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鋼鐵防腐蝕材料及方法選擇(轉)

2024-02-22 01:15:39 hualin

中國科學(xué)院金屬研究所王長(cháng)罡在SELF格致論道講壇說(shuō)到:我國每年因為腐蝕而造成的經(jīng)濟損失,相當于兩個(gè)汶川大地震造成的損失。中國工程院院士柯偉也在《中國工業(yè)與自然環(huán)境腐蝕調查》中指出:我國每年腐蝕總損失可達4979元以上,約占GDP的5%,分攤到每個(gè)公民每年要承擔1555元的經(jīng)濟負擔,其中尤以鋼鐵腐蝕最為突出和明顯,而且體量最大。據統計,作為世界上鋼鐵產(chǎn)量最多的國家,我國2005年鋼鐵產(chǎn)量為37117.02萬(wàn)噸;而被腐蝕的鋼鐵占到鋼鐵總產(chǎn)量的1/10。因此,避免鋼鐵腐蝕對國民經(jīng)濟的意義重大,控制鋼鐵腐蝕的發(fā)生不僅與國計民生息息相關(guān),也體現著(zhù)整體科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平。




防腐蝕專(zhuān)家普遍認為,如果能夠應用當代腐蝕與防護知識和技術(shù)對腐蝕進(jìn)行控制,可以將腐蝕造成的損失降低25%-30%,我國至少可以減少腐蝕損失約1500億元,占GDP的1%―1.5%。如果加強管理,對腐蝕防護科學(xué)更加重視,控制技術(shù)會(huì )進(jìn)一步提高,由腐蝕造成的經(jīng)濟損失將會(huì )更低。對于金屬鋼鐵來(lái)說(shuō),就可以避免占總產(chǎn)量1/10的鋼鐵損失,既帶來(lái)巨大的經(jīng)濟效益;也對節能減排,實(shí)現雙碳目標具有重大的社會(huì )意義。作為使用頻率最高,應用最普遍的通用金屬---鋼鐵,其腐蝕控制,特別是防腐蝕材料選擇及方法備受關(guān)注。金屬防腐蝕防腐雖然很多;但是由于造價(jià)和工藝條件的限制,或者人們宣傳了解不夠,很多防腐蝕方法在實(shí)際工程上得不到普及應用。目前工程上應用比較多的防腐蝕選材及方法大致有:選用耐蝕材料、有機涂料覆蓋層保護、金屬覆蓋層和表面處理、電化學(xué)保護等等。20世紀80年代,美國防腐蝕以耐蝕材料和覆蓋層保護為主,其防腐蝕投資花費耐蝕材料為54.24%,有機材料4.5%,覆蓋層保護29%,緩蝕劑保護3.4%,電化學(xué)保護4.5%,其他占1%;而中國和日本采用的防腐蝕方法主要方法是有機涂料覆蓋層、表面處理及耐蝕材料,顯然,還有許多比較理想的,具有實(shí)用條件的防腐蝕方法未能得到推廣應用,也是我們國家防腐蝕領(lǐng)域今后待以開(kāi)發(fā)和推廣使用的“處女地”。鋼鐵防腐蝕材料選擇及方法經(jīng)常受到造價(jià)因素的影響,例如要求鋼鐵使用壽命常造價(jià)高,反之則短;防腐蝕材料性能及質(zhì)量高造價(jià)高,反之質(zhì)量差的造價(jià)則低;工藝方法與成熟程度復雜造價(jià)高,反之則造價(jià)低;另外對于施工環(huán)境施工條件,比較好的造價(jià)比較節省,相對差的則浪費,造成造價(jià)高。通過(guò)大量的鋼鐵防腐材料及方法選擇案列可以比較,單位面積費用按下列順序遞增:緩蝕劑<有機涂層<無(wú)機涂層<有機涂層加陰極保護<金屬層<金屬(或者是轉化膜)加有機涂料層<包覆層<耐蝕材料<高耐蝕材料。從中可以看出鋼鐵防腐選擇材料及工藝方法,高耐蝕材料造價(jià)比較高,緩蝕劑很低。因此,防腐蝕施工技術(shù)人員可以根據實(shí)際要求耐腐蝕年限來(lái)確定防腐蝕材料和方法,有時(shí)候也可以將造價(jià)高的和低的材料進(jìn)行復合使用,綜合各自耐腐蝕性能,既滿(mǎn)足生產(chǎn)正常運行需要也降低了整體造價(jià)。比如在選擇高耐蝕材料時(shí),可以在腐蝕介質(zhì)中添加緩蝕劑,減少腐蝕強度,延長(cháng)高耐蝕材料的使用壽命。




