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海水淡化設備的材料選擇及防腐技術探討
發布時間:2019-04-14 18:17:58 | 人感興趣 | 評分:3 | 收藏:
在海水淡化過程中,要用到很多材料,常用的殼體、換熱材料有碳鋼、不銹鋼、鈦管、銅管、鋁管。下邊就海水淡化設備在海水中的腐蝕做一個簡單的介紹,并指出一些相應的防腐措施。
1、鑄鐵在海水中的腐蝕
鑄鐵在海水中的腐蝕類型為石墨腐蝕。即鑄鐵表面的鐵腐蝕,留下不腐蝕的石墨和腐蝕產物,腐蝕后保持原來的外形和尺寸,但失去了重量和強度。除去石墨和腐蝕產物,呈不均勻全面腐蝕。
灰口鑄鐵HT200在海水中暴露1年的腐蝕率為0.16mm/a,平均點蝕深度、點蝕深度分別為0.27mm、0.45mm。灰口鑄鐵在海水中的腐蝕速度隨暴露時間下降,HT200在海水暴露0.5年的腐蝕率為0.19mm/a,暴露1.5年的腐蝕率為0.14mm/a。
普通鑄鐵在海水中的腐蝕速度與碳鋼接近。碳鋼在青島小麥島海區暴露1年的典型腐蝕率為:全浸區0.18mm/a,海洋大氣區0.06mm/a。
灰口鑄鐵在流動海水中的腐蝕速度隨海水流速的增大而增大, HT200在3m/s的海水中試驗164h的腐蝕率為1.0mm/a;在7和11m/s的海水中試驗40h,腐蝕率為7.82和9.33mm/a。灰口鑄鐵在流速為5、10和15m/s的海水中試驗30天的腐蝕率分別為1.8、2.7和3.6mm/a,它與碳鋼在流動海水中的腐蝕速度接近。
(1)普通鑄鐵在天然海水及流動海水中的腐蝕速度與碳鋼接近。
(2)低合金鑄鐵在海水中的腐蝕行為與普通鑄鐵的腐蝕行為相似。CrSbCu鑄鐵在海水中的腐蝕比普通鑄鐵輕。添加Ni、Ni-Cr、Ni-Cr-Mo、Ni-Cr-Cu、Ni-Cr-Re、Cu-Sn-Re、Cu-Cr、Cu-Al等的低合金鑄鐵在海水中的腐蝕速度與普通鑄鐵無明顯差別。加入少量Ni、Cr、Mo、Cu、Sn、Sb、Re等元素可減小鑄鐵海洋大氣區的腐蝕速度。
(3)高鎳鑄鐵在天然海水及流動海水中的腐蝕均較輕。高鎳鑄鐵在海水中暴露1.5年的腐蝕率大約是普通鑄鐵的1/3,它們在海水中暴露1.5年的點蝕深度小于0.20mm。
2、不銹鋼在海洋環境中的腐蝕
在青島小麥島,即北緯36°03′,東經125°25′。此外海水平均溫度13.6℃,鹽度約32%。,pH8.2左右。條件下得到的數據
在海洋大氣區暴露8a后,含鉻大于約17%的不銹鋼F179、Cr19Ni10和000Cr18Mo2基本不腐蝕,只是表面失去了光澤,腐蝕率<0.3微米每年,含鉻低的2Cr13表面有一層棕色繡層,它發生全面腐蝕,2Cr13具有大氣中維持鈍態所需的Cr含量(>12%),但是他在海水大氣區不能維持鈍態。它的腐蝕率約為5微m/a,點蝕深度<0.2mm.
