承壓類設(shè)備內(nèi)部腐蝕的成因與防范策略

宮杰，張白雪

（濱州市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究所，山東 濱州 256600）

承壓類設(shè)備內(nèi)部腐蝕的成因與防范策略

宮杰，張白雪

（濱州市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究所，山東 濱州 256600）

本文從承壓類特種設(shè)備的腐蝕問題入手，通過96小時(shí)的不間斷實(shí)驗(yàn)，測定30個(gè)樣本的腐蝕成因、腐蝕速率的對比研究，提出對承壓類設(shè)備內(nèi)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(shè)備；腐蝕；腐蝕速率；質(zhì)量變化分析法

眾所周知，結(jié)垢和腐蝕是承壓類特種設(shè)備最常見也是非常危險(xiǎn)的兩種現(xiàn)象。其中電化學(xué)腐蝕的存在嚴(yán)重影響了設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，而且腐蝕一般存在于設(shè)備內(nèi)部，不易被發(fā)覺，也很難預(yù)防和處理。腐蝕輕則可以導(dǎo)致設(shè)備跑冒滴漏，嚴(yán)重可以導(dǎo)致爆管事故，本文將通過實(shí)驗(yàn)對電化學(xué)腐蝕及腐蝕速率進(jìn)行分析。

腐蝕指物質(zhì)與環(huán)境相互作用而失去它原有性質(zhì)的變化。腐蝕速率通常指是單位時(shí)間的腐蝕程度平均值，到底什么才是影響腐蝕速率的關(guān)鍵，又是如何影響腐蝕速率的呢？本文將結(jié)合實(shí)際檢驗(yàn)檢測中的經(jīng)驗(yàn)，通過質(zhì)量變化分析法實(shí)驗(yàn)來分析電化學(xué)腐蝕的實(shí)踐調(diào)控的可能性與理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)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(jī)，耐水砂紙，鹽酸（分析純），氫氧化鈉（分析純），超純水機(jī)，金相顯微鏡，RCC—III旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)儀（以下簡稱腐蝕試驗(yàn)儀），分析天平，干燥箱，鋼印金屬標(biāo)記機(jī)，電導(dǎo)率儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

（1）將實(shí)驗(yàn)所需標(biāo)準(zhǔn)腐蝕掛片用金相磨拋機(jī)打磨平整，鋼印金屬標(biāo)記機(jī)標(biāo)號，用分析天平分別稱重后放入干燥箱備用。

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

（3）實(shí)驗(yàn)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(tài)下的腐蝕速率。將腐蝕試驗(yàn)儀的鼓泡口一端連接醫(yī)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(gè)針管分別放于5個(gè)大燒杯中備用。由于腐蝕試驗(yàn)儀只能給同一狀態(tài)下的水溶液鼓泡，不能滿足此次實(shí)驗(yàn)需要，通過這樣改造即可實(shí)現(xiàn)同時(shí)對5個(gè)燒杯中不同水溶液通入空氣的目的。

1.3 實(shí)驗(yàn)過程

（1）實(shí)驗(yàn)第一階段，將pH值為7，不同電導(dǎo)率的水溶液放入大燒杯中，每個(gè)燒杯內(nèi)部懸掛3個(gè)已稱重好的腐蝕掛片，腐蝕試驗(yàn)儀設(shè)置水溫穩(wěn)定70℃，旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置為50r/min，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行72小時(shí)。試驗(yàn)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(shí)，稱重記錄。

（2）實(shí)驗(yàn)第二階段，將電導(dǎo)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(shí)驗(yàn)完成后選取有代表性的掛片做金相顯微鏡觀察。

1.4 結(jié)果分析（表1、2）

腐蝕速率計(jì)算公式：

式中：

R——腐蝕速率，mm/a；

M——試驗(yàn)前的試樣質(zhì)量，g；

M1——試驗(yàn)后的試樣質(zhì)量，g；

S——試樣的總面積，cm2；

T——試驗(yàn)時(shí)間，h；

D——材料的密度，kg/m3。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)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(nèi)側(cè)腐蝕更嚴(yán)重，且呈現(xiàn)一定規(guī)律性，腐蝕形態(tài)成水流態(tài)，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(xiàn)一定的規(guī)律性。

通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，隨著電導(dǎo)率的提高，腐蝕速率是加快的，說明水中導(dǎo)電離子越多，對金屬的腐蝕越強(qiáng)；而pH值對腐蝕速率的影響主要是在pH值在9和11的時(shí)候腐蝕速率較慢，可見在堿性溶液中，腐蝕現(xiàn)象比較弱。對比兩個(gè)實(shí)驗(yàn)階段，相對來說電導(dǎo)率的影響相對較穩(wěn)定，而pH值的影響較復(fù)雜，在相同的pH值溶液中的腐蝕速率也存在一定區(qū)別，考慮與金屬的材質(zhì)和溶液的成分有關(guān)。綜合來看，控制介質(zhì)流速穩(wěn)定，盡量避免生產(chǎn)負(fù)荷波動，控制介質(zhì)電導(dǎo)率和pH值，對控制腐蝕有重要的實(shí)踐意義，但是考慮到南北方水源差異，北方水質(zhì)條件惡劣，南方原水水質(zhì)電導(dǎo)率在25μs/cm左右，北方自來水電導(dǎo)率都在600μs/ cm左右，比南方鍋爐爐水水質(zhì)還高，對于一般化工企業(yè)很難將工業(yè)用水電導(dǎo)率處理到理論的安全范圍內(nèi)，因此參照實(shí)驗(yàn)二結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在較高電導(dǎo)率，但是如果將pH值調(diào)整到合理范圍內(nèi)，電化學(xué)腐蝕速率依然是可控的。這也是本文提出的防范特種設(shè)備內(nèi)部腐蝕的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論依據(jù)。

表1 第一階段實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表2 第一階段實(shí)驗(yàn)結(jié)果

需要指出的是，本文實(shí)驗(yàn)研究了實(shí)用不銹鋼掛片在實(shí)驗(yàn)條件條件下的電化學(xué)腐蝕，僅僅是對鍋爐內(nèi)電化學(xué)腐蝕的模擬探究，在實(shí)際情況下，腐蝕的種類與原因是非常復(fù)雜的，結(jié)垢的存在對腐蝕起到一定程度的消弱。

3 結(jié)語

本文主要就特種設(shè)備的電化學(xué)腐蝕與腐蝕速率做了實(shí)驗(yàn)室的測定與探究。不同的特種設(shè)備由于用途的不同，所處環(huán)境的不同腐蝕原因與速率有所不同。但僅就常規(guī)腐蝕的環(huán)境分析，本文對電化學(xué)腐蝕原理進(jìn)一步探究是合理的，其結(jié)論也在實(shí)際生產(chǎn)與工業(yè)應(yīng)用中具有一定的參考價(jià)值。

[1]JBT 7901-2001金屬材料實(shí)驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法[S].

[2]袁其書.數(shù)理化教學(xué)理論與研究與實(shí)踐[M].江西,江西高校出版社，1999.

[3]童忠良.化工產(chǎn)品手冊 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

X924.4

A

1671-0711（2017）04（下）-0113-02