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海水换热器的腐蚀原因和机理

浏览次数:0 日期:2022-04-16 15:43:25 在线询价

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1、电化学腐蚀

电化学腐蚀是 普遍、 常见的腐蚀,有时单独造成腐蚀,有时和机械作用等共同产生腐蚀。碳素钢在电解质溶液中会形成微电池,在电解质溶液中就会形成以低电位的铁素体为阳极,高电位的渗碳体为阴极的腐蚀电池,从而使钢材受到腐蚀。

2、湿硫化氢腐蚀

原油中含有二氧化硫、硫化氢等成分,在换热器中流过时构成了湿硫化氢环境,对海上平台金属换热器造成很强的腐蚀。

湿硫化氢对海上平台换热器可以形成两方面的腐蚀:均匀腐蚀和湿硫化氢应力腐蚀开裂。硫化物应力开裂的机理,一种认为是金属的阳极溶解引起破裂扩展。另一种认为是渗入氢引起的脆性破裂而造成破裂扩展。当不锈钢浸渍在含硫化氢的环境中,因腐蚀而产生的氢便渗入钢中,原子状氢扩散到达非金属夹杂物等界面,在其缺陷部位转变为分子氢,提高了空洞的内压,其压力可达到104MPa。在压力作用下,沿夹杂物或偏析区呈线状或台阶状扩展开裂。

不锈钢的使用过程中,发生敏化的部分,或者在制造设备的过程中发生敏化的部分,其晶界上会形成贫Cr区。在这种状态下,若遇到上述生成的酸,就会发生沿晶应力腐蚀开裂。可以认为,此沿晶应力腐蚀开裂的机理是贫Cr区的阳极溶解,阴极反应时连多硫酸的还原而引起的。

3、氯离子腐蚀

海上平台用金属换热器介质之一的海水中含有较多含量的氯离子,具有很强的腐蚀性,其对不锈钢换热器造成的腐蚀种类主要有两种:应力腐蚀、点蚀。

(1)由于海水中氯离子使海洋平台用金属换热器(不锈钢)

表面的钝化膜受到破坏,在拉伸应力的作用下,钝化膜被破坏的区域就会产生裂纹,成为腐蚀电池的阳极区,连续不断的电化学腐蚀 终可能导致金属的断裂。这种腐蚀与氯离子的浓度关系不大,即使是微量的氯离子,也可能产生应力腐蚀。

(2)海水中氯离子容易吸附在换热器钝化膜上,把氧原子挤掉,然后和钝化膜中的阳离子结合形成可溶性氯化物,结果在换热器露出来的金属面上腐蚀了一个小坑,这些小坑被称为点蚀核。这些氯化物容易水解,使小坑内溶液pH值下降,使溶液成酸性,溶解了一部分氧化膜,造成多余的金属离子,为了平衡腐蚀坑内的电中性,外部的氯离子不断向孔内迁移,使孔内金属又进一步水解。如此循环,奥氏体不锈钢不断的腐蚀,越来越快,并且向孔的深度方向发展,直至形成穿孔,造成点蚀。

4、环烷酸腐蚀

环烷酸是原油中烃类氧化物的通称,属于有机酸,因为环烷酸的羧酸衍生物在原油中占有较大的比例,故称为环烷酸,可溶于油相中。随着原油酸值的增大、流速的增快而腐蚀加重。尤其在金属的粗糙不平的表面和湍流区,环烷酸的腐蚀更严重。环烷酸腐蚀呈沟槽状。

5、磨损腐蚀

腐蚀磨损是指摩擦副对偶表面在相对滑动过程中,表面材料与周围介质发生化学或电化学反应,并伴随机械作用而引起的材料损失的现象。腐蚀磨损通常是一种轻微磨损,但在一定条件下也可能转变为严重磨损。海上平台金属换热器中的腐蚀液体是流动的,而由于流体力学因素与腐蚀电化学因素协同加速作用,动态下的介质对金属材料的腐蚀要比静态下的腐蚀严重的多。特别是液体中含有第二相,组成双相流或多相流时,由于固体颗粒对材料的冲击和磨损,使腐蚀更为严重。

6、大气腐蚀

海洋大气是指海面飞溅区以上的大气区和沿岸大气区,在此区域中主要含有水蒸气、氧气、氮气、二氧化碳、二氧化硫以及悬浮于其中的氯化盐、硫酸盐等,它具有比普通大气湿度大、盐分高、温度高及干、湿循环效应明显等特点。由于海洋大气湿度很大,水蒸气在毛细管作用、吸附作用、化学凝结作用的影响下,附着在钢材表面上形成一层肉眼看不见的水膜,CO2、SO2和一些盐分溶解在水膜中,使之成为导电性很强的电解质溶液。由于钢材的主体元素铁和微量元素碳等元素的标准电极电位不同,当它们同时处于电解质溶液中时,就形成了很多原电池,铁作为阳极在电解质溶液中被氧化而失去电子,变成铁锈。

由于海洋大气环境相对湿度较大,水膜较厚,含盐量较高,水膜电解能力更强,同时海洋大气环境中的钢结构,白天经日光照射,水分蒸发提高了表面盐度,晚间又形成潮湿表面,这种干湿循环使得腐蚀速度大大加快。此外水膜中溶解的其他物质,如氧气、二氧化碳、二氧化硫及另外一些氯化物和硫酸盐也沉积在钢材表面,一方面,盐分在水膜中溶解,二氧化碳和二氧化硫使水膜呈酸性,提高了水膜的导电能力;另一方面,氯离子有穿透作用,它能加速钢材的点蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀和缝隙腐蚀等局部腐蚀。由此可见,海洋大气腐蚀环境远比内陆大气环境恶劣。


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