合在城市燃气管道防腐设计中应用；排流保护法就是以地下杂散电流方式避免管道与土壤直接接触而发生腐蚀措施。其主要原理是将管道排流导线的排电流和电气化铁路钢轨和变电站的阴极相同，在管道的杂散电流不经过土壤前提下，其能导线引流的方式来防止管道腐蚀。

3结论

就目前来看，管道腐蚀问题已经成为燃气发展的重要因素。我国每年因燃气管道腐蚀问题而造成的经济损失较大。尤其是城市化不断的发展，城市发展对燃气资源的需求量日益增加，使得管道工程建造量也不断的增加，这就在一定程度上加大了燃气管道腐蚀问题。在这种情况下，就应该从管道建设的实际出发，对管道腐蚀设计进行研究，以便更好的保证城市燃气管道运输，为燃气企业和社会发展创造更多的经济价值和社会价值。

参考文献

[1]杨永.城市埋地燃气管道腐蚀防护综合评价系统研究[D].北京化工大学，2004.

[2]何娜.基于风险的长输管道腐蚀缺陷的检测及维修规划[D].兰州理工大学，2010.

[3]韩文礼，林竹.埋地管道防腐蚀技术的现状与展望[J].焊管，2008(3).

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关键词：火焰喷涂；WC-12Co；耐腐蚀性；电化学腐蚀

1 概述

由于低碳钢具有良好的机械性能，能够应用于各个行业的许多方面，因此，如何延长低碳钢工件的使用寿命，降低腐蚀对低碳钢的应用有很大的影响，低碳钢表面火焰喷涂就是其中的一种方法，由于环境的影响，低碳钢表面火焰喷涂复合涂层的耐腐蚀性能就有一定的要求：涂层与基体间的结合强度要高。涂层易脱落，则使得涂层的寿命减小，涂层脱落后对基体的防腐蚀就消失了。由于火焰喷涂的火焰温度范围较大，能够适应各种温度要求，能够喷涂许多的合金粉末，操作简单，能够在许多环境下独立完成，因此火焰喷涂广泛应用于低碳钢表面加工。因此，文章对利用火焰喷涂技术在Q235低碳钢表面制备了不同配比度的Ni基WC-12Co复合涂层，并对其结果进行了研究和分析。

2 实验材料和方法

试验基体材料为Q235钢，Q235是碳素结构钢，与旧标准GB700-79牌号中的A3、C3钢相当，是沿用俄罗斯TOCT的牌号。其钢号中的Q代表屈服强度。Q235钢是低碳钢，由于其优越的物理性能和化学性能使的它应用于工业以及生活中的许多方面。在一般的情况下，这种钢不需要经过热处理就直接进行使用。喷涂材料为镍基WC-12Co，将喷涂材料配比成含WC-12Co为10%，20%，30%的混合粉末进行喷涂。

氧乙炔火焰喷涂枪是利用两根导管，一根连接氧气一根连接乙炔。粉末罐内填装混合均匀的喷涂粉末材料。利用氧和乙炔气体的高速流动使得材料粉末被吹到喷涂喷头处，经过火焰的加热熔化或者半熔化，然后粉末颗粒击打在涂层表面形成涂层。将配置好的粉末材料充分混合后放入粉末罐中，接通导气管，先开氧气让枪体内的空气排净后，打开乙炔。最后点燃即可进行喷涂。

3 实验结果分析

3.1 低碳钢表面火焰喷涂复合涂层试样的宏观金相的分析

图1显示的是三种Ni基WC-12%Co涂层的截面在金相显微镜下形貌。通过观察可以发现复合涂层与基体之间的过渡层很薄，经过热处理后熔化消失。复合涂层与基体结合良好没有出现剥落的现象。涂层的致密度很高、涂层与基体是互相嵌合的结合方式。交界处不是平整的界面而是为波浪形不平整界面。界面干净，没有明显颗粒物和氧化物夹杂，结合方式为机械咬合。涂层组织均匀，内部没有明显裂纹和孔隙。可以看出虽然经过火焰喷涂使得涂层的结构更加紧密，但是仍然有许多细小的疏松的空洞，而且，WC含量越高涂层的结构越紧密，而且由于火焰喷涂不好控制，使得涂层的性能无法得到最大保障，因此，涂层中可能会出现一些较大的空洞，使得涂层无法得到最优的性能。

