石油系统防腐工程设计与防腐施工新工艺新技术实用手册.pdf

目录 第一篇防腐蚀工程新工艺新技术总论（）⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第一章腐蚀危害分类及评定方法（“）⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第一节腐蚀的危害性（“）⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第二节腐蚀机理（）⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第三节腐蚀的评定方法（ ）⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第四节设备的腐蚀（ “）⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第五节设备的防腐蚀方法（ ）⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 第二章腐蚀环境条件与腐蚀原理（ “ . 3/79 铜 “ . 3/4A B 第一篇防腐蚀工程新工艺新技术总论 金属电极过程电位 “金属电极过程电位 “ 铬 “ ） 失去电子 （’） ， 以离子 （; ; “ 9 、 A、 B、 CB、 D、 6E、 F、 6G、 HI、 6D、 -“OM“OM ’’ 8 ’ “ .Q“.Q ’8 -“-OM“OM’’ 8’ “ 金属的电极电位越负， 向溶液中转移离子的倾向越大， 越易被腐蚀。 （二） 原电池工作原理 人们把能将化学反应产生的化学能转换为电能的装置称为原电池。构成原电池的 主要条件是 必须有两个电极电位不同的电极， 即阳极和阴极； 两极处在同一电解质溶液 第一篇防腐蚀工程新工艺新技术总论 或互相联通的不同电解质溶液中； 阳极和阴极之间有导体连接。电池接通后发生电极反 应， 并产生电流， 经导线由阳极流向阴极。下面以伏特电池为例说明原电池的工作原理。 将具有不同标准电极电位的金属铜和金属锌浸入 “溶液中， 以导线连接， 即构 成了伏特电池。图 906066061 406006806786 2*06068160067 /25， 即可发生氧的去极化腐蚀。 与氢的去极化作用一样， 氧的去极化作用也存在着超电位问题。当阴极表面能顺利 得到氧的供给时， 超电位很低， 氧的去极化反应很容易进行； 反之， 如果溶液中溶解的氧 很少或向阴极补给扩散很慢， 则超电位很高， 去极化腐蚀也随之降低。氧超电位的大小 与阴极金属性质、 电流强度及溶液的含氧量、 温度、 压力等均有关系。表 ’ “ ’ 列出在 部分金属上氧的离子化超电位。 表 ’ “ ’ 在部分金属上氧的离子化超电位 ““ “ “ “ “ , 5 金属 电流强度 , （,A“） /.2 金属 电流强度, （,A“） ““ “ /.2 ““ “ 3/.2/./B7.2.“/ ““ “ C/./.23D.0E. ““ “ BC/.EE./2F8..2 G; -,， 炼油化工施工安全规程； （） 防腐蚀节点图集， 即建筑设计资料手册， “ ’ 炼油化工设计通用化 第四章防腐蚀工程预算 工建筑防腐蚀节点图集。 “ 定额共六章。第一章 整体面积； 第二章 平面砌块料面层； 第三章 立面砌块料面 层； 第四章 池沟槽砌料面层； 第五章 涂料； 第六章 隔离层及其他； 附录。附录包括各种 半成品 （如胶泥） 的配比、 材料用量、 单价参考表、 选用材料预算价格表、 材料施工损耗及 实用量表等。 设备、 管道防腐蚀与工业建筑防腐蚀相比， 后者用料多、 价格贵， 二者相加的总投资 额常占化工的总投资额 年间 37 B; 第三篇防腐蚀工程表面清理新工艺新技术 薄 膜 技 术 光学薄 阳光控制膜 低辐射系数膜 防激光致盲膜 “ 、 7 7A、 6A、 -B、 90、 /C2、 65J                                     装饰膜 图 D D 薄膜技术内涵 例如 GH， 反应温度在 ,KK L MKKN。