化工大气的腐蚀与防护.doc

行业资料：_化工大气的腐蚀与防护单位：_部门：_日期：_年_月_日第 1 页 共 11 页化工大气的腐蚀与防护第一节.化工大气对金属设备的腐蚀情况金属在大气自然环境条件下的腐蚀称为大气腐蚀。暴露在大气中的金属表面数量很大，所引起的金属损失也很大的。如石油化工厂约有70%的金属构件是在大气条件下工作的。大气腐蚀使许多金属结构遭到严重破坏。常见的钢制平台及电器、仪表等材料均遭到严重的腐蚀。由此可见，石油、石油化工生产中大气腐蚀既普遍又严重。大气中含有水蒸汽，当水蒸汽含量较大或温度降低时，就会在金属表面冷凝而形成一层水膜，特别是在金属表面的低凹处或有固体颗粒积存处更容易形成水膜。这种水膜由于溶解了空气中的气体及其它杂质，故可起到电解液的作用，使金属容易发生化学腐蚀。因工业大气成分比较复杂，环境温度、湿度有差异，设备及金属结构腐蚀不一样的。如生产装置中的湿式空气冷却器周围空气湿度大，在有害杂质的复合作用，使设备表面腐蚀很厉害。涂刷在设备、金属框架等表面的涂料，如：酚醛漆、醇酸漆等由于风吹日晒，使用一年左右，涂层表面发生粉化、龟裂、脱落，失去作用。第二节.金属（钢与铁）在化工大气中的腐蚀由于铁有自然形成铁的氧化物的倾向，它在很多环境中是高度活性的，正因为如此它也具有一定的耐蚀性。有时候会与空气中氧化反应，在表面形成保护性的氧化物薄膜，这层膜在99%相对湿度的空气中能够防止锈蚀。但是要存在0.01%SO2就会破坏膜的效应，使腐蚀得以继续进行。一般在化工大气层情况下，黑色金属的腐蚀率随时间增加而增加。这是因为污染的腐蚀剂的累聚而使腐蚀环境变为更加严重的缘故。第三节.腐蚀原因分析1.涂层表面的损坏工业大气中的SO2、SO3和CO2溶于雨水或潮湿的空气中生成硫酸和碳酸，附着在设备、金属框架表面。由于酸液的作用，使涂层腐蚀遭到破坏。低分子量聚合物气孔率较大，水分子比较容易通过涂层表面到达涂层与基体之间的界面，使涂层的结合强度下降，进而使涂层剥离或鼓包。2.涂层下金属的腐蚀涂层下的金属腐蚀是由电化学作用引起的。在阴极氧有去极化的作用，反应如下：O2+H2+2e=2OH因此，涂层下泡内溶液呈碱性，也叫碱性泡，这时阴极部位的PH值可高达13以上。界面一旦形成高碱性状态，就进一步发生基体氧化膜的碱性溶解和涂层的碱性分解。在阳极发生如下反应：Fe=Fe2+2eFe2+与氧、水及OH反应生成Fe（OH）2、Fe（OH）3、Fe2O3xH2O等腐蚀产物，其体积要增大好几倍，漆膜鼓起，最后破裂而成“透镜”。这时泡内溶液呈酸性，故称酸性泡，泡内PH值仅为2-4。所以说，从漆膜脱落部位产生的阴极、阳极反应来看，由于阴极反应产生的OH离子使得界面PH值上升，造成Fe2+离子水解：Fe2+2H2O=Fe（OH）2+2H+这时又使界面PH值降低，从而加速了阳极反应（金属的腐蚀），使腐蚀面积扩大，漆膜剥落的范围也扩大，有的设备表面涂刷的漆不到半年就出现开裂、脱落、使设备遭到腐蚀。3.材料选择依据以前采用的涂料不仅从分子结构上看，透气、透水强，而且施工时在常温下干燥，溶剂挥发缓慢。此时，环境中灰尘等杂质容易混入，使漆层出现较多的针孔。另外，常规油性材料耐老化不好，不耐酸碱及溶剂的侵蚀。在低温下几乎不干，光泽、硬度都不如树脂漆。所以，提高漆膜的抗老化性、抗渗性、耐酸碱、溶剂的能力，是延长机泵表面涂层使用寿命较好的方法。