经过火焰喷涂以后由于火焰的温度较高使得基体发生了热加工过程，基体的组织发生了变化，由图1（d）结合图（a/b/c）的涂层照片，可以发现涂层与基体之间的过渡层中有贝氏体，经过火焰喷涂后，由于火焰的淬火作用使得基体的组织发生变化，组织的变化使得基体的性能也发生变化，基体的强度有所提高。由于组织的变化使得基体得到细晶强化使得基体的晶粒更加细小，结合更加紧密。能够有效的减小晶间腐蚀的发生的速度，从而增强工件的耐腐蚀性。

3.2 耐电化学腐蚀的性能分析

由图2中试样的电化学腐蚀曲线的五个图中可以发现随着电位的不断的增加，电流密度也发生了变化。自腐蚀电位E对于试件的腐蚀倾向起着决定性的作用，E为负数时，它的数值越大，试件的腐蚀倾向也就越大，当E为正的数值时，它的结果与E为负数时的结果相反。自腐蚀电流I与金属试样的腐蚀速度成正比的关系，即随着I的增大，试件的腐蚀速度也就越快，随着I的减小，试件的腐蚀速度也就越慢。通过对比，可以发现30%WC-12Co的涂层的自腐蚀倾向最小，自腐蚀电流最小，它的耐腐蚀性能较高。

4 结论

（1）通过观察涂层与基体的结合界面的微观结构，发现涂层与基体的冶金结合紧密。

（2）比较三组涂层的微观结构，30%WC-12Co的涂层的裂缝、孔洞较少，具有较好的耐腐蚀性。

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关键词：锅炉；受热面；防腐

1. 前言

锅炉在运行中发生受热面腐蚀事故是常见的，它不仅导致机组非计划停机，危及其安全运行，还会造成严重的设备损坏事故。因此，预防、减少和杜绝受热面腐蚀事故十分重要。

2. 受热面的高温腐蚀

锅炉受热面管子及其吊挂零件的外部腐蚀称为高温腐蚀。它使承压部件管壁减薄，而导致发生泄漏和爆炸事故，是威胁电厂锅炉安全运行的重要因素之一，因而必须给予充分的重视。

1）高温腐蚀的机理

受热面的高温腐蚀是复杂的物理化学过程，通常认为它有两种类型：

A、硫化物型高温腐蚀

发生硫化物型高温腐蚀的管子，表面的结垢物中有硫化铁和磁性氧化铁（Fe3O4），这类腐蚀主要发生在火焰冲刷管壁的情况下。其腐蚀过程是：当燃料中的黄铁矿随灰粒和未燃尽的煤粉一起粘到管壁上时，受热分解出游离状态的硫和硫化亚铁，在还原性气体中游离态硫可单独存在，当管壁温度高达350℃及以上时游离态硫和铁会生成硫化亚铁，而硫化亚铁可进一步氧化成磁性氧化铁从而使金属管壁受到腐蚀。在硫化亚铁氧化成磁性氧化铁的过程中还生成SO2和SO3，而它们同碱氧化物将生成硫酸盐。因此实际上，硫化物与硫酸盐型高温腐蚀是同时发生的。

B、硫酸盐型高温腐蚀

发生硫酸盐型高温腐蚀的管子表面有大量硫酸盐和复合硫酸盐。其形成过程为：在壁温为310～420℃时管壁被氧化，使其外表形成一层Fe2O3和极细的灰粒污染层，在高温火焰的作用下，灰分中的碱土金属氧化物（Na2O，K2O）升华，靠扩散作用到达管壁并冷凝，与周围烟气中的SO3化合生成硫酸盐。管壁上的硫酸盐与飞灰中的Fe2O3及烟气中以SO3作用，生成复合硫酸盐，在550～710℃范围内呈液态，对管壁有强烈的腐蚀作用，在650～700℃时腐蚀最强烈。虽然化学反应经过很多中间过程，但实质上是铁的氧化过程。