鋼鐵作為通用的金屬材料,使用廣泛,體量巨大,是防腐領(lǐng)域最多的保護對象??刂其撹F不被腐蝕歷來(lái)是廣大防腐蝕科技工作者的最為光榮而又艱巨的使命,有目的的消除鋼鐵腐蝕帶來(lái)的危害和損失,只有通過(guò)對防腐蝕材料的選擇和施工工藝管理及后期維護,才能真正把占到鋼鐵總產(chǎn)量1/10的腐蝕量降低下來(lái),乃至一定使用期限內不被腐蝕。目前,根據大量的實(shí)踐應用案列和典型的成功經(jīng)驗,選擇和使用較為成熟的防腐蝕材料及方法有以下一些種類(lèi),可以在防腐蝕設計和施工時(shí)選擇參考選用:
一.內陸及工業(yè)環(huán)境下鋼結構防腐蝕材料選擇及防腐蝕方法




1.普通大氣(內陸大氣,日曬雨淋),案例如電力,通訊鐵塔,支架等,可選擇熱浸,噴涂金屬層(鋅-鋁),無(wú)機,有機層及其復合層。
2.工業(yè)或城市污染大氣(日曬雨淋,酸堿性氣體污染),案列如工礦企業(yè)區外露設施,支架,管道等,可選擇熱浸,噴涂金屬層(鋅-鋁,鋁),無(wú)機,有機層及其復合層等。
3.常溫,中溫,高溫的酸堿性氣體(含有硫化氫,二氧化硫,氧化氮,氨氣,氯氣等酸堿性氣體條件下,溫度有室溫,40-150℃,150-400℃,400-900℃)。案列如化工容器,管道,反應排放系統,凈化,加熱設施,爐道等,可選擇耐蝕散熱材料,復合材料,熱擴散,熱浸,噴涂金屬層(鋁,鎳,硅,鈦,鉻)有機,無(wú)機覆蓋層及其復合層。
4.常溫,中溫,高溫的酸堿性液體(氫氧化銨,氫氧化鈉,鹽酸,硝酸,硫酸,磷酸等,溫度<40℃,50-200℃,>200℃),案例如酸堿液儲槽,罐體,化工設施等,可選擇耐蝕材料,復合材料,有機層,包覆金屬,無(wú)機層,陽(yáng)極保護等。
5.淡水(河水或者<40℃的常用水),案列如飲水容器,水封槽,水工閘門(mén)等,可選擇緩蝕劑,金屬層(鋅,鋅-鋁),有機無(wú)機覆蓋層等。
6.高溫淡水(40-100℃高溫水,高溫蒸汽),案例如冷卻水系統管路設施,城市供熱系統等,可選擇緩蝕劑,金屬層(鋅,鋅-鋁,鋁)有機,無(wú)機覆蓋層,耐腐蝕材料,復合材料等。
7.海淡水(含鹽度低于海水的河口水),案列如河口碼頭,閘門(mén)設施等,可選擇金屬層(鋅,鋅-鋁)有機無(wú)機覆蓋層,耐蝕材料,復合材料等。
8.小于100℃的高純水(去離子水,蒸餾水),案列如高溫鍋爐用水系統等,可以選擇有機,無(wú)機覆蓋層,耐蝕材料,復合材料等。
9.污水(小于60℃酸堿性污泥濁水排放系統)案列如化工廠(chǎng)排放管道,礦井排放管等,可以選擇有機,無(wú)機,金屬高強層,耐蝕材料,復合材料等。
10.高速水(產(chǎn)生磨蝕,空泡腐蝕的高流速淡水或者海水),案列如在海水,河水中船舶的螺旋槳葉,水輪機葉片等,可以選擇耐空蝕材料,有機,金屬高強度復合層等。
11.高潮濕污染大氣(80%-90%濕度,并含有硫化氫,二氧化硫,二氧化氮,氯氣,甲烷等污染氣體),案列如煤礦,天然氣礦井井下設施,隧道,坑道設施等,可以選擇金屬有機復合層,有機,無(wú)機覆蓋層,緩蝕劑等。
二.海洋環(huán)境下鋼結構防腐蝕材料選擇防腐蝕方法




