海水淡化设备的材料选择及防腐

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1、海水淡化设备的材料选择及防腐在海水淡化过程中，要用到很多材料，常用的壳体、换热材料有碳钢、不锈钢、钛管、 铜管、铝管。下边就这几种材料在海水中的腐蚀做一个简单的介绍，并指出一些相应的防腐 措施。1、铸铁在海水中的腐蚀 铸铁在海水中的腐蚀类型为石墨腐蚀。即铸铁表面的铁腐蚀,留下不腐蚀的石墨和腐蚀 产物,腐蚀后保持原来的外形和尺寸,但失去了重量和强度。除去石墨和腐蚀产物,呈不均匀 全面腐蚀。灰口铸铁HT200在海水中暴露1年的腐蚀率为0.16mm/a,平均点蚀深度、最大点蚀深度 分别为0.27mm、0.45mm。灰口铸铁在海水中的腐蚀速度随暴露时间下降,HT200在海水暴露 0.5年的腐蚀率为0.

2、19mm/a,暴露1.5年的腐蚀率为0.14mm/a。普通铸铁在海水中的腐蚀速度与碳钢接近。碳钢在青岛小麦岛海区暴露1年的典型腐蚀 率为：全浸区0.18mm/a,海洋大气区0.06mm/a。灰口铸铁在流动海水中的腐蚀速度随海水流速的增大而增大, HT200 在 3m/s 的海水中 试验164h的腐蚀率为1.0mm/a;在7和11m/s的海水中试验40h,腐蚀率为7.82和9.33mm/a。 灰口铸铁在流速为5、10和15m/s的海水中试验30天的腐蚀率分别为1.8、2.7和3.6mm/a, 它与碳钢在流动海水中的腐蚀速度接近。(1) 普通铸铁在天然海水及流动海水中的腐蚀速度与碳钢接近。(2)

3、低合金铸铁在海水中的腐蚀行为与普通铸铁的腐蚀行为相似。 CrSbCu 铸铁在海水中 的腐蚀比普通铸铁轻。添加 Ni、 Ni-Cr、 Ni-Cr-Mo、 Ni-Cr-Cu、 Ni-Cr-Re、 Cu-Sn-Re、 Cu-Cr、 Cu-Al等的低合金铸铁在海水中的腐蚀速度与普通铸铁无明显差别。加入少量Ni、Cr、Mo、 Cu、 Sn、 Sb、 Re 等元素可减小铸铁海洋大气区的腐蚀速度。(3) 高镍铸铁在天然海水及流动海水中的腐蚀均较轻。高镍铸铁在海水中暴露1.5年的 腐蚀率大约是普通铸铁的1/3,它们在海水中暴露1. 5年的最大点蚀深度小于0. 20mm。2、不锈钢在海洋环境中的腐蚀在青岛小麦岛

4、，即北纬36 03，,东经125 25，。此外海水平均温度13.6C，盐度 约 32%。， pH8.2 左右。条件下得到的数据在海洋大气区暴露8a后，含铬大于约17%的不锈钢F179、Cr19Ni10和000Cr18Mo2基 本不腐蚀，只是表面失去了光泽，腐蚀率0.3 微米每年，含铬低的 2Cr13 表面有一层棕色 绣层，它发生全面腐蚀，2Cr13具有大气中维持钝态所需的Cr含量(12%)，但是他在海水 大气区不能维持钝态。它的腐蚀率约为5微m/a,点蚀深度0.2mm.不锈钢在全浸区腐蚀严重， 耐蚀性差别很大， 它们的耐蚀顺序分别是： 000Cr18Mo200Cr19Ni101Cr18Ni19

5、TiF1792Cr13。 2Cr13 浸泡 6 各月已溃烂穿孔。 F179 有严重的沟槽腐蚀，浸泡1a时，已经穿孔。1Cr18Ni19Ti浸泡2a后发生隧道腐蚀，并已穿 孔。00Cr19Ni10暴露4a时发生隧道腐蚀，并出现穿孔。沟槽腐蚀、隧道腐蚀以点蚀、缝隙 腐蚀为起点，沟槽腐蚀的形貌是明显的蚀沟；隧道腐蚀则是隐伏的，多半不露出表面，基体 内腐蚀，表面留下未受腐蚀的薄膜。000Cr18Mo2腐蚀较轻，暴露8a的最大点深度为0.95mm. 在全浸区不锈钢的缝隙腐蚀很严重,F179、1Cr18Ni19Ti浸泡2a因缝隙腐蚀穿孔,00Cr19Ni10 浸泡4a因缝隙腐蚀穿孔。000Cr18Mo2浸

