阀门防海水腐蚀技术探讨.docVIP

阀门防海水腐蚀技术探讨 一、前言近年来 ,随着海洋开发进展的加快和沿海电厂的大量建立 ，对泵、阀和管道材料的耐海水性提出了越来越高的要求。为了确保阀门的性能能够满足海洋开发和沿海电厂建设的要求，有必要对阀门防海水腐蚀技术进行深层次的探究。二、海水对金属的腐蚀机理海水是一种含有许多盐类的电解质溶液。漆含盐量约为3%，其中的氯化物含量占总盐含量的88.7%，pH值为8左右，并溶有一定量的氧气。除了电位很负的镁及其合金外，大部分金属材料在海水中都是氧去极化腐蚀。其主要的特点是海水中氯离子含量很大，因此大多数金属在海水阳极极化阻滞很小，腐蚀速度相当高；海浪、飞溅和流速等这些利于供氧的环境条件都会促进氧的阴极去极化反应，促进金属的腐蚀。海水电导率很大，所有不仅腐蚀为电池活性大，宏电池的活性也很大。海水中不同的金属相接触时，很容易发生电偶腐蚀。即使两种金属相距数十米，只要存在电位差，并实现电联结，就可能发生电偶腐蚀。海水中溶有大量以氯化钠为主的盐类。含盐量影响到水的电导率和含氧量。因此对腐蚀有很大影响。海水中所含盐分几乎都是电离状态，这使得海水成为一种导电性很强的电解质溶液。另外，海水中存在着大量的氯离子对金属的钝化起着破化作用，也促进了金属的腐蚀。由于氧去极化腐蚀是海水腐蚀的主要形式，因此海水中溶解氧的含量是影响海水腐蚀的主要因素。同时波、浪、潮、流又对金属构件产生低频往复应力和冲击，加上海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用。浸入海水中的金属，表面会出现稳定的电极电势，由于金属有晶界存在,物理性质不均一；实际的金属材料总含有些杂质，化学性质也不均一；加上海水中溶解氧的浓度和海水的温度等，可能分布不均匀,因此金属表面上各部位的电势不同,形成了局部的腐蚀电池或微电池。电势较高的部位为阴极，较低的为阳极。 电势较高的金属，如铁，腐蚀时阳极进行铁的氧化： FeFe+2e释放的电子从阳极流向阴极，使氧在阴极被还原： O+2HO+4e4OH氢氧离子经海水介质移向阳极，与亚铁离子生成氢氧化亚铁： Fe+2OHFe(OH)它易与海水中的溶解氧反应生成氢氧化铁。后者经部分脱水成为铁锈FeO?HO，它的结构疏松，对金属的保护性能低。 电势较低的金属，例如镁，被海水腐蚀时，镁作为阳极而被溶解，阴极处释放出氢。 当电势不同的两种金属在海水中接触时，形成腐蚀电池,发生接触腐蚀。例如锌和铁在海水中接触时,因锌的电势较低,腐蚀加快；铁的电势较高，腐蚀变慢,甚至停止。 工业用的大多数金属，金属状态不稳定，在海水中有转变成化合物或离子态物质的倾向。但是金和铂等贵金属，金属状态稳定，在海水中不发生腐蚀。 海洋环境对金属腐蚀的影响：金属在海水中的腐蚀，影响因素很多，包括化学、物理和生物等因素。 化学因素溶解氧。海水溶解氧的含量越多，金属的腐蚀速度越快。但对于铝和不锈钢一类金属，当其被氧化时，表面形成一薄层氧化膜，保护金属不再被腐蚀,即保持了钝态。此外，在没有溶解氧的海水中,铜和铁几乎不受腐蚀。 盐度。海水含盐量较高，其中所含的钙离子和镁离子，能够在金属表面析出碳酸钙和氢氧化镁的沉淀，对金属有一定的保护作用。河口区海水的盐度低，钙和镁的含量较小，金属的腐蚀性增加。海水中的氯离子能破坏金属表面的氧化膜,并能与金属离子形成络合物,后者在水解时产生氢离子，使海水的酸度增大，使金属的局部腐蚀加强。 酸碱度。用pH值表示。pH值越小,酸性越强,反之亦然。海水的pH值通常变化甚小，对金属的腐蚀几乎没有直接影响。