C、减轻高温腐蚀的预防措施

（1）改善燃烧。

（2）控制壁温。

（3）保持氧化气氛

（4）采用耐腐蚀刚材

3. 锅内腐蚀

锅内腐蚀是指在锅炉汽水通道内部发生的腐蚀，一般有汽水、气体、垢下腐蚀及电化学与机械作用共同产生的腐蚀等多种类型。

1）汽水腐蚀

是由于金属铁被水蒸汽氧化而发生的纯化学腐蚀，是过热器受热面中的主要腐蚀过程， 在蒸发受热面中也会发生。它一般属均匀腐蚀，且不很强烈，危险性较小。

2）气体腐蚀

锅炉由于给水品质不良而引起的溶解氧和二氧化碳的气体腐蚀，属于电化学腐蚀。

（1）电化学腐蚀的机理

由于锅炉所采用的各种金属不是纯铁，它总含有其它化学成分或夹带各种杂质，金属表面的氧化膜层往往是不均匀和不完整的，腐蚀产物在内壁上的沉淀情况也各不相同，且与之接触的给水或炉水（即电化学腐蚀中的电解质溶液）所含的成分也不同，使受热面内壁表面形成了无数微电池。在这些微电池中充当阳极的金属，由于失去电子，并将自己的金属正离子投入溶液而遭受腐蚀。

在电化学腐蚀中，阴阳两极间的电位差越小腐蚀也越小。凡是能促使阳极电位增加，即能阻止阴极的正离子进入溶液中去的物质称为阳极极化剂；而具有促使阴极电位降低，即能阻止阴极的过剩电子放电的物质称为阴极极化剂。反之，能促使阳极的正离子进入溶液的物质称为阳极去极化剂；能促使阴极的过剩电子放电的物质称为阴极去极化剂。综上所述，当锅炉水溶液中含有极化剂时，可使金属的腐蚀速度减慢；当炉水中含有去极化剂时，便会加速金属的腐蚀过程。

（2）锅炉受热面内的气体腐蚀

当给水中含有O2 时，由于O2 是强烈的阴极去极化剂，能吸收阴极电子形成氢氧离子OH-，因而使腐蚀过程加剧。此外，O2又能作为阳极的去极化剂，因为在水中无O2 存在时，铁被溶解，形成氢氧化亚铁Fe（OH）2 ；而当有O2存在时，就进一步使Fe（OH）2氧化成不溶于水的氢氧化铁Fe（OH）3 沉淀出来。由于氢氧化铁的形成使阳极周围的铁离子浓度大大降低，促进了阳极上的铁离子转入水溶液，因而加速了腐蚀的进行。

水中的溶解氧除了上述的去极化作用外，在与锅炉受热面接触时还会在铁的表面形成一层氧化铁膜，但该氧化层往往是很不均匀的，在那些接触不到氧气的地方则仍是铁。由于铁和氧化铁的电极电位不同，形成了微电池，且铁的电极电位小成为阳极，因而被遭到腐蚀。

氧气的腐蚀主要发生在给水管道和省煤器中，因为锅炉给水中的氧气首先与这些管道和受热面接触。提高给水管道和省煤器内水的流速，可以避免O2停留在个别点上，使O2与管道和受热面的接触较为均匀。氧气腐蚀一般是斑形腐蚀。

当给水中存在二氧化碳气体时，能使水溶液中的氢离子H+浓度增加。H+是阴极的去极化剂，因而将使腐蚀过程加剧。当给水中同时存在O2和CO2时，CO2还可以起触媒作用，促使水中Fe（OH）2的转变为Fe（OH）3。在转换过程中，CO2并未消耗掉，因而转换过程不断进行直至O2耗尽为止。因此，当给水中存在O2时，只要有少量的CO2便可大大增加铁的腐蚀。

3）垢下腐蚀也是一种电化学腐蚀。当锅炉给水中含铁量较高时，便会在锅炉的高热负荷区受热面上形成氧化铁垢沉淀，这是一种腐蚀产物沉淀。当受热面内壁存在氧化铁沉淀物时便会影响传热效果，使高热负荷区的管壁温度升高。使管内壁表面的氧化膜遭到破坏，由此而形成了氧化铁垢与铁的微电池，其中铁的电位较低成为阳极而受到腐蚀。由于氧化铁垢是一种固态阴极去极化剂，它将吸收过剩电子而还原，由高价Fe2O3变成低价的磁性氧化铁Fe3O4，并在还原中放出O2；而O2又是强烈的阴极去极化剂，因此使腐蚀过程越来越剧烈。氧化铁垢下腐蚀的形态是斑形腐蚀。给水中加氨N2H4，可以起到消除已经形成的氧化铁垢的作用。