通过对目前我国涂料的筛选，采用了中油化黑龙江绿岛涂料制造有限公司制造的EPH高耐候外防腐专用漆（以下简称EPH）。对我厂的机泵表面进行了防腐，该材料有如下特点：EPH底漆：该漆由活性颜料和防锈漆料组成。依靠活性颜料同铁锈进行化学反应来抑制锈蚀发展。属于稳定型带锈底漆。成膜物质采用环氧树脂材料。因环氧树脂具有很强的粘合力，由于结构中含有脂肪族羟基、醚基及活泼的环氧基的缘故。羟基和醚基的极性使得环氧树脂与相邻表面之间产生电磁键的吸引力，因而粘接力特别强。同时环氧树脂可以相当平稳地从液态变成固态（只有轻微的收缩），所以它能保持着几乎所有原来的键。它与很多金属和非金属（乙烯基型塑料等非极性物除外）有较高的粘接力。在固化的环氧树脂体系中，含有稳定的苯环和醚键以及脂肪族羟基，化学性质很稳定，能耐稀酸、碱和某些溶剂。因结构中含有脂肪族羟基和碱不起作用，故其耐碱性较油性漆、醇酸树脂强。考虑到机泵防腐一般都是在现场进行，由于现场条件的限制，不可能采用机械喷砂的方法，只能人工机械进行处理。但是人工机械处理级别是较低的，还存在部分微锈及表面粗糙度不够。所以采用该材料的底漆可以弥补现场除锈不彻底或无法彻底除锈的情况。一般情况下可以对50m以下锈蚀层有较好的作用。采用EPH高耐候外防腐专用底漆，可以得到与金属和非金属较强结合力的漆膜。EPH面漆：该材料的保光性、抗老化性，特别是耐蚀性优于一般的油性漆及氯磺化聚乙烯涂料。该材料主要是由有机硅改性环氧树脂、聚氨脂植物油酸加成物、氯磺化聚乙烯树脂、高档制漆助剂等调配而成。原因如下：EPH面漆主要是由氯磺化聚乙烯树脂里加入一定量的环氧树脂。即：在以粘合剂的基础上，先合成带活性官能团的橡胶。在这种成膜物质的作用下，制成的涂料性能改变了许多。环氧树脂作为氯磺化聚乙烯的交联作用的机理为：环氧树脂的大分子两端各有一环氧基，它能与氯磺化聚乙烯大分子的氯磺酰基产生分子内的交联，使聚合物形成体形结构。这样在常温下加入复合型固化剂及各种功能活性添加剂，涂刷在物体表面，使其进行化学反应，常温固化网状高分子结构材料。在其结构中既有树脂链段，又有橡胶链段，固化后的漆膜介于树脂与橡胶之间。该材料的强度和粘和力比一般防腐涂料提高许多。以环氧树脂、氯磺化聚乙烯树脂与其它材料加成反应的涂料。在耐水、耐热、耐化学品、单组份储存稳定性、交联速度、色稳定性、耐污染、清漆成膜透明、涂料生产中易分散十个方面，与其它交联体系的涂料相比，显示了明显的优越性，是国外公认十项技术总积分最高的交联型氯磺化聚乙烯涂料。通过实际应用与生产明确显示了卓越的性能。因为该涂料可随着环氧树脂等其它组份的改变，可以得到不同类型的EPH型涂料。4.涂层防腐效果经过多年的使用其性能优良，概括起来有以下特点：A、漆膜坚韧、硬度、抗老化性、耐寒性、抗裂性，优于一般的氯磺化聚乙烯涂料。B、在一般化工大气中使用，比一般的常规涂料，如：醇酸调和漆、酚醛树脂等使用寿命长。C、比一般氯磺化聚乙烯涂料耐蚀性提高了许多，解决了氯磺化聚乙烯涂料用在水系统溶胀的问题。特别是防腐后表面装饰大为改观。可以与有机氟涂料相媲美。D、漆膜光亮，色泽鲜艳，一般氯磺化聚乙烯涂料是达不到的。E、表面气孔率低，所以在潮湿的条件下抗渗性优异，是其它常规涂料不能比的。