但在河口区或当海水被污染时，pH值可能有所改变，因而对腐蚀有一定的影响。 物理因素流速。海水对金属的相对流速增大时，溶解氧向阴极扩散得更快，使金属的腐蚀速度增加。特别是当海水流速很大,或者它对金属的冲击很强时,海水中产生气泡，就发生空泡腐蚀，其破坏性更强。船舶螺旋推进器的叶片，往往因空泡腐蚀而损坏。 潮汐海水中裸钢桩的腐蚀,可表明潮水涨落的影响。靠近海面的大气中,有多量的水分和盐分，又有充足的氧，对金属的腐蚀性比较强。因此，在平均高潮线上面海水浪花飞溅到的地方（飞溅区），金属表面经常处于潮湿多氧的情况下，腐蚀最为严重。在平均高潮线和平均低潮线之间为潮差区，金属的腐蚀性差别很大，由高潮线向下,腐蚀速度逐渐下降。总的说来,在平均中潮线以上的腐蚀比较严重。 温度。水温升高，会使腐蚀加速。但是温度升高，氧在海水中的溶解度降低，使腐蚀减轻。这两方面的效果相反。 生物因素许多海洋生物常常附着在海水中的金属表面上。钙质附着物对金属有一定的保护作用，但是附着的生物的代谢物和尸体分解物，有硫化氢等酸性成分，却能加剧金属的腐蚀。另外，藤壶等附着生物在金属表面形成缝隙,这时隙内水溶液的含氧量比隙外海水少,构成了氧的浓差电池，使隙内的金属受腐蚀，这就是金属的缝隙腐蚀。铜及其合金被腐蚀时，放出有毒的铜离子，能够阻止海洋生物在金属表面附着生殖，从而免受进一步的腐蚀。此外，存在于海水中和淤泥中的硫酸盐还原菌，能将硫酸盐还原成硫化物，后者对金属有腐蚀作用。 为了延长海洋结构物（如阀门）的寿命，除了根据具体设施和具体海洋环境选用适当的结构材料之外，通常在金属表面涂上或包上防腐蚀的覆盖层。例如：涂以环氧树脂类的涂料，将金属与海水隔离；涂以含氧化亚铜或氧化汞等有毒物质的防污漆，防止海洋生物的污损；在潮差区还可以包上中国研制的脂肪酸盐绷带或蒙乃尔 400合金板，进行保护。 采用锌合金或铝合金保护钢铁结构时，由于这类合金在海水中的电势比钢铁低，成为腐蚀电池的阳极，钢铁则成为阴极。依靠阳极材料的溶解牺牲，保护了钢铁不受腐蚀，延长了海洋钢铁结构的寿命。这是阴极保护法中的一种。另一种阴极保护法是外加电流。如果联合采用涂料和阴极保护，可取得优良的效果。 在使用海水作为循环冷却水时，可在海水中添加亚硝酸钠或磷酸二氢钠等缓蚀剂，防止碳钢腐蚀。 海洋中金属的腐蚀，特别是局部腐蚀，是工业和国防事业的一个严重问题，必须研制更好的耐腐蚀的合金和防腐材料，并建立起对金属腐蚀的控制和监测系统。三、目前国内外常用的防海水腐蚀方法及存在的问题 金属构件在海洋环境中发生的腐蚀。海洋环境是一种复杂的腐蚀环境。在这种环境中，海水本身是一种强的腐蚀介质，海洋腐蚀主要是局部腐蚀，即从构件表面开始，在很小区域内发生的腐蚀，如电偶腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀等。此外，还有低频腐蚀疲劳、应力腐蚀及微生物腐蚀等 。通常 ，金属构件在海洋飞溅区（指风浪、潮汐等激起的海浪、飞沫溅散到的区域）的全面腐蚀速率最高。防止海洋腐蚀的措施除正确设计金属构件、合理选材外，通常有以下几种：采用防腐涂料（如富锌环氧底漆）。对重点部件采用耐腐蚀材料包套。（如衬胶）设计构件时要考虑到足够的腐蚀裕量。根据电化学腐蚀原理，采用牺牲阳极。选用防腐材料（如：采用316L或镍鉻铸铁） 上述各种方法都不同程度地存在着一些不足：1、采用富锌环氧底漆。 富锌环氧底漆环氧底漆的防腐能力虽然较好，成本低，但漆膜厚度厚度受到限制，抗冲刷能力较差，漆膜易被破坏，所以，使用范围有一定的局限，在海水中较少独立使用，常需配合要求较高的面漆使用2、设计构件时要考虑到足够的腐蚀裕量。