腐蚀第11章防腐蚀课件

第第11 章章 防腐蚀设计防腐蚀设计 设计是设备制造过程的第一个环节，也是设计是设备制造过程的第一个环节，也是最重要的环节。最重要的环节。防腐蚀设计包括防腐蚀设计包括:1、耐蚀材料选择耐蚀材料选择(主体设备材料、零部件材料、主体设备材料、零部件材料、覆层材料覆层材料)2、防腐蚀结构设计防腐蚀结构设计3、防腐蚀工艺流程设计防腐蚀工艺流程设计4、防护方法的选择防护方法的选择11.1 金属材料的正确选择金属材料的正确选择11.1.1 正确选材的基本原则正确选材的基本原则选材一般步骤：选材一般步骤：（1）查阅有关资料查阅有关资料,手册手册,书籍书籍,数据库数据库,专家系专家系统，统，参考前人工作参考前人工作,数据和经验积累；数据和经验积累；（2）实地调查实地调查,科学分析科学分析,为选材提供第一手资为选材提供第一手资料；料；（3）必要的实验必要的实验,当现有数据资料不足当现有数据资料不足,要设计要设计实验实验,如现场挂片试验、模拟生产实验、实验室挂片、如现场挂片试验、模拟生产实验、实验室挂片、各种方法的腐蚀速率测量及各类局部腐蚀的评价。各种方法的腐蚀速率测量及各类局部腐蚀的评价。一、设备一、设备（1）设备的用途）设备的用途（2）加工要求和加工量）加工要求和加工量（3）设备在整个装置中所占的地位，以及各设）设备在整个装置中所占的地位，以及各设备之间的相互影响备之间的相互影响（4）是否易于检查、修理或更换）是否易于检查、修理或更换（5）计划的使用寿命）计划的使用寿命二、腐蚀环境二、腐蚀环境（1）介质的种类、浓度、温度、压力、流速、）介质的种类、浓度、温度、压力、流速、充气情况等充气情况等（2）原料和工艺水中的杂质）原料和工艺水中的杂质；设备局部区域设备局部区域(如缝隙、死角如缝隙、死角)内介质的内介质的 浓浓缩、杂质的富集、以及可能的局部过热或局缩、杂质的富集、以及可能的局部过热或局部温度偏低；部温度偏低；介质条件变化的幅度等。介质条件变化的幅度等。三、腐蚀影响三、腐蚀影响(1)可能发生的腐蚀类型可能发生的腐蚀类型(2)对全面腐蚀有良好耐蚀性的材料，如不锈对全面腐蚀有良好耐蚀性的材料，如不锈钢，要特别注意可能发生的局部腐蚀问题。钢，要特别注意可能发生的局部腐蚀问题。(3)腐蚀破坏的后果腐蚀破坏的后果 选材图选材图 I 0Cr13,1Cr18Ni9,Ti IICr18Ni12MoTi,0Cr18Ni9III0Cr18Ni9,Cr18Ni12Mo3TiIVTi,Cr35Ni,锆，高硅铁锆，高硅铁VCr18Ni11Si4AlTi,Ti,高纯铝高纯铝选材0 10 20 30 40 5 0 60 70 80 90 100 硫酸%温400度 C 350 250 200 150 10050 Dur高硅铁D20Durimet20合金C2高镍钼合金C3高镍相铬合金线Dur曲点沸pbDurpbC2Durc2DurC3pbC2C3D-20DurDurD-20C2C3pbC2C3D-20DurFepbD-20C2C3Dur除pb以外其他合金硫酸的简单选材图 (按腐蚀速度20 mpy)选材在此区沸点下不可使用哈氏合金B及D奈尔逊(Nelson)制作的硫酸 20 40 60 80 100 103.5 Hso%温 600度 C 500 400 300 200 100 沸点曲线10123458976材图按腐蚀速度不于20(mpy)选材Nelson硫酸选材图中各区合用的材料(包括金属,非金属)1区10%铝青铜(不含空气)，IlliumG镍铬（铜铁铁)合金。