6、泡8a的最大缝隙腐蚀深度为1.3mm.在海水中，不 锈钢有低的腐蚀率，它们因点蚀(包括沟槽腐蚀、隧道腐蚀)和缝隙腐蚀而受到破坏，其大 部分表面不受腐蚀。3、铝合金在海水中的腐蚀 铝合金有较高的强度、良好的强度/密度比和较好的耐海水腐蚀性能,在海洋环境中已被 广泛应用。铝合金在海洋环境中的腐蚀以点蚀、缝隙腐蚀和晶间腐蚀等为特征。铝合金在海水中无抗污损能力。污损海生物对铝合金的腐蚀有明显影响。铝合金表面腐 蚀较深的点蚀都发生在牡蛎的间隙或边缘处,这是污损生物引起的缝隙腐蚀。在无海生物污 损的表面点蚀较轻,但点蚀密度比有牡蛎污损处大。试验的铝合金在潮汐区的平均腐蚀率都 较低，暴露1年腐蚀率为5. 0

7、7. 1p m/a, 16年为2. 0-2.6p m/a,平均腐蚀率意味着均匀 减薄, 而铝合金因点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀而遭受破坏。因此, 铝合金在潮汐区的耐蚀性应 该以点蚀、缝隙腐蚀数据来评价。4、钛管的使用和防腐蚀 钛管的主要特性：密度小，比强度(强度/比重)高。高于铝而低于钢、铜、镍。但 比强度位于金属之首，是不锈钢的3倍，是铝合金的1.3倍。耐腐蚀性能好，因为钛和 氧有很大的亲和力，在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一层致密的、附着力强、惰 性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀。即使由于机械磨损也会很快自愈或重新再生。 这表明了钛是具有强烈钝化倾向的金属。换热性能好，金属钛的导热系数虽

8、然比碳钢和 铜低，但由于钛优异的耐腐蚀性能，所以壁厚可以大大减薄，而且表面与蒸汽的换热方 式为滴状冷凝，减少了热阻，表面不结垢也可减少热阻，使钛的换热性能显著提高。耐 热性能好。化工耐低温性能好，抗拉强度与其屈服强度接近。二、海水淡化设备中钛管将逐渐替代原来的铜合金管，两者相比，钛管具有以下优点： 1 、同样作业条件下，钛管的壁厚更薄，管材用量更少。一般，铜合金管等壁厚为0.9mm-1.2mm；用钛管代替，在腐蚀性小的地方，可用壁厚为0.5mm的薄壁管。2、钛管的导热性好。钛热导率为17W/(m k),铝黄铜的为lOOW/ (mk), 70 / 30白 铜的为29W /(mk),钛的热导率最小

9、.但使用薄壁钛管，导热性虽然比铝黄铜差，但与90 /10白铜相当，比70/30白铜的要好。3、使用钛管的性价比更高。钛管价格可与铜合金管抗衡，由于钛的密度低，壁厚相同时， 同等长度的钛管质量只是铜合金管的 50，当钛管壁厚为铜合金管的 50时，相同传热面 积的钛管质量仅为铜合金管的 1/ 4.可见，钛管在价格方面是有竞争力的。4、钛管的使用寿命更长。由于海水常混有泥沙、海生物，它们在传热管内及管端附着， 会侵蚀铜合金管，铜合金还会受海水中Br-的腐蚀。而钛管就不会出现这种问题，特别是 为了杀死海水中的细菌，不得不注入氧时，更需使用耐蚀性好的钛管。一般来说，钛中的氢分为内氢和外氢两种。内氢是指钛

10、在冶炼、热加工、热处理、酸洗、 电镀等过程中引入的氢;而钛原来不含氢或者含氢很少。但在使用时由于从外界环境中引入 的氢叫外氢，具体的说是通过以下几种途径在金属表面产生活性氢原子，然后进入金属中:(1) 钛制设备所处的介质中含有分子氢，例如高温氢气氛。(2) 钛发生全面腐蚀或者局部腐蚀产生的氢被钛吸收。例如钦的缝隙腐蚀常伴随着吸氢。(3) 钛与负电性金属发生电偶腐蚀或阴极保护过保护时产生的氢。 后两种由电化学腐蚀阴极引起的钦氢脆更频繁，而且不需要高温高压就可以发生，更应引起重视。Ti 愈来愈广泛地应用在许多关键生产设备中 , 如凝汽器. 但是随之而来, 与其它耐蚀性 较差的材料如不锈钢、Cu、碳

11、钢等制成的设备、管道等相接触,造成的电偶腐蚀问题引起了 愈来愈多的关注。使用钛制凝汽器，存在着钛管的防火、钛管的振动磨损、生物附着、碳钢水室腐蚀以及 对其进行阴极保护时所引起的析氢等问题。其中，前三者己经采取合适的措施得到了有效治 理，而后者仍然是没有解决彻底。一般认为，影响电偶腐蚀的因素主要有以下几点:（1）面积效应（阴极和阳极之间的面积比）:面积效应是电偶腐蚀的一个重要影响因素，对 腐蚀速度有着重大的影响，随着阴极对阳极面积比的增大，阳极金属的腐蚀增大。（2）环境因素。环境因素也是影响电偶腐蚀速度的一个重要因素。但是环境因素包括很 多方面，如电偶对所在的电解质的组成、温度、电阻、pH值以及