这是一种以牺牲成本为代价的防腐方法。其实这种方法丝毫不能阻止腐蚀的进行。3、根据电化学腐蚀原理，采用牺牲阳极。这种方法的防腐效果好。但当作为阳极的金属破坏后，防腐能力将随之丧失。而且，成本较高4、对重点部件采用耐腐蚀材料包套。这种方法只能适应口径较小的阀门而且，效果也很好。但对于较大口径的阀门，其工艺难度很大。所以，使用范围，有局限性。5、选用防腐材料。通常，在海水中真正具有较好的防腐能力的金属材料只有高镍鉻金属。而且即使是高镍鉻金属同样是会被腐蚀的，只是腐蚀的速度很慢而已。而且成本极高。四、新型防海水工艺长期以来,防腐涂料作为简单和有效的防腐手段，常用的防腐涂料已不能满足这些需要,大约在6070年代,人们提出了“重防腐涂料(Heavy-duty Coating)”的概念.重防腐涂料的概念是在生产实践中形成的，一般都把在苛刻的使用条件下，在一定年限内能有效防腐的涂料视为重防腐涂料，所谓苛刻的使用条件，可简单概括为以下几方面：强腐蚀介质，如强酸、强碱，各种盐溶液或溶剂等；各种高强度机械应力的腐蚀环境；多种腐蚀因素交互作用的环境；重防腐粉末涂料及其涂装技术，作为一种新型材料，新的工艺，新的技术在国内开发应用推广已有十多年了，越来受到防腐界的重视和熟知，一经出现就倍受青睐，享有“4E涂料”的美誉，是最具发展前途的粉末涂料品种之一，其应用领域不断扩展，由最初作为管道防腐材料发展到建筑钢筋、钢结构管件等，西气东输管道工程；杭州湾跨海大桥钢管桩防腐及其建筑钢筋，涂层防腐就是其中例证，随着新型材料不断出新及其涂装技术的不断发展，其应用前景必将更加广阔。重防腐粉末涂料的特点和发展趋向 重防腐涂料的优良特性 有机溶剂挥发物（VOC）等于零，既节省能源，又无环境污染，相对而言，无三废问题， 无危害，无危险。 涂装效率高，其成膜物质100%，没有闪蒸（节约时间和空间），不会过喷涂（喷逸粉末可回收循环使用），应用时涂料损失小，因而总的涂料利用率高，通常达90%以上。 涂膜厚度容易控制，一次涂装可以厚涂达501000m，因此可以简化生产工序，施工效率高，节省能耗和劳力。 边角涂覆性良好，不会出现流挂等弊病。 生产和操作比较安全，无臭，无毒，不含重金属，对人体无生理上的影响。不过非常细微的粉末颗粒粉尘极可能引起爆炸（氧气含量，火源），必须注意粉末爆炸的极限浓度。 涂层具有良好的抗化学品性、抗溶剂性，能够抵御传输介质中的H2S、CO2、O2、酸、碱、盐、有机物等物质的化学腐蚀，并能长期接触含盐地下水、海水，以及土壤中微生物产生的各种有机酸等腐蚀物质；（7） 涂层坚韧耐磨，抗冲击性及抗弯曲性优良，与钢管之间有极佳的附着力，能有效地防止施工中的机械损坏及使用过程中的植物根系和土壤环境应力的损坏；(8) 涂层具有良好的绝缘电阻，能在阴极保护作用下抵抗化学腐蚀，达到长期保护的目的；(9) 涂层具有很高的玻璃化温度，所以使用温度范围宽，能在-30100。C之间保持优异的使用性能；这种涂料，耐蚀性好，成膜厚实，不含有机溶剂，污染轻。重防腐涂料是中船七院第七二五研究所研制出的一种新型防海水涂料，它是一种改良型环氧涂料。它是由甲、乙、丙三种成份组成，甲为环氧树脂，乙为固化剂，丙为惰性粉料。1996年，本人第一次在华能汕头电厂工程钢质压力循环水管道阀门的DN1800的液控蝶阀上使用了这种重防腐涂料（ZF101），使用5年后（即2001年），我们进入阀门内观察，此时阀门内腔（过流面）已满满地附着一层贝壳和海洋微生物，但用棉布抹去贝壳和海洋微生物，涂料表面