哈氏合金B及D、Durimet20合金、Worthile铁镍铬合金、铅,铜(不含空气）潆乃尔合（不含空气）、钽、金、铂、银、锆、Nilonel镍铁铬合金、钨、钼,3.6型不锈钢铁(充气，浓度到10%)。玻璃，酚醛（石棉)塑料，橡胶（到时170F止）、不透性石墨2区高硅铁，哈氏合金B及D.Durimet20合金(到150F止),铅,铜(不含空气),Worthite铁镍铬合金(到150F止)，蒙乃尔合金(不含空气)10%铝青铜(不含空气).镍铸铁(20%以下75F)钽,金,银,铂,锆,Nionel镍铁笱合金，钨,钼,316型不锈钢(含空气，75F,到25%)玻璃，酚醛(石棉)，塑料，橡胶(到170F止)不透性石墨3区高硅铁，哈氏合金B及D,Durimet20合金(到150F止)，铅,Worthile铁镍铬保金.蒙乃尔合金(不含空气)，钽,金,铂,锆,钼,玻璃,不透性石墨4区钢、高硅铁、哈氏合金B及D.铅(到96%浓度),Durimet20合金,Worthite铁镍铬合金，镍铸铁,316型不锈钢(浓度80%以上)，钽,金,铂,锆,玻璃，不透性石墨(浓度96%以下)5区高硅铁，哈氏合金B及D,Durimet20合金(到150F止)，Worthite铁镍铬合金(到150F止)铅(至175F及96%)浓度.钽,金,铂,玻璃，不透性石墨(到175F,浓度96%)6区高硅铁，哈氏合金B及D(腐蚀速度20-50mpy),钽,金,铂,玻璃7区高硅铁,钽,金,铂,玻璃8区钢,18-8型不锈钢，Durimet20合金,Worthite铁镍铬合金,哈氏合金c,金,铂,玻璃9区18-8型不锈钢,Durimet20合金,Worthite铁镍铬合金,金铂,玻璃10金.铂.玻璃常见的一些选材实例碱溶液镍和镍合金硝酸不锈钢浓硫酸碳钢稀硫酸铅氢氟酸Monel（蒙乃尔）合金Ni63Cu30Fe2.5盐酸Hastelloy(哈氏）合金Ni59Cr15Mo16W4Fe5未污染大气铝还原性和非污染溶液铜氧化性溶液含铬的合金强氧化性溶液钛11.2 结构设计结构设计 腐蚀控制对结构设计的一般要求腐蚀控制对结构设计的一般要求（1）设备的结构应尽可能简单，减少腐）设备的结构应尽可能简单，减少腐蚀电池形成的机会。蚀电池形成的机会。（2）从防腐蚀角度看，整体结构比分段）从防腐蚀角度看，整体结构比分段结构好结构好。（3）设备的表面状态应当均匀、平滑、）设备的表面状态应当均匀、平滑、清洁，突出的紧固件的数目愈少愈好清洁，突出的紧固件的数目愈少愈好。（4）结构上应尽量避免缝隙、死角、坑洼、）结构上应尽量避免缝隙、死角、坑洼、液体停滞、应力集中、局部过热等不均匀因液体停滞、应力集中、局部过热等不均匀因素。素。（5）注意材料的相容性和设备之间的相互腐）注意材料的相容性和设备之间的相互腐蚀性影响。蚀性影响。（6）采用覆盖层保护的设备）采用覆盖层保护的设备(如衬里设备如衬里设备)有有要足够的强度和刚度，使用中不能变形。要足够的强度和刚度，使用中不能变形。