不銹鋼在全浸區腐蝕嚴重,耐蝕性差別很大,它們的耐蝕順序分別是:000Cr18Mo2>00Cr19Ni10>1Cr18Ni19Ti>F179>2Cr13。2Cr13浸泡6各月已潰爛穿孔。F179有嚴重的溝槽腐蝕,浸泡1a時,已經穿孔。1Cr18Ni19Ti浸泡2a后發生隧道腐蝕,并已穿孔。00Cr19Ni10暴露4a時發生隧道腐蝕,并出現穿孔。溝槽腐蝕、隧道腐蝕以點蝕、縫隙腐蝕為起點,溝槽腐蝕的形貌是明顯的蝕溝;隧道腐蝕則是隱伏的,多半不露出表面,基體內腐蝕,表面留下未受腐蝕的薄膜。000Cr18Mo2腐蝕較輕,暴露8a的點深度為0.95mm.在全浸區不銹鋼的縫隙腐蝕很嚴重,F179、1Cr18Ni19Ti浸泡2a因縫隙腐蝕穿孔,00Cr19Ni10浸泡4a因縫隙腐蝕穿孔。000Cr18Mo2浸泡8a的縫隙腐蝕深度為1.3mm.在海水中,不銹鋼有低的腐蝕率,它們因點蝕(包括溝槽腐蝕、隧道腐蝕)和縫隙腐蝕而受到破壞,其大部分表面不受腐蝕。
3、鋁合金在海水中的腐蝕
鋁合金有較高的強度、良好的強度/密度比和較好的耐海水腐蝕性能,在海洋環境中已被廣泛應用。鋁合金在海洋環境中的腐蝕以點蝕、縫隙腐蝕和晶間腐蝕等為特征。
鋁合金在海水中無抗污損能力。污損海生物對鋁合金的腐蝕有明顯影響。鋁合金表面腐蝕較深的點蝕都發生在牡蠣的間隙或邊緣處,這是污損生物引起的縫隙腐蝕。在無海生物污損的表面點蝕較輕,但點蝕密度比有牡蠣污損處大。試驗的鋁合金在潮汐區的平均腐蝕率都較低,暴露1年腐蝕率為5. 07. 1μm/a, 16年為2. 0-2.6μm/a, 平均腐蝕率意味著均勻減薄,而鋁合金因點蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕而遭受破壞。因此,鋁合金在潮汐區的耐蝕性應該以點蝕、縫隙腐蝕數據來評價。
4、鈦管的使用和防腐蝕
鈦管的主要特性:密度小,比強度(強度/比重)高。高于鋁而低于鋼、銅、鎳。但比強度位于金屬之首,是不銹鋼的3倍,是鋁合金的1.3倍。耐腐蝕性能好,因為鈦和氧有很大的親和力,在空氣中或含氧的介質中,鈦表面生成一層致密的、附著力強、惰性大的氧化膜,保護了鈦基體不被腐蝕。即使由于機械磨損也會很快自愈或重新再生。這表明了鈦是具有強烈鈍化傾向的金屬。換熱性能好,金屬鈦的導熱系數雖然比碳鋼和銅低,但由于鈦優異的耐腐蝕性能,所以壁厚可以大大減薄,而且表面與蒸汽的換熱方式為滴狀冷凝,減少了熱阻,表面不結垢也可減少熱阻,使鈦的換熱性能顯著提高。耐熱性能好。化工耐低溫性能好,抗拉強度與其屈服強度接近。     
二、海水淡化設備中鈦管將逐漸替代原來的銅合金管,兩者相比,鈦管具有以下優點:
 1、同樣作業條件下,鈦管的壁厚更薄,管材用量更少。一般,銅合金管等壁厚為0.9mm-1.2mm;用鈦管代替,在腐蝕性小的地方,可用壁厚為0.5mm的薄壁管。 
2、鈦管的導熱性好。鈦熱導率為17W/(m•k),鋁黃銅的為lOOW/(m•k),70/30白銅的為29W/(m•k),鈦的熱導率最小.但使用薄壁鈦管,導熱性雖然比鋁黃銅差,但與90/10白銅相當,比70/30白銅的要好。
3、使用鈦管的性價比更高。鈦管價格可與銅合金管抗衡,由于鈦的密度低,壁厚相同時,同等長度的鈦管質量只是銅合金管的50%,當鈦管壁厚為銅合金管的50%時,相同傳熱面積的鈦管質量僅為銅合金管的1/4.可見,鈦管在價格方面是有競爭力的。
4、鈦管的使用壽命更長。由于海水常混有泥沙、海生物,它們在傳熱管內及管端附著,會侵蝕銅合金管,銅合金還會受海水中Br-的腐蝕。而鈦管就不會出現這種問題,特別是為了殺死海水中的細菌,不得不注入氧時,更需使用耐蝕性好的鈦管。