1.海洋大氣區(高鹽度海洋氣候,風(fēng)吹雨打,強日光照射),案列如海船,鉆井平臺,浮標等的上層建筑和岸邊港工設施等,可以選擇有有機,無(wú)機,金屬覆層(鋅,鋁,鋅-鋁,鎳,銅,鎘)金屬與有機復合層,轉化膜加有機層。
2.水線(xiàn)與飛濺區(高鹽度海洋氣候,海水間浸干濕交替,海浪排擊沖刷,強光日照,海生物附著(zhù)),案列如海船,鉆井平臺,浮標等的水線(xiàn)上下1-2m部位區,可以選擇重防腐金屬(鋅-鋁)或有機層,金屬(鋁,鎳,銅-鎳)或非金屬包覆層,金屬(鋅-鋁)與有機復合層等。
3.海水全浸區(海水浸泡,海流沖刷,海生物附著(zhù)),案列如海船,鉆井平臺,浮標等水下全浸部位區,可選擇有機覆層加陰極保護,金屬(鋅,鋅-鋁)與有機復合層或者加陰極保護,阻銹混凝土層加陰極保護等。
4.淺近海底和岸灘土壤(海水和土壤生物基礦物質(zhì)),案列如鉆井平臺基座,港工設施基礎等,可以使用覆蓋層加陰極保護。
5.海上特殊工況(a高濃度海鹽,潮濕,酸堿氣候;b高濃度海鹽氣候,燃燒廢氣和熱溫;c海水油污加振動(dòng)和微熱;d海水和淡水積存處)案列如海船化學(xué)儲艙和電瓶艙內;海船燃燒廢氣排煙管道和尾噴口等;海船主機艙底,油船內艙底等;船上壓載艙和淡水艙等,可以選擇a有機與金屬(鋁,鎳)覆蓋層或包覆層,復合材料等;b耐蝕材料,復合材料,金屬(鋁,鋅-鋁,鎳)有機,無(wú)機覆蓋層及其復合層;c耐蝕材料,復合材料,金屬(鋁,鋅-鋁)有機,無(wú)機覆蓋層及其復合層或者添加緩蝕劑等;d覆蓋層加陰極保護,阻銹混凝土層,金屬(鋅-鋁,鋅)有機,無(wú)機覆蓋層及其復合層,緩蝕劑等。




通過(guò)以上鋼結構在不同腐蝕環(huán)境下防腐蝕材料及方法的選擇,可以有效的阻止腐蝕的發(fā)生,避免安全隱患帶來(lái)的風(fēng)險,大大延長(cháng)了鋼結構的使用壽命,節約了大量的資金,并且為實(shí)現“雙碳”目標做出了積極的貢獻。防腐蝕技術(shù)工程人員在實(shí)際防腐蝕施工中,科學(xué)謹慎的對鋼鐵防腐蝕材料及方法選擇,可以將腐蝕造成的損失降低25%-30%,也就是說(shuō)等于GDP增長(cháng)將近1500億元。除了上述成熟的鋼結構防腐蝕材料及方法外,具有前瞻性的新技術(shù)新材料應用將會(huì )刷新防腐蝕工程技術(shù)人員的觀(guān)念,鋼鐵腐蝕帶來(lái)的損失和危害將會(huì )變得更低,甚至最低,從而賦能快速增長(cháng)的工業(yè)化進(jìn)程,促進(jìn)防腐蝕材料及方法的飛速發(fā)展,為我國整體科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平屹立于世界之林打下堅實(shí)的基礎。


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