若通过气相反应的能量激活， 还可把反应温度 降低。常压化学气相沉积 （-;H） 或大气压下化学气相沉积 （;H） 是在 KOKP L KOPG; 压力下进行， 低压化学气相沉积 （A;H） 则在 Q PK D 8 G; 下进行。 “辅助” H 的工艺较多， 主要有电子辅助 H （IH）（也称为电子束辅助 H， 电子增强 H， 或电子束诱导 H） ， 激光辅助 H （AH）（也称为激光 H 或光子辅助 H） 等。 （） 物理气相沉积 （;H） 是指在真空条件下， 至少有一种沉积元素被雾化 （原子化） 的情况下， 进行的气相沉 积工艺。它可以用辉光放电或等离子体的作用辅助进行， 这时， 称为等离子辅助 ;H （; D ;H） 。它能够在各种基材上沉积金属合金、 陶瓷和聚合物膜层， 基材的界面可以 得到改进， 膜层的特性 （即厚度、 结构和组成） 可以控制。与化学气相沉积 （H） 相比， 它 具有沉积温度低 （H 为 MKK L PKKN， ;H 为 KK L 8KKN） ， 沉积速度高 （H 为 P L R8P 第二章防腐蚀表面工程技术 “ ， 、 ;5 等 抗氧化镀层5、 5/ 5、 7、 3 等 耐磨镀层硬 A、 乳白 A、 5/ 等 减磨防粘结导电层 76 、 7、 3、 ;、 5,. 等 装饰镀层7、 、 B5 A 等 电刷镀、 激光电镀、 脉冲电镀等        还包括 化学镀 有机涂层 通用防腐蚀涂层酚醛、 聚氯乙烯、 环氧树脂、 聚氨脂、 防腐蚀涂层等 专用防腐蚀涂层化工防腐蚀、 耐酸、 耐油、 耐氨水及重防腐蚀涂层 工业专用涂层飞机、 舰船、 汽车、 火车、 大桥等专用涂层 特种功能涂层 电磁功能绝缘涂层、 导电涂层、 磁性涂层 电磁波功能发光涂层、 吸波涂层、 迷彩涂层等 热功能防火涂层、 耐热涂层、 隔热涂层、 高温涂层 机械功能可剥离涂层、 防滑涂层 界面功能防冰涂层、 防粘涂层、 防凝露涂层          生物功能防霉涂层、 杀菌涂层、 防污涂层等 无机涂层 抗高温氧化涂层 C 、 D、 E/ D 高温珐琅涂层 热障涂层FA71G / 9A571 热浸镀层 热浸镀金属9.、 71、 J、 . 热浸镀二元合金9.71、 .J 热浸镀三元合金9.71KL、 { 9.71 暂时性保护层 防锈水剂 （H） M ， MH8H， 228N H 防锈切削液 D O ， O ， 8 O ， O ， ⋯D*O 防锈油脂多种牌号 气相防锈材料DPO， CD， C*， Q*8， MPD， Q* 可剥性塑料 D O ， O ， ⋯⋯Q {                            O 图 8 / / 8涂镀层技术内涵 *D 第三篇防腐蚀工程表面清理新工艺新技术 一、 金属电化学沉积 （俗称电镀） 电镀是直流电通过阴阳极板进入一定的电解质溶液 （镀液） 中， 使金属或合金沉积到 阴极 （镀件） 表面上的过程。或者说， 在外电流作用下， 电解质溶液中的金属离子迁移到 阴极 （镀件） 表面， 发生还原反应并形成新相的过程。在不改变零件主体性能的情况下， 在镀件表面电镀， 可获得一层金属镀层， 从而达到提高零件耐腐蚀、 装饰、 耐磨或特种功 能作用等目的。虽然它在表面处理技术中的历史较长， 工艺也比较成熟， 但随着现代工 业和技术的飞速发展， 对电镀层的功能性要求越来越高， 如高的耐腐蚀性、 抗氧化性、 良 好的导电性、 高硬度、 高的耐磨性以及某些特殊的物理、 化学特性， 像特殊的电学性质、 磁 学性质、 半导体性能以及超导性能等， 电镀新技术也在不断发展。 电镀的种类很多， 分类方法也不同， 有单金属电镀 （普通电镀、 贵金属电镀） 和合金电 镀 （二元合金、 三元合金、 四元合金电镀等） 以及功能性电镀 （赋予镀层某些特殊性能的电 镀） 等， 还有一些特殊的电镀工艺如非晶态电镀、 复合电镀、 电刷镀、 化学镀、 激光电镀等。 