当给水中铜离子含量较多时，在高热负荷区水冷壁内表面上便会形成铁铜水垢，这是由于管内壁上的过剩电子被炉水中的铜离子吸收生成中性原子铜沉淀在管壁上的缘故。铁铜水垢的垢下腐蚀，是由于铜与铁在炉水中形成了微电池而引起的电化学腐蚀，这种腐蚀一般呈点腐蚀形态。由于垢下腐蚀主要发生在炉内热负荷高的水冷壁受热面，为此应严格规定给水中铁和铜的含量。

4）、电化学和机械作用共同产生的腐蚀

在锅炉汽水系统中，或多或少总存在着电化学腐蚀作用，当由于某些原因造成机械腐蚀时，两者的影响便将叠加。

5）、防止腐蚀的措施：

（1）使用复合层钢管；

（2）用防腐材料热喷涂管子表面；

（3）在燃油中加MgO，生成（3MgO·V2O5），其熔点高，使管壁上的液相腐蚀性物质不复存在。■

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关键词：钢质管道 油气输送 腐蚀 防腐

在我国能源构成中石油与天然气占主要的部分，在经济建设中也有着重要的作用，而且在很长的一段时间里仍然可以在我国的能源构成中占有重要位置。当前，由于国民经济的地域性差异，而且我国的油气资源分布很不均匀，使得对油气的需求与供给也非常的不平衡。所以，就需要我们进行油气的再分配工作。油气的输送方式主要是依靠钢质管道完成，而长距离的输送则需将钢质管道埋于地下。钢质管道的材质的主要成分是铁和碳，其暴露在空气中或埋于地下很容易使之发生腐蚀，并且腐蚀产生的漏损也不易及时发现与维修。腐蚀导致的油气泄漏有较强的不可预见性，因而事故造成的损失较大。管道的腐蚀已经成为钢质油气输送管道最主要的破坏形式。本文即从管道的腐蚀形式与腐蚀机理入手加以阐述，并对管道的防腐措施进行了探究。

一、钢质管道腐蚀的两种形式

所谓“腐蚀破坏”，其定义是指在钢质管道和其周边的各种介质接触并同各种介质发生物理及化学反应而导致的破坏。通常，我们按照其腐蚀破坏的形式，可以大致分为两大类：

局部腐蚀：是指整个金属管道仅局限在一定的区域腐蚀，而其它的部位则几乎没有被腐蚀。

b.均匀腐蚀：是指整个金属管道的表面中均匀地受到腐蚀。由于均匀腐蚀容易及早的被发现，因此其造成的危害性比较小。而局部腐蚀比均匀腐蚀更容易发生而且不容易被及时的发现，所以危害较大。

在局部腐蚀中点腐蚀的危害最大的。点腐蚀又称小孔腐蚀，是指在金属管道中的某些部位，被腐蚀成一些深而细小的孔状，严重时还容易发生穿孔。在潮湿的土壤中，埋地管道由于一系列的电化学反应，使得某一部位出现了一些腐蚀的微孔。随着时间的不断推移，这些微孔渐渐加深并至穿透整个管壁而造成穿孔造成钢质管道发生泄漏状况。

二、描述钢质管道的腐蚀机理

通常管道的材料大部分都是钢质的材料，而管道不是暴露在空气中就是被埋于泥土内，这使得管道都很容易产生腐蚀进而造成管道的破坏。一般来讲腐蚀的形式是多式多样的，但是从腐蚀的本质机理上来讲主要有以下两种腐蚀类型：

1、电化学腐蚀

电化学腐蚀是指金属管道表面与其周边的介质中的电解质发生有电流产生一系列的化学反应，并且导致了管道材料发生了性能的改变而产生损耗。也就是我们常说的形成了原电池效应。其特征是指在发生氧腐蚀的表面会形成许多直径不等的小鼓包，次层是黑色粉末状溃疡腐蚀坑陷。由于在介质中普遍存在电解液，所以电化学腐蚀相对于化学腐蚀就更为普遍。特别是钢质材料管道和土壤中介质接触就更容易发生电化学腐蚀。通常电化学腐蚀按其腐蚀的形式可分为两种：

1.1微电池腐蚀：是指在管道表面上相距仅为几mm甚至几μm的阳极和阴极许多微小的电极所组成的原电池造成的腐蚀。这种微电池腐蚀跟化学腐蚀一样都是属于均匀腐蚀，其危害性相对较小。