12、介质的流速等条件。一般 说来，温度越高，电偶腐蚀越严重。溶液组成（在海水中，尤指Cl-浓度），对电偶腐蚀也有重大影响，电偶腐蚀速率存在一个 随Cl-浓度增大而变化很小的临界浓度区，在这一临界浓度区以上，电偶腐蚀速率就会随Cl- 浓度增大而进一步增大，尤其是较高浓度时，增大较多。（3）距离是影响电偶腐蚀的另一个因素。电偶连接加速阳极腐蚀，通常最严重部位总是 在连接处，即靠近阳极，而距其越远，腐蚀明显减少，这与溶液的导电性有关。（4）电位差:电偶腐蚀的驱动力是阴、阳极之间的电位差，两极间的电偶电流值服从欧姆 定律，就是说在其它条件完全相同的情况下，电偶电流在这种条件下，与阴、阳间的电位差 呈正比。

13、（5）电极的极化直接影响电偶的腐蚀速率。 当阴极过电位大于阳极过电位时，表明电偶腐蚀速度主要是受阴极极化控制。 当阳极过电位大于阴极过电位时，表明电偶腐蚀速度主要是受阳极极化控制。在实际体系中，溶液的电阻0 时，因此电偶电流也相应的减小。在低电导的介质中，溶 液电阻降大于阴极过电位或阳极过电位，溶液的电阻成为电偶腐蚀速率的主要控制因素。碳钢碳钢在海水中铜管减缓腐蚀的方法涂覆、缓释、牺牲阳极等等1涂层的分类：构成防护涂层的材料品种很多，主要可分为三大类:金属（Zn、Sn、Cd、Pb、 Al 等）;非金属的无机物（氧化物、磷酸盐、硅酸盐、胶泥等）;有机物（油漆、高分子化 合物、塑料等）. 所有涂层

14、无论其材料与制作方法如何， 它不仅能机械地阻隔外界环境介质的 影响， 而且因其组成中所含添加颜料、粉末状金属、鳞片等组分的缓蚀或钝化作用， 提高了涂 层的保护性能， 按金属基体上涂覆层保护作用特征可分为阳极型（如铁上的 Zn、 Cd 覆盖层， 富锌涂料等）和阴极型（如铁上的 Sn、 Pb、 Cu、 Ni 覆盖层）及复合型三类.2. 涂层的保护作用：涂层的保护作用首先应具有很好的粘附性、使涂层与金属基体表面 紧密结合， 不发生涂层起皮和脱落， 在允许的环境因素变化和一定外力作用下也不易发生涂 层剥离和鼓泡. 同时， 还应具有很好的致密性和抗渗透性， 阻止环境介质渗入。3. 涂层的失效：在涂层的制

15、备过程由于各种外界因素如环境污染物的掺入等， 会在涂层 中留下瑕疵和隐患， 出现气泡、阴影和斑点;由于有机物分子的交联、缩聚、溶剂挥发而使涂 层中发生内部密度不均、形成微孔、裂纹缝隙. 这都是导致涂层机械屏障性能宏观上降低的 原因.4. 涂层下的腐蚀Fr*H2O:k| H；i VFVOHm十 rFrOH.iFrOH1 十 rFr(H+ + H+ 甘fF + H2o(1)(2)(3)(S)在含Cl-的海水介质中，由于卤素离子对金属基体Fe具有更强的特性吸附作用,其阳极 溶解反应过程可表示为：IV 出()十 Cl十 HK)十 r(6)FeCLd-n FT(?)FMXiH+ CfH+ 4- e(和F

16、eCb Fe + 十 2CF(幼还可表示为氯离子的催化机制FV+ (J vF帆九叶严(10)FeCLiFeCr 十 f11)bvc：r + cr(12)涂层下金属腐蚀的阳极反应区,腐蚀产生的金属离子如Fe2+可自由地通过涂层的微孔 缝隙传输进入环境介质中, 通常对涂层不构成破坏作用 .在涂层阻抗谱变化研究中发现腐蚀 产物向外扩散过程中,可能因产物在涂层传输通道中的阻塞作用,使传输系数下降,出现极化 电阻值升高,似乎表现出涂层屏蔽性能的改善和提高 .但这种现象随涂层下金属腐蚀过程和 二次反应的进行,很快又为腐蚀产物体积的增大和由于涂层微孔缝隙通道中传输的阻滞使产 物逐渐积累的破坏作用而消失.这时涂层性能下降过程加剧,涂层下金属受环境介质侵蚀作 用也急速增加.研究中可观察到涂层, 特别是油漆膜隆起破裂,形成可见的腐蚀锈蚀点.腐蚀 过程的阴极反应产生0H-,舰船在采用阴极保护时,在船壳的某些部分也会形成大量碱，这时 形成局部溶液的碱化而使漆膜涂层软化鼓泡产生的OH-对金属基体还有很高的亲合势，具有 在金属上“爬行”的能力,由于爬行的结果可使漆膜和金属基体脱离.这就是阴极形成碱对于 漆膜涂层的软化和松脱作用、腐蚀而使漆膜脱落,加速涂层失效的过程.缓释 各种缓蚀剂，铝缓蚀剂；铜缓释剂 机理：牺牲阳极 在保护过程中，