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海洋工程材料腐蚀监测与防护技术

2016-10-17 18:01:50
作者:本网整理

我国拥有漫长的海岸线, 海洋资源极为丰富, 由此带动了海洋运输、 渔业、 养殖业、 矿业等产业的繁荣。 每年都有大量船舶、 海洋平台、 港口设施投入到使用中去。 金属材料是海洋工程设施、 设备的重要原材料。由于海水中富有大量盐分, 金属材料腐蚀速度较陆地使用条件下快。这就给海洋工程材料的抗腐蚀性提出了更高的要求。

    我国拥有漫长的海岸线, 海洋资源极为丰富, 由此带动了海洋运输、 渔业、 养殖业、 矿业等产业的繁荣。 每年都有大量船舶、 海洋平台、 港口设施投入到使用中去。 金属材料是海洋工程设施、 设备的重要原材料。由于海水中富有大量盐分, 金属材料腐蚀速度较陆地使用条件下快。这就给海洋工程材料的抗腐蚀性提出了更高的要求。


    海洋环境下金属氧化还原反应速度加快, 腐蚀程度加深, 不仅缩短海洋设施、 设备使用寿命, 降低使用品质和工作效率, 造成经济上的损失, 更易引发安全事故, 危及海洋事业的健康发展。因此, 在日常工作中,必须加强海洋工程材料在使用过程中的腐蚀情况检测, 做好材料防腐保护, 延长使用寿命, 保障海洋工程设备、 设施的正常运转。


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    腐蚀监测技术概述

 

    1 腐蚀监测技术基本内涵

 

    设备、 设施在使用条件下, 其材质因与某种、 某些介质接触, 发生腐蚀现象, 当腐蚀的速度较快, 成为影响设备、 设施正常使用的重要因素时, 就需要对腐蚀情况进行监测, 以确保设施、 设备处于正常使用状态。腐蚀监测技术就是因此而形成的。腐蚀监测技术以腐蚀速度及与之相关的重要因素为监测对象,并以监测结果为依据, 对材料的生产、 加工过程进行调整、 改进, 从而实现对腐蚀态势的控制。 凭借腐蚀监测, 技术人员可以及时掌握设备材质腐蚀情况, 据此采取有效措施, 对于风险防控十分重要。


    2 腐蚀监测方法的技术要求

 

    经过长时间的探索与实践, 人们发现, 用于腐蚀监测的技术方法必须满足以下几个方面的要求:

 

    一是要具有较高的可靠性。腐蚀监测不是一朝一夕可以完成的工作, 需要经年累月, 长时间的对目标进行观测、 检查, 动态获取目标腐蚀因素数据, 采集的数据要符合精度的要求, 具有策略重现性, 可以以其为依据对腐蚀情况进行判定。

 

    二是要不能对监测对象造成损坏, 监测系统可以持续运行, 而不产生间断。 这主要是为了适应高温、 高压或放射性等条件下的需求。


    三是灵敏度要求较高,能够迅速反映出监测对象腐蚀因素的变换。


    整个测量、 取值的过程越短越好, 以便于实现报警和控制的自动化。


    四是要便于维护。


    3 腐蚀监测方法的选择要点

 

    在选择腐蚀监测方法时, 要以腐蚀系统为依据。对于监测对象为全新的腐蚀系统, 关于该种腐蚀的内在机理以及相关影响因素尚处于不了解的情况下, 要先在实验室中通过模拟试验来判断其主要影响因素, 再以此为依据确定监测的方法。最终依照所选择的监测技术的机理来对腐蚀监测数据进行解析。 对于监测对象为已知的腐蚀系统, 由于其系统运作机理和主要影响因素都已经明确, 所以可以使用已经证明适用的监测方法进行腐蚀监测。


    腐蚀控制技术分析

 

    从根本上说,腐蚀监测是为工程材料腐蚀控制工作提供服务的。目前, 技术人员主要从以下几个方向进行腐蚀控制技术的开发研究:


    一是从材料自身着手, 具体的方法有选择适宜的材料、 减少金属材料中的杂质、 加入必要的微量元素、 热处理等, 以改进金属材料内部结构, 提高其抗腐蚀能力。 二是从材料使用的环境着手。 材料发生腐蚀, 其本质原因在于材料与周围环境中的某种或某些介质发生了氧化还原反应, 通过调整材料所处环境, 改变介质特性, 降低或消除其对材料的腐蚀性也是材料腐蚀控制的一个重要手段。 常见方法有降低腐蚀介质中氢、 氧等极性物质含量。 三是设置防腐层。 在材料表面敷设耐腐保护层, 将材料与腐蚀介质相隔离。常见的防腐层种类包括防腐涂料、 橡胶、 塑料等耐腐蚀性高的物质。 四是采用电化学保护。 利用腐蚀本身的电化学竭力, 设置阴极保护或阳极保护, 抵消腐蚀对目标材料的侵害。五是利用加工工艺的方法进行防腐。常见的方法有除砂除杂、 调节温度、 压力、 流速、 流动状态、 金属结构尺寸、 增大腐蚀余量等措施。


    下面对上述方法进行逐一介绍、 分析。


    选择合适的材料种类

 

    不同材料性质不同, 在抗腐蚀方面的表现也不一样。


    (1 ) 钢铁材料。 铸铁、 碳钢和不锈钢是当前应用最广的三种铁金属材料。 其中, 铸铁在碱性环境中具有较好的抗腐蚀性能, 因而广泛应用于海水泵、 阀门等零部件加工生产领域。 以铸铁为基材, 添加适当的微量元素, 可以得到多种具有针对性的抗腐蚀铸铁合金。碳钢和普通低合金钢更占据了海洋工程金属材料中的绝大比例, 具有造价低、 方便使用、 技术储备丰富等优点。


    (2 ) 铜与铜合金。铜与铜合金在力学性能、 可成型性、 导热性以及海洋环境下抗腐蚀方面表现优异。在各类铜合金中, 白铜的耐腐蚀性最佳, 因而在海水冷凝管、 换热器和仪器仪表部件加工方面应用广泛。


    (3 ) 钛与钛合金。钛与钛合金是当前已知材料中在常温海水环境下抗腐蚀性表现最好的一种, 其在条件更为恶劣、 复杂的污染海水、 热海水、 流动海水、 海泥环境下同样具有高品质的抗腐蚀能力。
常用于海水淡化装置中的冷凝管、 输运管道、 海水换热器、 海水蒸发器、 海水恒温器、 海水泵、 耐海水船舶用管件工具的生产加工。


    降低环境介质腐蚀特性

 

    该方法大体上包括两个方向: 一是通过一系列处理, 降低或减少环境介质中的腐蚀因子,从而降低环境介质对材料的腐蚀特性。


    从这个方法的机理上可以看到, 该方法的实施效果受环境介质规模影响, 当环境介质过大时无法实现。常用的改变环境介质的技术一类是直接减少环境介质中的腐蚀因子,比如常见的除潮、除尘、 去氧、 脱盐、 调控酸碱度等。另一类是在环境介质中加入缓蚀剂。缓蚀剂是一种可以降低环境介质对材料腐蚀速度的物质。 包括有机和无机两种, 其中, 无机缓蚀剂又分为氧化性缓蚀剂和非氧化性缓蚀剂,前者如硝酸盐、 亚硝酸盐, 后者有磷酸盐、 硅酸盐。有机缓蚀剂则包括胺类、 醛类、 杂环化合物、 咪唑啉类和有机硫化物类等。


    设置防护层

 

    对于金属制品来说, 防护层根据防护层材质不同, 分为金属镀层和非金属涂层两种。 其中, 目前金属镀层的加工技术有扩散渗镀、喷镀、 电镀、 热浸镀层、 金属包覆、 真空镀膜、 气相沉积和阴极溅射等, 实际工作中根据具体要求和条件选择合适的技术予以实施。非金属涂层的加工技术包括涂刷涂料、 进行化学转化膜和暂时性防护剂处理等。


    结束语

 

    海洋工程材料腐蚀监测是一项长期工程。 随着我国综合国力的增强, 走出国门, 走向蓝海已经成为我国今后发展的重要战略。 海洋事业的蓬勃发展, 对于海洋工程材料防腐和腐蚀监测工作提出了越来越高的要求, 而不断发展的科学技术, 也给海洋工程材料腐蚀监测与防腐提供了坚实的基础支持。 工程技术人员要充分认识到腐蚀监测和防腐技术的重要意义和长期性, 潜心努力, 开拓创新, 认认真真, 扎扎实实地做好每一项工作, 为我国海洋事业实现可持续发展保驾护航。

 

 

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责任编辑:邢云辉

标签: 海洋工程材料, 腐蚀监检测, 腐蚀防护

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