F、该材料的确底漆在金属表面涂刷时比氯磺化聚乙烯涂料底漆附着力有明显的提高。G、价格适中，漆膜使用寿命长，综合效益好。所以说，该涂料适用于化工大气，含酸碱浓度较高的环境中。设备表面、金属框架、非金属框架表面防腐蚀采用该材料，解决了常规涂料难以解决的防腐问题。另外，要针对金属腐蚀的具体情况，要掌握多一些的防腐材料，进行灵活多样选择，获得较好的综合效益。5.其它现在应用比较好的一种涂料耐化工大气防腐性比较好的涂料为：丙烯酸聚氨酯面漆。因丙烯酸聚氨酯不吸收300nm以上的紫外光及日光，羟基丙烯酸树脂和脂肪族异氰酸酯交联剂组成的涂层具有优异的耐候性。通过调整丙烯酸树脂的羟基含量，可以得到机械性能和防腐性优异的涂层。采用丙烯酸树脂、溶剂、颜色填料和助剂组成甲组分，脂肪族异氰酸酯为乙组分，可以得到耐侯性能和防腐性能优异的涂层。这种漆已经在储油罐外使用3年以上，目前涂层仍然完好，而同期施工的氯磺化橡胶涂层已经出现粉化和剥落现象。第 6 页 共 11 页化工安全工艺流程解析一、工艺流程内容工艺流程主要内容包括两个方面：一是生产流程中各个生产过程的具体组成、顺序和组合方式，达到加工原料以制取所需产品的目的；二是工艺流程图，图解的形式表示出的生产过程中原料经过各个单元操作过程制得产品，物料和能量发生的变化及其流向，以及采取了哪些化工过程和设备，通过图解形式表示的化工管道流程和仪表控制流程。工艺流程分析中要解决流程及装置的整体安全性问题。(1)整个流程的组成工艺流程反映了由原料到产品的全过程，应确定采用多少生产过程或工序来构成全过程，并确定每个单元过程的具体任务(即物料通过时要发生什么物理变化、化学变化以及能量变化)，以及每个生产过程或工序之间如何连接如何平衡以及如何实现安全运行。(2)每个过程或工序的组成应采用多少和由哪些设备来完成这一生产过程，以及各设备之间应如何连接，并明确每台设备的作用和它的主要工艺参数，只有在保证单元、设备安全的基础上，才能保证整个装置和工艺的安全性。(3)操作条件为了使每个过程、每台设备都能起到预定作用，应当确定整个生产工序或每台设备的各个不同部位要达到和保持的操作条件。操作运行过程的安全可靠必须依靠对异常现象和事故案例的分析基础。(4)控制方案为了正确实现并保持各生产工序和每台设备的操作条件，以及实现各生产过程之间、各设备之间的正确联系，确保工艺及设备的安全运行，需要确定正确的控制方案、选用合适的控制仪表和控制技术。(5)确定安全生产措施遵照国家的有关规定，结合以往的经验教训，对所设计的化工装置在开车、停车、长期运转以及检修过程中，可能存在的不安全因素进行认真分析，制订出切实可行的安全措施，例如设置防火、防爆措施(设置安全阀、防爆膜、阻火器和事故贮槽等)。二、工艺运行条件分析(1)操作方式在确定每个生产过程的同时，必须确定该过程的生产操作方式。在可能的情况下，尽量采用连续操作方式。有时也采用间歇操作与连续操作组合在一起的联合操作方式，如悬浮法生产聚氯乙烯或聚苯乙烯。此外，有些过程采用间歇操作反而更有利，如利用蒸馏釜处理精馏塔塔釜的高沸点残液，由于塔釜残液数量很少，要经相当长的时间才能贮存到一定数量，再送去蒸馏釜进行回收，这时采用间歇操作会更有利。(2)确定主要生产过程从工业化生产的角度出发既要满足生产上的要求，又要满足经济、安全等方面的要求，对同一生产过程可用几种不同的方法来实现，例如浆液分离可用离心分离、真空吸滤、沉降分离等几种方法；同一过程且同一方法也可用不同设备来实现，如反应装置就有釜式反应器和管式反应器两种。