表 “ “ 是目前常用的单金属和合金电镀的种类。 表 “ “ 目前常用的单金属和合金电镀的种类 金属镀种二元合金镀种三元合金镀种四元合金镀种 、 、 * “ 12、 * “ /、 * “ 54、 * “ “ 9、 * “ ; “ /、* “ 9675 钢为例， 产生镉脆的 温度也是比较低的。 “控制与镀镉零件的接触 没有镀层的钢零件应防止在能够产生镉脆的温度环境条 件下与镀镉件相接触。 限制零件承受的应力载荷 在温度相同时， 零件承受载荷大小不同， 产生镉脆的速 * 第三篇防腐蚀工程表面清理新工艺新技术 度也不同。 增加阻挡层 钢与镉的直接接触才具备镉原子渗入钢基体产生镉脆的条件， 在钢表 面先电镀一层其他金属后再镀镉， 使钢与镉不能直接接触， 也可以防止镉脆， 但所选择的 阻挡层必须是对钢基体没有危害的金属。 镉镀层的应用范围 “工作温度在 “以下的钢、 铜和铜合金零件的防护；与铝 合金和镁合金接触的钢或铜零件的防护； 拧入铝合金、 镁合金的钢或铜制过渡配合的 螺纹件的防护； 温度超过 的水中工作的零件的防护；防止工作面冷作硬化的钢 零件的防护；9钛的镀层。外观为银白色至米黄色， 镀层 均匀、 细致。镉钛镀层不仅具有优异的低氢脆性能， 而且还有良好的抗腐蚀性。耐蚀 性与镉镀层相似， 但在海水中长期浸泡， 其耐蚀性比镉镀层好 （可参见表 “ 7 7 1） ， 是高 强度钢首选防腐镀层。 表 “ 7 7 1镉 7 钛镀层的耐蚀性试验结果 “ 镀层类别镀层厚度 无氰镀镉 7 钛层. 33.8 无氰镀镉层. 335 氰化镀镉层. 3335 “按 13/5.3 周期浸润腐蚀试验方法检测。 113 第二章防腐蚀表面工程技术 镉 钛镀层的允许使用温度不超过 “。长寿命的钢制零件镀镉钛后使用温度应 低一些。 表面处理过程中的酸洗、 腐蚀、 阴极除油、 电镀等工序， 都会使材料受氢， 这会增加材 料氢脆破坏的危险。氢脆的发生， 就是氢在应力作用下向应力集中区迁移， 氢以某种方 式削弱了钢的内部键合力。当足够的氢聚集时， 裂纹就开始了。高的应力以及氢向裂纹 尖端移动， 这个过程一直继续到发生断裂为止。在为高强度钢防护选择防护层时， 应选 择低氢脆性的镀层 （镉 钛镀层是一种低氢脆性镀层） ， 同时在镀覆过程中还应定期做氢 脆性能检测。 镉 钛镀层使用范围 高强度钢 （9， 是较活泼的金属之一。喷锌涂层外观呈暗白色， 在人工海水中的电极电 位约 1 E 1 的环境中有很好的耐蚀性； 锌 在干燥大气和农村大气中也很耐腐蚀， 腐蚀速度仅为 61 E 61997F； 而锌在工业 大气和潮湿大气中， 耐蚀性却有所降低。一般地， 在污染的工业大气中， 锌的腐蚀速度大 于 6;997F。锌在水中也相当稳定， 其中在硬水中的稳定性高于在软化水中的稳定 性， 但随着水中氧、 二氧化碳、 硫化氢和二氧化硫等气体含量的增加， 稳定性变差， 腐蚀速 度相应地由 6997F 增加到 6997F。氯离子也使锌的腐蚀速度增加。锌中的 GH、 “I、 ’ 等杂质含量的增加也会使锌在热水和蒸汽中的腐蚀速度显著加快。 锌在海水中的腐蚀速度约为 6997F， 随海水流速的增大， 腐蚀速度也相应增大。 喷锌 （ - 5 的气 氛中具有较好的耐蚀性。 喷铝 （’） 涂层是采用电弧喷涂或火焰喷涂工艺所形成的涂层。采用热喷涂方法， 喷 涂效率高， 大工件或现场施工均可。所喷涂层粘结性好， 涂层厚度一般为 1, - /, 第三篇防腐蚀工程表面清理新工艺新技术 “。喷铝涂层广泛应用于防大气腐蚀， 其在酸性介质中的耐蚀性优于锌， 使用温度 可超过 *。67 合金的电化学性质在静特性方面 与锌相似， 电位接近锌， 而在动特性方面与铝相似， 腐蚀速率与铝接近， 故锌铝合金涂层 的综合性能优于锌涂层和铝涂层， 是一种常温下高效的电化学阴极保护耐腐蚀涂层。 对不同厚度的锌铝合金涂层， 其防护效果是不同的。如， 当 67 8 合金涂层的厚 度为 4 5 , 时， 涂层在大气环境中不会因基体锈蚀而 “泛黄” ， 如果与封闭涂料组合使 用， 则涂层会有很长的防护寿命。