一般來說,鈦中的氫分為內氫和外氫兩種。內氫是指鈦在冶煉、熱加工、熱處理、酸洗、電鍍等過程中引入的氫;而鈦原來不含氫或者含氫很少。但在使用時由于從外界環境中引入的氫叫外氫,具體的說是通過以下幾種途徑在金屬表面產生活性氫原子,然后進入金屬中:
(1) 鈦制設備所處的介質中含有分子氫,例如高溫氫氣氛。
(2) 鈦發生全面腐蝕或者局部腐蝕產生的氫被鈦吸收。例如欽的縫隙腐蝕常伴隨著吸氫。
(3) 鈦與負電性金屬發生電偶腐蝕或陰極保護過保護時產生的氫。
后兩種由電化學腐蝕陰極引起的欽氫脆更頻繁,而且不需要高溫高壓就可以發生,更應引起重視。
Ti 愈來愈廣泛地應用在許多關鍵生產設備中,如凝汽器. 但是隨之而來,與其它耐蝕性較差的材料如不銹鋼、Cu、碳鋼等制成的設備、管道等相接觸,造成的電偶腐蝕問題引起了愈來愈多的關注。
使用鈦制凝汽器,存在著鈦管的防火、鈦管的振動磨損、生物附著、碳鋼水室腐蝕以及對其進行陰極保護時所引起的析氫等問題。其中,前三者己經采取合適的措施得到了有效治理,而后者仍然是沒有解決徹底。
一般認為,影響電偶腐蝕的因素主要有以下幾點:
(1)面積效應(陰極和陽極之間的面積比):面積效應是電偶腐蝕的一個重要影響因素,對腐蝕速度有著重大的影響,隨著陰極對陽極面積比的增大,陽極金屬的腐蝕增大。
(2)環境因素。環境因素也是影響電偶腐蝕速度的一個重要因素。但是環境因素包括很多方面,如電偶對所在的電解質的組成、溫度、電阻、pH值以及介質的流速等條件。一般說來,溫度越高,電偶腐蝕越嚴重。
溶液組成(在海水中,尤指Cl-濃度),對電偶腐蝕也有重大影響,電偶腐蝕速率存在一個隨Cl-濃度增大而變化很小的臨界濃度區,在這一臨界濃度區以上,電偶腐蝕速率就會隨Cl-濃度增大而進一步增大,尤其是較高濃度時,增大較多。
(3) 距離是影響電偶腐蝕的另一個因素。電偶連接加速陽極腐蝕,通常最嚴重部位總是在連接處,即靠近陽極,而距其越遠,腐蝕明顯減少,這與溶液的導電性有關。
(4)電位差:電偶腐蝕的驅動力是陰、陽極之間的電位差,兩極間的電偶電流值服從歐姆定律,就是說在其它條件完全相同的情況下,電偶電流在這種條件下,與陰、陽間的電位差呈正比。
(5) 電極的極化直接影響電偶的腐蝕速率。
當陰極過電位大于陽極過電位時,表明電偶腐蝕速度主要是受陰極極化控制。
當陽極過電位大于陰極過電位時,表明電偶腐蝕速度主要是受陽極極化控制。
在實際體系中,溶液的電阻>0時,因此電偶電流也相應的減小。在低電導的介質中,溶液電阻降大于陰極過電位或陽極過電位,溶液的電阻成為電偶腐蝕速率的主要控制因素。
銅管減緩腐蝕的方法:涂覆、緩釋、犧牲陽極等等
1.涂層的分類:構成防護涂層的材料品種很多,主要可分為三大類:金屬(Zn、Sn、Cd、Pb、Al等);非金屬的無機物(氧化物、磷酸鹽、硅酸鹽、膠泥等);有機物(油漆、高分子化合物、塑料等).所有涂層無論其材料與制作方法如何,它不僅能機械地阻隔外界環境介質的影響,而且因其組成中所含添加顏料、粉末狀金屬、鱗片等組分的緩蝕或鈍化作用,提高了涂層的保護性能,按金屬基體上涂覆層保護作用特征可分為陽極型(如鐵上的Zn、Cd覆蓋層,富鋅涂料等)和陰極型(如鐵上的Sn、Pb、Cu、Ni覆蓋層)及復合型三類.
2.涂層的保護作用:涂層的保護作用首先應具有很好的粘附性、使涂層與金屬基體表面緊密結合,不發生涂層起皮和脫落,在允許的環境因素變化和一定外力作用下也不易發生涂層剝離和鼓
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