为此需要从各个方面进行比较，从中选出最适宜的。在确定主要过程时，首先抓住全流程的核心反应过程，从它人手来逐个建立与之相关的生产过程。标明反应过程中的所有化学反应方程式、反应条件和热效应，对反应历程及特点进行分析，由此向前推到原料和催化剂等准备过程，向后依次推到产品分离、提纯和后加工等各个过程。总而言之，流程中的各个生产过程都不是孤立存在的，它们是为了实现共同的目的(使某些原料变成人们所需要的某些既定的产品)，满足同样的要求(优质、高产、低耗、低成本、安全可靠地进行工业化生产)，而有机组合在一起的，弄清各个过程之间的内在联系后，就可以迅速地正确确定相关的过程。选择何种工艺过程及选取相配套的设备，最重要的前提条件就是保证安全运行。(3)合理利用物料和能量，确定辅助过程为了降低能耗，提高能量利用率，应检查分析整个工艺流程中可以回收利用的能量，特别是反应放出的热量，以及位能、净压能等。为了充分利用热能，可以依情况的不同选择设置废热锅炉、蒸汽透平、热泵等；还要考虑对换热流程及方案的研究，采取交叉换热、提高传热速率等。充分利用静压能进料，如高压下物料进入低压设备；减压设备靠真空自动抽进物料等。要考虑设备位置的相对高低，充分利用位能输送物料等。都会带来相应的安全问题，必须充分注意。例如，从减压设备出料时，必须设置相应高度的液封。对未转化物料会采用分离、回收手段，以提高总收率。对采用溶液和载体的单元操作，一般会建立回收系统。为了稳定生产操作，需要考虑某些物料的贮存或中间输送过程，这些中间贮罐或产品贮罐(仓库)的容量大小对于生产过程的调节和安全运行可起相当大的作用。(4)确定安全操作条件在确定各个生产过程及设备的同时，还要科学确定安全操作条件，因为它对生产过程与设备的确立及其作用的发挥和控制方案的确定都有直接关系。如高压反应过程，要求在原料贮罐到反应器中间必须设立升压过程和相应的压缩机，而在反应器到产品之间又必须设立减压过程和相应的设备。又如，确定了反应器内的操作温度和允许波动范围，为了防止热平衡破坏，造成事故，就要求相应地设立供热或移热设施及手段(如夹套、内冷管等)，同时建立自动调节温度的控制系统等。(5)安全控制系统的确定在整个流程的各个过程及设备确定后，要全面检查、分析流程中各个过程之间是如何连接的，各个过程又是靠什么操作手段来实现的等。然后根据这些来确定它们的控制系统。要考虑正常生产、开停车和检修所需要的各个过程的连接方法，此外还要系统的评审管线、阀门、过滤密封系统，以及采样、放净、排空、连通等设备，完善控制系统。确定科学先进的控制水平。(6)工艺流程的优化在总结安全运行经验的基础上，逐步完善和简化设计的工艺流程。考虑到开停车和事故处理等问题，要设置事故贮罐，增加备用设备，以便必要时切换使用。尽量简化对水、汽、冷冻系统的要求，尽可能采用单一系统；当装置本身需要几种不同压力的蒸汽时，应当尽可能简化或统一对蒸汽压力的要求。尽量减少物料循环量，在切实可行的基础上采用新技术提高单程转化率以简化流程等，简化工艺流程对安全生产是有利的。第 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