第一章 化工設備機械基礎-3

1、化工設備機械基礎第一章 化工設備材料及其選擇第三講上節(jié)回顧與聯(lián)系o硬度o韌性o材料的物理、化學和加工工藝性o材料的分類o鋼材牌號的命名規(guī)則Q235A 16MnVR 18MnMoNb 1Cr18Ni9Ti0Cr13 00Cr19Ni10o鐵碳合金的組織結構o鋼的熱處理上節(jié)回顧與聯(lián)系o鋁及其合金：其鈍化性可用來制造濃硫酸設備；o銅及其合金：純銅、黃銅、青銅、紫銅；o鉛及其合金o鈦及其合金：還可用于航空與醫(yī)療2. 2. 有色金屬有色金屬o1、純銅（紫銅）、純銅（紫銅）牌號表示法牌號表示法:漢語拼音：漢語拼音：T1、T2、T3、T4。.號數(shù)越大，其雜質含量越高，號數(shù)越大，其雜質含量越高，TU代表無氧銅

2、。代表無氧銅。 a、銅的特點：、銅的特點：導電、導熱性能好導電、導熱性能好 使用溫度：使用溫度：196250。耐醋酸、鹽酸、苛性堿。耐醋酸、鹽酸、苛性堿。不耐硝酸、硫化氫、氨、銨鹽及氰化鉀。不耐硝酸、硫化氫、氨、銨鹽及氰化鉀。銅及其合金銅及其合金 b b、用途、用途T1T4T1T4用于動力電纜等。用于動力電纜等。TU1TU1、TU2TU2用于真空儀表及精密儀表。用于真空儀表及精密儀表。TUMnTUMn用于電子管類用于電子管類2、黃銅、黃銅CuZn（銅鋅合金）（銅鋅合金）牌號：牌號：H62、H68、H80，數(shù)字表示銅含量的百分數(shù)，其，數(shù)字表示銅含量的百分數(shù)，其余為鋅余為鋅Zn。a、特點、特點 強

3、度比純銅高，但不耐腐蝕。若加入強度比純銅高，但不耐腐蝕。若加入1左右的錫左右的錫Sn，可提高耐海水腐蝕的能力，即海軍銅可提高耐海水腐蝕的能力，即海軍銅HSn701。 b b、用途、用途 換熱器及汽輪機冷凝器的管子、深冷設備的墊片。換熱器及汽輪機冷凝器的管子、深冷設備的墊片。鋁及其合金鋁及其合金 Alp 1、工業(yè)純鋁、工業(yè)純鋁牌號：牌號：L2、L3、L4，在牌號前加，在牌號前加Y表示冷作硬化鋁表示冷作硬化鋁YL2 ，加，加M表示退火鋁表示退火鋁ML2。a、特點、特點 比重輕，熔點低，導電、導熱性能好，低溫沖擊比重輕，熔點低，導電、導熱性能好，低溫沖擊韌性韌性ak值高，耐酸，不耐堿和鹽值高，耐酸，

4、不耐堿和鹽 溫度：溫度：196 150 b、用途、用途 輻射熱的反射率高達輻射熱的反射率高達95，不產生火花，在保溫，不產生火花，在保溫上，可用于上，可用于196貯槽及冷箱。貯槽及冷箱。2、防銹鋁、防銹鋁 在鋁的基礎上加在鋁的基礎上加Mg和和Mn的合金。的合金。牌號：牌號：LF2、LF3、LF5、LF11、LF21 a、特點、特點強度比純鋁高，塑性好，耐腐蝕性好，焊接性好，強度比純鋁高，塑性好，耐腐蝕性好，焊接性好，使用溫度：使用溫度：196 66 b、用途、用途用于深冷設備用于深冷設備o熱塑性材料與熱固性材料oPVCoPE：HDPE、LDPEoPMMAoPTFE3. 3. 非金屬材料非金屬材

5、料化工設備腐蝕與防腐例：油輪鋼腐蝕例：油輪鋼腐蝕最大均勻腐蝕速率最大均勻腐蝕速率0.1mm/y最大點蝕速率最大點蝕速率4mm/y25干濕交替干濕交替50例：油氣工業(yè)采集和輸送過程中使用大量彎頭、三通等復雜部件，其多以高溫高壓流體的沖刷腐蝕失效為主水下油氣田生產設施油氣田中出現(xiàn)的沖刷腐蝕失效腐蝕的定義o 50年代，腐蝕的定義僅指金屬的腐蝕： “在周圍介質作用下，由于化學反應、電化學反應或物理溶解而產生的金屬破壞。” o 50年代后，隨著非金屬材料的發(fā)展，腐蝕定義擴大到所有的材料: “由于材料和它所處的環(huán)境發(fā)生反應使材料和材料的性質發(fā)生惡化的現(xiàn)象” “腐蝕是由于物質與周圍環(huán)境的作用而產生的破壞”腐