1.2宏电池腐蚀：是指在管道表面上相距几cm甚至几m的阳极区和阴极区所组成的原电池作用而产生的腐蚀。宏电池腐蚀属于局部腐蚀，外形极不均匀。由于阳极区与阴极区相距较远，介质电阻在回路的总电阻中占相当大比例，因此腐蚀的速度除与阳极和阴极的电极过程有关外，还与介质电阻率有关。若介质的电阻率大，则腐蚀的速度降低。宏电池腐蚀会在钢质管道表面会产生点状、斑块状、坑状、孔穴状或沟槽状等的腐蚀形态使管壁局部变薄而产生损坏和泄漏，故其危害相当大。

2、化学腐蚀

化学腐蚀是指管道表面与周围介质发生完全的氧化还原反应使得管道材料发生的性能改变而导致的损耗。其发生的条件是：在干燥的条件下，主要是金属与介质中的O发生反应生成的金属氧化物而导致的损耗；在潮湿的条件下，一些酸性气体与水蒸气结合而生成弱酸，弱酸与管道发生反应而产生损耗。

钢质管道的化学腐蚀属于均匀腐蚀，只引起管道壁厚的均匀减薄，一般不发生穿孔而引起油气的泄漏。因此，钢质管道的化学腐蚀的危害较小。

三、钢质管道防腐蚀措施

由于钢质油气管道的长度都是很长的，有的长度都到达几千公里以上。在钢质油气输送管道的周围的介质情况相对较为复杂多样，特别是在土壤的状况是千差万别的，使得其腐蚀环境更为复杂。所以，对于钢质管道的防腐工作需要引起我们工作人员的特别重视。当前的防腐技术主要有以下几种：

1、表面涂层防腐

金属管道表面涂敷防腐涂层对钢质管道应用广泛，是公认的有效的防护方法。在金属管道的表面形成各种涂层使得金属表面与腐蚀介质隔离，使得金属的腐蚀速度大大降低。根据涂层的部位的不同可以分为：

1.1内涂层防腐是在管道内表面涂敷相应的防腐涂层，其在有效避免管道输送的油气对管道内壁的腐蚀的同时，还可以使得管道内表面更为光滑而减小输送的阻力。对于输油管道，内涂层一般采用036耐油防腐涂料。其化学稳定性高，机械性能好，不污染油品，使用方便。

1.2外涂层防腐主要是在管道外表面涂敷防腐涂层。由于管道外介质的复杂性使得管道的外涂层防腐变得很重要。目前管道外涂层防腐使用最多的防腐材料有：沥青类防腐涂层、环氧粉末防护涂层、三层聚乙烯复合防护涂层、聚氯脂防护层等。由于管道外介质环境的复杂性使得防腐蚀涂层的使用后较短的时间内出现涂层的剥落和开裂等。因此，根据实际环境情况，在进行外涂层防腐时需特别注意材料的选用与涂装工艺的设计。

2、电化学防腐

因为电化学腐蚀对管道的危害相对较大，所以，对电化学防腐需要我们工作人员特别的重视。通常电化学防腐方法主要有：牺牲阳极保护、外加电流保护和杂散电流排流保护。

牺牲阳极保护是利用电化学腐蚀中，阴极不腐蚀，而阳极被腐蚀的原理，以牺牲阳极为代价，来保护作为阴极的管道的方法。为了有效的实现防腐，牺牲阳极不仅仅在开路状态有足够的负自然腐蚀电位，而且在闭路状态有足够的工作电位，从而保证在工作时有足够的驱动电压。在埋地管道中常用的阳极材料有镁及镁合金、铝及铝合金。其适用于无电源地区和规模小、分散的对象。

强制电流保护是用外部的直流电源作为极化电源，管道接电源负极，辅助阳极接电源正极，在电流作用下，是管道发生阴极极化实现对阴极的保护。辅助阳极多为高硅铸铁、石墨和废钢等。强制电流法是目前长距管道最主要的保护方法。其优点是控制灵活、适合苛刻的复杂腐蚀条件，保护范围广；缺点是一次性投资大，有较强的电磁污染。

杂散电流是一种因外界条件影响而产生的一种电流。如：由于电气化铁路、矿山、工厂等各种用电设备接地与漏电，在土壤中就会形成杂散电流。当土壤中有杂散电流存在时，就可以利用排流实现对管道的阴极极化，从而保护管道不发生电化学腐蚀。但排流保护收到杂散电流的限制。通常分为直接排流、强制排流和极化排流三种形式。各种形式都有局限性，因此，最好埋地管道能够远离杂散电流产生源。