（7）几何结构应方便设备清洗，维修和防腐）几何结构应方便设备清洗，维修和防腐蚀施工。蚀施工。尽量集中附件、简化主体设计尽量集中附件、简化主体设计不良良入孔安全阀排出管排出管入孔安全阀表面;应简单、平滑、清洁，避免尖角和切痕。焊缝应整理和打磨，除去凹出物，填充孔隙，突出的紧固件愈少愈好尖角粗糙雪痕圆角平滑不良良I不良（焊接缺陷）良良（磨去凸出物良（填充孔隙）最好较好设备结构应考虑表面清理、防腐蚀施工、检查和维修的需要HH/3HH/3不良良不良良管道油漆刷喷砂清理表面 防腐蚀设计的若干细则（8）（1）排液）排液防止液体停滞防止液体停滞 金属结构和设备的外形应避免积水，减少易积水金属结构和设备的外形应避免积水，减少易积水的间隙，凹槽和坑洼；的间隙，凹槽和坑洼；贮罐和容器的内部形状应有利于液体排放；贮罐和容器的内部形状应有利于液体排放；管道系统内部要流线化，使流动顺畅；管道系统内部要流线化，使流动顺畅；立式热交换器的上端管束应与管板平齐，卧式热立式热交换器的上端管束应与管板平齐，卧式热交换器最好向出口端稍倾斜，以避免残留液体；交换器最好向出口端稍倾斜，以避免残留液体；不要使用容易吸收水分和液体介质的绝缘、隔热、不要使用容易吸收水分和液体介质的绝缘、隔热、包装材料。包装材料。排液不良（聚积沉淀）不良（液体停滞）良（卧式容器向出口倾斜）贮罐和容器应有利于排液排液立式热交换器上端管束应与管板平齐不良（液体残苒）良（2）消除温度不均和浓度不均）消除温度不均和浓度不均 避免局部过热：避免局部过热：被焊组件的厚度不要相差很大；被焊组件的厚度不要相差很大；加热盘管最好安装在容器中心，不要紧靠加热盘管最好安装在容器中心，不要紧靠器壁器壁；和高温气体接触的设备，要避免局部地区和高温气体接触的设备，要避免局部地区温度偏低，即避免温度偏低，即避免“冷点冷点”。消除湿度不均和浓度不均热景影响区薄壁不良薄壁良（原厚度）不良良（对接焊）避免焊接中产生局部过热消除温度不均和浓度不均蛇管加热（置于容器中心）夹套加热（复盖面应大）加热方式对器壁温差的影响消除温度不均和浓度不均避免高温设备对周围色构件的热影响热管线热构件鞍座不良（接处局部过热）执管线冷构件冷空气流通良（减少接角面）石棉热管最好冷构件消除温度不均和浓度不均不良（钢支柱散热）良（避免形成冷凝液）保温时避免形成“冷点“热气体冷凝液隔热材料热气体消除温度不均和浓度不均冷凝液引起腐蚀及设计改进440560440560通测压管穿孔通测压管穿孔（冷凝液含Hce)通测压管放液口放液口通测压管烯烃氧化脱氢反应器混合气进口烯烃，OHCL,HO消除温度不均和浓度不均转化管的结构改进原料气入口转化气出口裂纹(b)热底式原料气入口转化气出口(a)冷底式Mo钢HK4o形成冷凝液消除浓度不均：n为了使溶液中各部分的浓度和充气情况趋向均匀，在必要时应设置搅拌装置；n在向容器中加入浓液时，加入管最好安装在容器中心；n管壳式热交换器的气液交界面是腐蚀严重的部位，这里容易造成有害成分浓缩、温度不均匀、高速气流冲刷。如有可能，提高液面使管束完全浸没，是保护管束的有效措施。