6、蝕的定義o定義：腐蝕是材料受環(huán)境介質的化學、電化學和物理作用產生的損壞或變質現(xiàn)象, 包括化學、電化學與機械因素或生物因素的共同作用；o根據(jù)反應類型劃分腐蝕種類：化學腐蝕、化學腐蝕、電化學腐蝕電化學腐蝕、物理溶解腐蝕物理溶解腐蝕o腐蝕的定義包括了化學、電化學、物理學的內容，腐蝕的發(fā)生往往與磨損、斷裂等的同時進行；o腐蝕學是交叉學科（邊緣學科），涉及到金屬學、電化學、物理化學、流體力學、固體力學等，是一門應用性很強的學科。 鐵鐵的自然循環(huán)的自然循環(huán) 煉鋼礦化鐵礦石鋼鐵生銹鋼鐵熱力學自發(fā)過程（熱力學第二定律）鐵銹金屬為何會發(fā)生腐蝕？金屬為何會發(fā)生腐蝕？煉鐵、煉鋼煉鐵、煉鋼過程過程腐蝕過程腐蝕過程鋼鐵

7、礦石能級增大能級增大放出能量外加熱、電能量磁鐵礦：Fe3O4赤鐵礦：Fe2O3腐蝕的影響1、在化學工業(yè)、煉油、石油化工、造紙等工業(yè)中，金屬腐蝕造成設備的跑、冒、滴、漏可造成大量有毒的物質泄漏，污染環(huán)境，危害人民的健康 2、每年由于腐蝕可使大約1020的金屬損失掉了。2003年世界的鋼產量達到9.625億噸，中國的鋼產量高達2.2億噸，美國的鋼產量為0.914億噸 3、世界每年腐蝕掉的鋼大于美國的鋼產量；中國一年就有2200萬噸鋼被腐蝕掉了，相當于腐蝕掉一個大型鋼鐵企業(yè)的年產量腐蝕事故舉例o1966年某天然氣井的套管發(fā)生硫化物應力腐蝕開裂，造成井噴和特大爆炸，人員傷亡，日產百萬立方米的高產氣井報

8、廢。o1971年某天然氣管線發(fā)生腐蝕斷裂，產生爆炸，直接經(jīng)濟損失達7000萬元。o1985年日本的一架波音747客機，由于應力腐蝕斷裂而墜毀，死亡500余人。o 1997年某化工廠18個乙烯原料儲罐由于硫化物腐蝕引起大火，停產半年，直接損失達2億多元，間接損失巨大。腐蝕損失調查數(shù)據(jù)腐蝕損失調查數(shù)據(jù)n 材料腐蝕帶來的經(jīng)濟損失約占國民生產總值的1.81.84.24.2左右n 1975年，美國由于金屬腐蝕造成的經(jīng)濟損失約為700億美元，為當年國民生產總值的4.2，是當年水災、火災、地震、颶風等自然災害損失（125 億美元）的5倍多。n 我國1980年十家化工企業(yè)由于腐蝕造成的經(jīng)濟損失約為當年生產總值

9、的3.9，這個數(shù)值與許多國家進行的全面腐蝕損失調查的結果大體相當。n 2002年中國工程院的調查結果表明，我國腐蝕損失（包括直接和間接損失）達到4979.2億元。CountryDirect Cost Indirect Cost USA303.76 200 (approximately)Japan59.02Germany49.26UK8.51Australia7.32Belgium6.75India3.78Poland3.53Canada3.38.Global510.14 940 (approximately)金屬（電化學）腐蝕的分類金屬（電化學）腐蝕的分類1.自然環(huán)境腐蝕（1）大氣腐蝕 最普通

10、的腐蝕（2）土壤腐蝕 最復雜的腐蝕（3）水環(huán)境（淡水和海水）腐蝕 最苛刻的腐蝕 （4）微生物腐蝕無處不在2.工業(yè)環(huán)境腐蝕 （1）在酸性溶液中的腐蝕； （2）在堿性溶液中的腐蝕； （3）在鹽類溶液中的腐蝕； （4）在工業(yè)水中的腐蝕； （5）在熔鹽中的腐蝕； （6）在液態(tài)金屬中的腐蝕（物理溶解腐蝕）金屬（電化學）腐蝕的分類金屬（電化學）腐蝕的分類1.全面腐蝕（也稱為均勻腐蝕）o 均勻的全面腐蝕o 不均勻的全面腐蝕2.局部腐蝕o 電偶腐蝕o 點腐蝕（孔蝕、點蝕）o 縫隙腐蝕o 晶間腐蝕o 選擇性腐蝕o 氫致開裂（也稱氫脆）o 應力腐蝕斷裂（也稱為應力腐蝕）o 腐蝕疲勞o 磨損腐蝕o 。n重量指標：

