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工業循環水九大腐蝕機理全解析

發布時間:2019年10月10日 09:48 作者:煤化工知庫 點擊數:

來源:煤化工知庫


腐蝕是指(包括金屬和非金屬)在周圍介質(水,空氣,酸,堿,鹽,溶劑等)作用下產生損耗與破壞的過程。循環水處理有一個很重要的任務就是防腐,本文詳細介紹一下循環水處理九大腐蝕機理!

1 電化學腐蝕

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電化學腐蝕指金屬表面與離子導電的介質發生電化學反應而產生的破壞。在反應過程中有電流產生,腐蝕金屬表面上存在著陰極和陽極。

陽極反應是金屬原子失去電子而成為離子狀態轉移到介質中,稱為陽極氧化過程。陰極反應是介質中的去極劑吸收來自陽極的電子,稱為陰極還原過程。

這兩個反應是相互獨立而又同時進行的,稱之為一對共軛反應。由陰陽極組成了短路電池,腐蝕過程中有電流產生。如金屬在海水、土壤及酸、堿、鹽溶液中的腐蝕均屬這一類。

2 極化和去極化作用

極化:

金屬腐蝕過程中,電流在陽極部位和陰極部位間流動,這說明陽極部位和陰極部位間有電位差。如果水中不含氧,陽極腐蝕反應的電子在陰極發生以下反應:

2e+2H+→2H→H2

生成的原子態氫和氣體覆蓋在陰極表面,循環水處理,冷卻水處理產生了與腐蝕電位相反的電壓,稱為的超電壓,使循環水處理中的電位差起了變化,阻止了電流的流動,也就是停止了腐蝕過程的進行。

這種由于反應生成物所引起的電位差變化稱為極化。循環水水處理中在腐蝕過程中起了極化作用,極化作用起了抑制腐蝕過程的作用。

去極化:

當水中有溶解氧存在時,陰極反應按下式進行:

H2+1/2O2→H2O或1/2O2+H2O+2e→2OHˉ

由于氧參加了反應,奪走了覆蓋在陰極表面上的原子態氫和,因而使氣體的極化作用遭到破壞。排除極化的作用稱為去極化,氧在腐蝕過程中起了去極化作用,去極化作用起了助長腐蝕過程的作用。

3 電偶腐蝕

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很多生產裝置是用不同的金屬或合金制造而成,這些材料是互相接觸的。由于不同金屬電位間存在著差異,在水溶液(電介質)中形成電偶電池,較活潑的電位較負的金屬是陽極,腐蝕速度要比未偶合時高;電位較正的金屬是陰極受到保護,腐蝕速度下降或停止。在系統中,常見的電偶腐蝕有鐵和黃銅、鐵和不銹鋼、鋁和鋼、鎊和鋼、以及鋅和黃銅等,不論在哪種情況下,都是前一種金屬遭受腐蝕。

4 氧濃差腐蝕

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氧濃差腐蝕電池是金屬在水中腐蝕時最普遍、危害最大,但又是最難防治的一種腐蝕電池。氧濃差電池是介質濃度影響陰極反應而產生最位差。

最常見的氧濃差電池有兩種類型,一種是在不用深度的水中由于溶解氧濃度不同而造成氧濃度梯度產生的氧濃差電池,如水線腐蝕;另一種則是冷卻水系統中最常見,也是危險最大的污垢下腐蝕或叫做沉積物腐蝕。在沉積物下面形成縫隙區,在這些縫隙區的溶液中,氧要得到補充是非常困難的;而縫隙外的金屬表面上的溶液,氧的供應很充分,因而縫隙外是富氧區一陰極,而縫隙內則是貧氧區一陽極。縫隙區形成的氧濃差電池造成的腐蝕部位在縫隙之內,或在沉積物下面。

5 縫隙腐蝕

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縫隙腐蝕是金屬表面被覆蓋部位在某些環境中產生局部腐蝕的一種形式。大量熱交換器的腐蝕穿孔,其中是最主要的原因是污垢下的腐蝕——縫隙腐蝕的一種類型。

縫隙腐蝕的產生要有兩個條件:一是要有危害性陰離子(Cl)存在;二是要有滯留的縫隙作為一個腐蝕部位,縫隙要寬到足夠能使液體進入,但又要窄到能保持一個滯留區。

一般認為寬度在幾千分之一英寸(1密耳以下)就會導致腐蝕,寬度在1/8英寸(0.3毫米)以上腐蝕很少產生。

6 點蝕

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也稱為坑蝕、孔蝕,但現成比較統一的叫點蝕。點蝕是一種特殊的局部腐蝕,導致在金屬上產生小孔若用P表示腐蝕孔的深度,d表示腐蝕孔的寬度,當P/d≤1時稱為局部腐蝕;