消除温度不均和浓度不均浓溶液的进口管应安装在容器中心不良良（避免浓度不均）稀溶液稀溶液浓溶液浓溶液局部浓度高浓溶液消除温度不均和浓度不均通气管或安全阀良（液体飞溅小）不良（液体飞溅，使器壁积聚凝液和污垢）加液管插入容器中心减少飞溅消除温度不均和浓度不均冷却水折流板增加排气管使水人部充满上部气相空间避免了于湿交替和氯离子浓缩常开阀排气管立式不锈钢水冷器的结构改进消除温度不均和浓度不均合成氨气体再沸器的结构改进气体进口（低温变换气167C）换热管：1Cr18N97i原结构溶液进口(热钾碱溶液）115118C石棉绳气体进口溶液出口改进后的结构（提高液面，使管束完全浸没）（3）避免(或减少)电偶腐蚀影响 用绝缘材料把异金属部件隔离；降低异金属部件之间的电位差异；降低电偶对结合处环境的腐蚀性，保持干燥；增加异金属部件在溶液中的距离(不要靠得太近)，使腐蚀电池溶液通路的电阻增加；用非金属涂料层把异金属部件涂复，最常用的是油漆涂料。但要注意不仅涂复阳极性部件，阴极部件也要涂复。材料相容性用绝缘的方法防止电偶腐蚀绝缘垫片表铜轴承架钢轴四氟乙烽轴套绝缘垫片绝缘套管管道阀材料相容性用封闭的方法防止电偶腐蚀封闭（包括焊缝）封闭铝填角钢铝铝不锈钢浇注包封化合物材料相容性冷凝液铝铜不良完全封闭铝铜良上层结构（铝）螺钉（不锈钢）潮湿的一边支柱（钢）平台措施：（1）电偶结合鄣的位置距平台（可能积水）不低于15CM（2）在潮湿的一边结合部向下材料相容性碳钢涂料层不锈钢碳钢不良涂料层良最好全部用碳钢一不锈钢复合板出口牛奶桶（316型不锈钢）碳钢，内表面涂漆碳钢漆膜孔隙内发生腐蚀造成穿孔。避免涂漆造成小阳极大阴极的电偶腐蚀电池材料相容性电缆铜合金管线铝电缆道不良良铜排液管承液槽排液管铝通道材料相容性较厚的阳极性部件起阴极保护作用不锈钢叶轮球铸铁泵壳（较厚）铜合金管束碳钢外壳（足够厚度）（4）避免缝隙）避免缝隙 选择适当的联接方式，对于不可拆卸联接，只要选择适当的联接方式，对于不可拆卸联接，只要允许，应优先选用允许，应优先选用；当设计中缝隙不可以避免时，可以采取适当措施当设计中缝隙不可以避免时，可以采取适当措施防止形成闭塞条件；防止形成闭塞条件；固体悬浮物质的沉积是造成缝隙的另一个重要原固体悬浮物质的沉积是造成缝隙的另一个重要原因。为了防止固体物质沉积，在设计时应考虑澄因。为了防止固体物质沉积，在设计时应考虑澄清和过滤的设施清和过滤的设施；装置停工时不要用易吸水材料包盖设备装置停工时不要用易吸水材料包盖设备；热交换器管子和管板的连接方式对很多腐蚀问题热交换器管子和管板的连接方式对很多腐蚀问题都有重要影响。都有重要影响。缝隙用焊接代替铆接和螺纹联接不良不良较好较好不良（螺纹联接）良（钎焊）缝隙 不良较好(角焊)最好(对接焊)不良(间断焊)良(连续焊)选择焊接工艺，避免缝隙缝隙不良（垫片空缺）良（垫片平齐）不良（垫片突出）良（垫片平齐）最好（“O”型密封圈）垫片的尺寸要适宜缝隙管板2.8mm25.43.2mm容器壁支管热电偶套管焊接部位适当加大热电偶套管和支管管壁的间隙，避免液体停滞加大管子和管板的间隙增大间隙尺寸，消除闭塞自查报告条件缝隙贮罐贮罐裙边工字钢梁混凝土底座良混凝土底座贮罐的支承不良缝隙混凝土底座垫板，连续密封焊鞍形支座良最好混凝土底座水平容器的支承缝隙热交换器管子和管的联接背部深孔密封焊胀接常规型焊接绝热环型焊接缝隙缝隙缝隙（5）减少冲刷(磨损)改善流体的流动状态，减少湍流和涡旋的形成；流速要适当。