11、金屬腐蝕速度的表示法金屬腐蝕速度的表示法1. 1. 金屬腐蝕的評定方法金屬腐蝕的評定方法一般只應用于均勻腐蝕。一般只應用于均勻腐蝕。(1). 根據(jù)重量變化來評定金屬的腐蝕hmgtFppK210(2). 根據(jù)腐蝕深度來評定金屬的腐蝕)/(76. 8100036524ammKKKao金屬與介質之間單純由化學變化所引起的腐蝕(無電流產生)。o鈍化作用o活化作用2. 2. 金屬腐蝕的分類金屬腐蝕的分類2.1 化學腐蝕2.1.1 金屬的高溫氧化及脫碳防止辦法：可添加適量的合金元素如鉻、硅、鋁等。防止辦法：可添加適量的合金元素如鉻、硅、鋁等。2.1.2 氫腐蝕 在較低的溫度和壓力下，氫氣一般對普通碳鋼不會

12、有明顯的在較低的溫度和壓力下，氫氣一般對普通碳鋼不會有明顯的腐蝕，但在高溫高壓下則能使材料的機械性能和塑性發(fā)生顯腐蝕，但在高溫高壓下則能使材料的機械性能和塑性發(fā)生顯著下降；著下降； 在合成氨工業(yè)中，就需要特別注意氫腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生；在合成氨工業(yè)中，就需要特別注意氫腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生； 氫腐蝕分為兩個階段：氫腐蝕分為兩個階段：氫脆階段：氫氣直接被鋼材吸附，并以原子狀態(tài)向鋼材內部擴散，溶解在鐵素體中形成固溶體，此時并未發(fā)生化學變化，但是鋼材顯著變脆，塑性減少。 氫侵蝕階段：這時氫氣與滲碳體發(fā)生化學反應這時氫氣與滲碳體發(fā)生化學反應 42332CHFeHCFe 這一化學反應常發(fā)生在晶界處，生成的甲烷氣聚集在

13、晶界原有的微觀孔隙中，形成局部高壓，引起應力集中，使晶界變寬，發(fā)生更大的裂紋，或在鋼材表層夾雜等缺陷中形成鼓泡，使機械性能降低。 防止辦法：防止辦法：降低鋼中的碳含量，使其沒有滲碳體的析出；添加合金元素，如鉻、鈦、鉬、鎢、釩等，形成穩(wěn)定的碳化物2.2 電化學腐蝕(電化學腐蝕：電化學腐蝕：有電流產生；(電化學腐蝕發(fā)生的三個必要條件電化學腐蝕發(fā)生的三個必要條件 陽極過程 陰極過程 電子流動3. 3. 金屬腐蝕破壞的形式金屬腐蝕破壞的形式o兩種相互接觸的不同金屬浸在腐蝕兩種相互接觸的不同金屬浸在腐蝕介質中，由于存在電位差，其中電介質中，由于存在電位差，其中電位較低的金屬往往會受到腐蝕；位較低的金屬往

14、往會受到腐蝕；o防止辦法：可將處于腐蝕介質中的防止辦法：可將處于腐蝕介質中的不同金屬連接用絕緣材料隔開。不同金屬連接用絕緣材料隔開。4. 4. 幾種特殊的腐蝕形式幾種特殊的腐蝕形式(1). 電偶腐蝕電偶腐蝕(雙金屬腐蝕雙金屬腐蝕)避免電偶腐蝕的例子避免電偶腐蝕的例子o金屬在固定拉應力和特定介質的共同作用下所引起的破裂金屬在固定拉應力和特定介質的共同作用下所引起的破裂;o這里所說的拉應力這里所說的拉應力,其來源可以是殘余內應力、也可以是構件在其來源可以是殘余內應力、也可以是構件在使用過程中所承受的各種應力；使用過程中所承受的各種應力；o壓應力不會產生應力腐蝕；壓應力不會產生應力腐蝕；o使材料發(fā)生