P/d>1時稱為點蝕。產生點蝕的原因主要是水中離子或粘泥在金屬表面產生沉積,這些沉積物覆蓋在金屬表面使水中溶解氧和緩蝕劑不能擴散到金屬表面上,從而造成局部腐蝕。

水中Cl-對點蝕也有影響,點蝕經常發生在熱交熱器的高溫區和流速緩慢發生沉積的部位,增加水的流速有利于氧的擴散,有利于鈍化膜的修補,而且亦可帶走小孔上的沉積物,有利于控制點蝕的發生。

點蝕是潛伏性和破壞性最大的一種腐蝕類型。點蝕都是大陰極小陽極,有自催化特性。小孔內腐蝕,使小孔周圍受到陰極保護。孔越小,陰、陽極面積比越大,穿孔越快。

點蝕發生有時往往是在材料的一側開始,在另一側擴大穿孔,使得檢測很困難。由于點蝕極強的破壞性,現在已愈來愈引起人們的重視。

7 應力腐蝕

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應力腐蝕是指在拉應力作用下,金屬在腐蝕介質中引起的破壞。這種腐蝕一般均穿過晶粒,即所謂穿晶腐蝕。應力腐蝕由殘余或外加應力導致的應變和腐蝕聯合作用產生的材料破壞過程。應力腐蝕導致材料的斷裂稱為應力腐蝕斷裂。應力腐蝕一般認為有陽極溶解和氫致開裂兩種。

常見應力腐蝕的機理是:

零件或構件在應力和腐蝕介質作用下,表面的氧化膜被腐蝕而受到破壞,破壞的表面和未破壞的表面分別形成陽極和陰極,陽極處的金屬成為離子而被溶解,產生電流流向陰極。

由于陽極面積比陰極的小得多,陽極的電流密度很大,進一步腐蝕已破壞的表面。加上拉應力的作用,破壞處逐漸形成裂紋,裂紋隨時間逐漸擴展直到斷裂。這種裂紋不僅可以沿著金屬晶粒邊界發展,而且還能穿過晶粒發展。

8 磨蝕及空化

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磨蝕是由于腐蝕流體和金屬表面間的相對運動,引起金厲的加速破壞或腐蝕,這類腐蝕常與金厲表面上的湍流程度有關。

湍流使金屬表面液體的攪動比層流時更為劇烈,使金屬與介質的接觸更為頻繁,故通常叫做湍流腐蝕。湍流腐蝕實際上是一種機械磨耗和腐蝕共同作用的結果。

磨蝕的外表特征是槽、溝、波紋、圓孔和山谷形,還常常顯示有方向性。在工廠中,像泵的葉片、閥、彎管、肘管、渦輪葉片、噴嘴等流速變化較大的部位,易產生磨蝕。

空化作用又稱空泡腐蝕,它是磨蝕的一種特殊形式,是由于金屬表面附近的液體中有蒸氣泡的產生和破滅所引起的。在高流速液體和壓力變化的設備中易發生這類腐蝕,如水力渦輪機,船用螺旋槳、泵葉輪等。空泡腐蝕的外表十分粗糙且蝕孔分布緊密,它是腐蝕和機械作用兩者引起的。

9 微生物腐蝕

微生物腐蝕是一種特殊類型的腐蝕,它是由于微生物的直接或間接地參加了腐蝕過程所起的金屬毀壞作用。微生物腐蝕一般不單獨存在,往往總是和電化學腐蝕同時發生的,兩者很難截然分開。

引起腐蝕的微生物一般為細菌及真菌,但也有藻類及原生動物等,在大多數場合下都可看作是各種細菌共同作用而造成危害的。微生物影響腐蝕主要是通過使電極電位和濃差電池發生變化而間接參與腐蝕作用這條途徑,其方式大體分以下幾類:

1.由于細菌繁殖所形成的粘泥沉積在金屬表面,破壞了保護膜,構成局部電池;

2.由細菌代謝作用引起氧和其它化合物的消耗,形成通氣差電池和濃差電池,在局部電池中發生去極化作用;

3.由細菌代謝產物的作用引起的;

1)影響pH值或酸度;

2)影響氧化還原電位;

3)使環境的化學狀況發生變化(包括氨、硝酸鹽、亞硝酸鹽、硫酸鹽、硫化物等其他離子,在應中起催化作用);

4)生成或消耗氧而影響氧的濃度。

微生物腐蝕是一種局部腐蝕,而且幾乎都有點蝕的跡象,其危害是極其嚴重的。



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