承壓類設備內部腐蝕的成因與防范策略

宮杰，張白雪

（濱州市特種設備檢驗研究所，山東 濱州 256600）

承壓類設備內部腐蝕的成因與防范策略

宮杰，張白雪

（濱州市特種設備檢驗研究所，山東 濱州 256600）

本文從承壓類特種設備的腐蝕問題入手，通過96小時的不間斷實驗，測定30個樣本的腐蝕成因、腐蝕速率的對比研究，提出對承壓類設備內部腐蝕與腐蝕速率成因的新理論分析，并給出防范的基本策略。

承壓特種設備；腐蝕；腐蝕速率；質量變化分析法

眾所周知，結垢和腐蝕是承壓類特種設備最常見也是非常危險的兩種現象。其中電化學腐蝕的存在嚴重影響了設備的安全穩定運行，而且腐蝕一般存在于設備內部，不易被發覺，也很難預防和處理。腐蝕輕則可以導致設備跑冒滴漏，嚴重可以導致爆管事故，本文將通過實驗對電化學腐蝕及腐蝕速率進行分析。

腐蝕指物質與環境相互作用而失去它原有性質的變化。腐蝕速率通常指是單位時間的腐蝕程度平均值，到底什么才是影響腐蝕速率的關鍵，又是如何影響腐蝕速率的呢？本文將結合實際檢驗檢測中的經驗，通過質量變化分析法實驗來分析電化學腐蝕的實踐調控的可能性與理論依據。

1 實驗部分

1.1 實驗器材

I型不銹鋼腐蝕掛片(表面積0.28dm2、ρ=7.92kg/m3)若干，金相磨拋機，耐水砂紙，鹽酸（分析純），氫氧化鈉（分析純），超純水機，金相顯微鏡，RCC—III旋轉掛片腐蝕試驗儀（以下簡稱腐蝕試驗儀），分析天平，干燥箱，鋼印金屬標記機，電導率儀。

1.2 實驗準備

（1）將實驗所需標準腐蝕掛片用金相磨拋機打磨平整，鋼印金屬標記機標號，用分析天平分別稱重后放入干燥箱備用。

（2）實驗第一階段，用超純水稀釋自來水，配置電導率分別為：1μs/cm、5μs/cm、25μs/cm、125μs/cm、625μs/cm的水溶液備用。

（3）實驗第二階段，用鹽酸和氫氧化鈉配置pH值分別為：3、5、7、9、11的水溶液備用。

（4）自制鼓泡裝置以模擬有氧狀態下的腐蝕速率。將腐蝕試驗儀的鼓泡口一端連接醫用針管，針管另一端插入帶有橡皮塞的小燒杯中，通過小燒杯的橡皮塞接出另外5個針管分別放于5個大燒杯中備用。由于腐蝕試驗儀只能給同一狀態下的水溶液鼓泡，不能滿足此次實驗需要，通過這樣改造即可實現同時對5個燒杯中不同水溶液通入空氣的目的。

1.3 實驗過程

（1）實驗第一階段，將pH值為7，不同電導率的水溶液放入大燒杯中，每個燒杯內部懸掛3個已稱重好的腐蝕掛片，腐蝕試驗儀設置水溫穩定70℃，旋轉速度設置為50r/min，實驗進行72小時。試驗后用耐水砂紙小心打磨每塊腐蝕掛片，在干燥箱放置24小時，稱重記錄。

（2）實驗第二階段，將電導率為100μs/cm,不同pH值的水溶液放入大燒杯中，其余條件與第一階段相同，做好稱重記錄。

（3）實驗完成后選取有代表性的掛片做金相顯微鏡觀察。

1.4 結果分析（表1、2）

腐蝕速率計算公式：

式中：

R——腐蝕速率，mm/a；

M——試驗前的試樣質量，g；

M1——試驗后的試樣質量，g；

S——試樣的總面積，cm2；

T——試驗時間，h；

D——材料的密度，kg/m3。

2 實驗結論及分析

通過在金相顯微鏡下放大1000倍后觀察，掛片受水流沖擊大，流速更快的內側腐蝕更嚴重，且呈現一定規律性，腐蝕形態成水流態，延水流沖刷方向腐蝕。從感性上分析，說明流速和流向是對腐蝕有一定影響的，而且呈現一定的規律性。

通過對實驗數據進行分析，可以發現，隨著電導率的提高，腐蝕速率是加快的，說明水中導電離子越多，對金屬的腐蝕越強；而pH值對腐蝕速率的影響主要是在pH值在9和11的時候腐蝕速率較慢，可見在堿性溶液中，腐蝕現象比較弱。對比兩個實驗階段，相對來說電導率的影響相對較穩定，而pH值的影響較復雜，在相同的pH值溶液中的腐蝕速率也存在一定區別，考慮與金屬的材質和溶液的成分有關。綜合來看，控制介質流速穩定，盡量避免生產負荷波動，控制介質電導率和pH值，對控制腐蝕有重要的實踐意義，但是考慮到南北方水源差異，北方水質條件惡劣，南方原水水質電導率在25μs/cm左右，北方自來水電導率都在600μs/ cm左右，比南方鍋爐爐水水質還高，對于一般化工企業很難將工業用水電導率處理到理論的安全范圍內，因此參照實驗二結果發現，在較高電導率，但是如果將pH值調整到合理范圍內，電化學腐蝕速率依然是可控的。這也是本文提出的防范特種設備內部腐蝕的實驗依據和理論依據。

表1 第一階段實驗結果

表2 第一階段實驗結果

需要指出的是，本文實驗研究了實用不銹鋼掛片在實驗條件條件下的電化學腐蝕，僅僅是對鍋爐內電化學腐蝕的模擬探究，在實際情況下，腐蝕的種類與原因是非常復雜的，結垢的存在對腐蝕起到一定程度的消弱。

3 結語

本文主要就特種設備的電化學腐蝕與腐蝕速率做了實驗室的測定與探究。不同的特種設備由于用途的不同，所處環境的不同腐蝕原因與速率有所不同。但僅就常規腐蝕的環境分析，本文對電化學腐蝕原理進一步探究是合理的，其結論也在實際生產與工業應用中具有一定的參考價值。

[1]JBT 7901-2001金屬材料實驗室均勻腐蝕全浸試驗方法[S].

[2]袁其書.數理化教學理論與研究與實踐[M].江西,江西高校出版社，1999.

[3]童忠良.化工產品手冊 [M].北京：化學工業出版社，2008.

X924.4

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1671-0711（2017）04（下）-0113-02