当涂层厚度为 , 5 8 时， 涂层可直接使用， 而且有 较长的防护寿命。如果涂层厚度为 8 5 8/ 铜 （2） 合金；/ 铝 （“） 合金； 合金。 自熔性合金粉末材料 ./ 镍 （0’） 基自熔性合金 镍铬硼硅 （0’,’） 、 镍硼硅 （0’ 1 ,’） ； 3/ 钴 （4） 基自熔性合金 钴铬钨硼 （45） 、 钴铬钨硼镍 （450’） ； 6/ 铁 （89） 基自熔性合金 铁镍铬硼硅 （890’,’） ； / 铜基自熔性合金。 “金属氧化物陶瓷复合粉 ./ 氧化铝系 “ 、 ,’ 、 “ *； 3/ 氧化钛 系 乙烯树脂涂料 氯乙烯 0 乙酸乙烯 0 乙烯醇三元共聚物 （聚酯树脂涂料饱和聚酯和不饱和聚酯 1环氧树脂涂料环氧树脂、 脂肪族聚烯烃环氧树脂、 改性环氧树脂 9. 第四篇防腐蚀工程中常用涂料及新型材料 序号代号涂料产品类别代表性成膜物质 “聚氨酯涂料 加成物、 预聚物、 缩二脲及异氰脲酸酸酯多异氰酸酯 （芳香族与脂肪 族） 元素有机聚合物涂料有机硅、 有机钛、 有机铝、 有机磷等 “’） “’- 氯化橡胶 （’,789;““） 环氧树脂 聚酰胺 （’,789;“’）和 7“的扩散系数和浓度积， 用下式计算出漆膜的比导电度 ， 结果列入 表 “ “ .。表 “ “ . 为浸入 97 水溶液中漆膜的比导电度。 “ ； ， （1* 饱和的离子交换水中， 测定漆膜附着力经 时变化与氢电解电流的关系， 绘成图 5 ’ / 的曲线。结果表明， 涂漆钢板的附着力在 浸泡的初期变化不大， 经过一段时间后， 开始下降， 在氢电解电流出现峰值的时候， 正是 漆膜附着力下降的起始时间。以后由于极化作用， 电流下降。附着力越大， 出现峰值的 时间越迟。认为可以用湿附着力推断漆膜的保护寿命。而且在设计防腐蚀涂层选择防 腐蚀涂料时， 在机械性能方面， 要把附着力尤其是湿附着力作为首要条件考虑。 图 5 ’ /漆膜附着力经时变化与氢电解电流的关系 2’3 AB4-66,01 这一观点认为， 涂料具有良好防腐蚀性的基础是漆膜在钢铁表面上有极佳的湿附着 力。如果漆膜的透水性透氧性低， 膜下溶解离子少， 渗透压低， 可以延长湿附着降低的时 C2’ 第二章防腐蚀涂料的基本性能 间， 则涂膜的保护期将得到延长。 该理论推断， 如果在涂层与钢铁表面之间的所有区域均有充足的湿附着力， 则涂层 可以无限期地保护钢铁。但遗憾的是影响因素太多， 理想的湿附着力难以实现， 人们只 能尽力为之。 第二节颜料的防腐蚀作用 因为有成膜物质的结构气孔和针孔以及施工和使用中在漆膜上留下的微小缝隙或 划伤的存在， 想得到一种非常完整的漆膜是不现实的。虽然通过提高漆膜的湿附着力等 手段可延缓或减少膜下的丝状腐蚀， 但漆膜透氧透水继而腐蚀的现象是迟早要发生的。 防锈颜料的作用可以改善这种弊病导致的不良后果。 一、 颜料的钝化作用 当水和氧透过漆膜时， 某些氧化性和碱性颜料可微溶于水， 在钢铁表面的阳极区发 生钝化作用， 生成钝化膜， 提高阳极的电极电位， 减少 “ 的差值， 甚至使其向阴极转 化， 达到防止腐蚀的目的。属于钝化性颜料的重要品种有铬酸盐系和铅系颜料。 （一） 铬酸盐防锈颜料的钝化作用 铬酸的钾、 锌、 钙、 铅、 锶、 钡盐及它们的复合物都属于化学防锈颜料。它们在水中有 一定的溶解性， 同时能电离出 以上， 其余是 56 等。红丹是历史悠久并一直沿用至今的优良防锈颜料， 关于它抑制腐蚀的机理， 可 以归纳为以下几个主要方面 （） 红丹在金属的阳极区和阴极区都能发生抑制腐蚀的作用， 这种作用不同于铬酸 盐在水中解离出活性离子， 而主要依靠晶格上的不可逆的离子交换反应， 生成不溶于水 的稳定的覆盖层。 红丹的结构式如下 其晶格中有规则地排列着铅酸根离子和二价铅离子， 处于外层的 56 56， 晶格保持不变， 结构式如下 第二章防腐蚀涂料的基本性能 “ 与钢铁表面残留铁锈中的 0907钝化态 “’萃取水/9;0961数小时内钝化态， 缓慢腐蚀 碱式碳酸铅萃取水-9/609-1全面腐蚀 ， 生成不溶的