15、應力腐蝕的介質不是一般的介質，而是特定的介質。使材料發(fā)生應力腐蝕的介質不是一般的介質，而是特定的介質。(2). 應力腐蝕應力腐蝕防止應力腐蝕的辦法：合理選材、控制應力、減弱介質的浸蝕性、防止應力腐蝕的辦法：合理選材、控制應力、減弱介質的浸蝕性、消除殘余應力，避免應力集中。消除殘余應力，避免應力集中。o金屬部件在介質中，如若金屬與金屬或金屬與非金屬之間存在特別小的縫隙，使縫隙內的介質處于滯留狀態(tài)，從而引起縫內金屬的加速腐蝕。o幾乎所有的金屬和合金都會產生縫隙腐蝕，只是對腐蝕的敏感性有所不同，不銹鋼的敏感性比碳鋼高；o幾乎所有的介質都可能產生縫隙腐蝕，其中以充氣的含活性陰離子(如氯離子)的中性介質

16、最易發(fā)生;(3). 縫隙腐蝕縫隙腐蝕o應盡量避免形成縫隙,采用焊接比螺栓連接好；o罐體不要直接置于多孔性基底上，應加支架或支座；o設計的容器要能使液體能完全排凈；o避免銳角和靜滯區(qū)。o法蘭連接墊片盡可能是不吸水的，如聚四氟乙烯材料。防止縫隙腐蝕的方法防止縫隙腐蝕的方法: o在金屬表面的局部地區(qū)出現(xiàn)向深處發(fā)展的腐蝕小孔，這些小孔有的孤立存在，有些則緊湊在一起，看上去像一片粗糙的表面，這種腐蝕形態(tài)稱為點腐蝕；o破壞性大，而且不易發(fā)現(xiàn)；o易鈍化的金屬與合金如鋁、鈦合金，在含有氯離子的介質中很容易發(fā)生點腐蝕；o點腐蝕通常發(fā)生在靜滯的液體中，提高流速會減輕點腐蝕，如打海水的水泵如連續(xù)運轉使用很好，但一旦

17、停止使用一段時間，就會發(fā)生點腐蝕；o防止辦法：同縫隙腐蝕。(4). 點腐蝕點腐蝕o腐蝕沿著晶界和它鄰近區(qū)域產生和發(fā)展，而晶粒本身的腐蝕卻很輕微，這種腐蝕稱為晶間腐蝕；o晶間腐蝕會使晶粒間的結合力大大削弱，嚴重時使機械性能完全喪失，如遭受晶間腐蝕的不銹鋼，表面看起來完好無損，一敲則成碎粒；o防止辦法：在不銹鋼中加入鈦、鈮；采用超低碳不銹鋼，如00Cr18Ni19。(5). 晶間腐蝕晶間腐蝕同時存在著腐蝕和機械磨損，兩者互相加速的腐蝕稱為磨損腐蝕；如：運動的螺旋槳可使液體蒸汽壓降低，從而使液體蒸發(fā)成氣泡，當?shù)揭欢ǔ潭葧r，氣泡破裂的沖擊波(可達140MPa)使金屬表面的保護膜受到破壞，加劇了腐蝕。(

18、6). 磨損腐蝕磨損腐蝕用耐腐蝕性更強的金屬或合金包覆在設備表面；用非金屬(如瓷磚、有機物)保護層。5. 5. 金屬設備的防腐措施金屬設備的防腐措施 襯覆保護層襯覆保護層 電化學保護電化學保護 陰極保護陰極保護 陽極保護陽極保護在被保護金屬設備上連接一個更負的電極(強陽極)，促使陰極極化(犧牲陽極保護)；將被保護的金屬設備與直流電源的負極相連，依靠外加陰極電流進行陰極極化而使金屬得到保護；被保護金屬設備接陽極，形成鈍化作用；只有當金屬在介質中能鈍化時才能應用，技術復雜，用得不多。 添加緩蝕劑添加緩蝕劑腐蝕防護的基本途徑腐蝕防護的基本途徑（1）提高金屬本身的耐蝕性提高金屬本身的耐蝕性：如不銹鋼、鎳基合金：如不銹鋼、鎳基合金 從材料的熱力學穩(wěn)定性和控制腐蝕動力學兩個角度出發(fā)提高材料的抗蝕性；（2）改變環(huán)境（介質處理）改變環(huán)境（介質處理）： 降低環(huán)境的腐蝕性，如除去大氣中的SO2，在水溶液中除O2，改變溶液的pH值，在環(huán)境中加入緩蝕劑等；（3）采用覆蓋層采用覆蓋層： 采用金屬和非金屬涂層、改變材料的表面結構，使材料表面具有耐蝕的特性； 采用襯里、防銹油、防銹紙等，將材料與腐蝕介質隔開，腐蝕防護的基本途徑腐蝕防護的基本途徑（4）采用電化學保護（電保護）： 對于金屬的電化學腐蝕可通過陰極極化