避免流动方向突然改变，以减小流体的冲击作用。管道系统中流动截面积不要突然改变，以避免扰动流动状态。减少气体中夹带的气泡，悬浮固体物质，除去气体和蒸气中的冷凝液滴，可以大大降低液流和气流对设备的磨损。冲刷避免流动方向突然变化d良不良最小3ddd最小长度3d最小半径3d不良良良冲刷不良（螺纹联接空穴）不良（垫片突出）不良（厚垫环）不良（接管突入容器）良（流线化）避免截面突然变化引起湍流冲刷从气体中除去凝液，从液流除支空气蒸汔发生嚣贮气罐凝液分离器气动阀除气器排气阀液流除气器泵冲刷过滤网液流澄清地泵发动机润滑油罐过滤器除去液流中悬浮固体污物冲刷进液钻孔板堰板泵补充液回流液隔板泵吸入管减少泵吸入管中夹带的空气冲刷避免流体的直接冲击折流板可折防冲板高压蒸汽液流泥浆泵出口平台平台腿可拆防冲板（6）相对位置 注意设备之间的相互影响，避免腐蚀注意设备之间的相互影响，避免腐蚀液体泄漏，腐蚀性气流，振动、高温管液体泄漏，腐蚀性气流，振动、高温管道等造成的危害；道等造成的危害；装置和设备的选址要考虑到风向、水装置和设备的选址要考虑到风向、水流等环境条件带来的腐蚀问题流等环境条件带来的腐蚀问题。相对位置注意设备之间的相互影响贮罐通风道吹风机蒸发器控制设备电气设备（a）腐蚀液体泄漏（b）腐蚀性气流相对位置注意设备之间的相互影响其他设备泵形成气泡加强件（C）废汽排放（D）振动相对位置选择适当的位置十分重要主风向海水较好位置不好位置码头船舶水流废水热电厂不好位置较好位置（A）腐蚀性大气（B）腐蚀性烟尘（C）污染的水流（7）衬里设备的结构设计要求 衬里设备的结构必须方便衬里施工衬里设备的结构必须方便衬里施工和维修，结构应尽可能简单。和维修，结构应尽可能简单。设备尺寸应当留出足够余量，特别设备尺寸应当留出足够余量，特别是接管，以保证在衬里施工后其直是接管，以保证在衬里施工后其直径能满足工艺要求的容积和流量。径能满足工艺要求的容积和流量。衬里设备的结构必须有足够的刚度衬里设备的结构必须有足够的刚度和强度和强度。设备基础设计要考虑衬里层增加的设备基础设计要考虑衬里层增加的重量，特别是大型贮槽、容器、塔重量，特别是大型贮槽、容器、塔器衬砖板，增重是很大的器衬砖板，增重是很大的。（8）应力影响和强度设计 n应力对腐蚀的影响(1)如果材料在使用环境中发生均匀腐蚀，一般将强度和腐蚀分开处理，根据强度要求设计设备壁厚，再加上腐蚀裕量。(2)如果材料的使用环境属于发生应力腐蚀破裂(SCC)的特定环境，那么当材料受到拉应力时就可能发生SCC，导致严重的腐蚀问题。消除残余应力影响的措施（1）避免局部应力集中（2）考虑设备在运行中因热膨胀、震动、冲击等原因可能引起的变形。（3）用热处理消除残余应力（4）用表面喷丸、喷砂、锤打等方法消除表面拉应力并引入压应力，也可以增加合金材料抵抗应力腐蚀破裂的能力。（5）施加阴极保护可以使SCC不发生，已发生的裂纹停止生长。强度设计避免应力集中触媒干燥塔结构改进，消除热膨胀产生的应力原结构环形结构U型结构列管增加U型膨胀节，受热后可以膨胀实际使用来发生SCC现象列管改为环形，受热后可以膨胀，减少了腐蚀破裂，但加工困难。通蒸汽温度升高后，列管受热膨胀，使列管与塔壁焊接处，管与法兰焊接处发生腐蚀裂纹。圆角尖角列管列管