腐蚀 大气腐蚀
化工大气的腐蚀与防护
化工大气的腐蚀与防护化工行业中，大气的腐蚀是一个常见的问题。
大气中包含的各种气体、湿度、温度等因素都可能对化工设备和管道产生腐蚀作用，导致设备的性能下降、寿命缩短甚至安全隐患。
因此，有效的防护措施是非常重要的。
一、大气的腐蚀机理大气腐蚀主要有湿氧腐蚀、硫化物腐蚀和氯化物腐蚀等几种机理。
1. 湿氧腐蚀：大气中的氧气和水蒸气会产生湿氧，与金属表面发生反应生成氧化物。
湿氧腐蚀主要发生在金属表面被湿氧覆盖的情况下，导致金属的腐蚀和氧化。
2. 硫化物腐蚀：大气中的硫化物主要来自于燃煤、燃油等燃烧过程中产生的硫化物气体。
硫化物与金属表面反应生成硫化物，并形成腐蚀产物。
3. 氯化物腐蚀：大气中的氯化物来自于盐酸、氯化氢等酸性气体的排放，也可能来自于海洋气氛中的氯化物盐。
氯化物腐蚀主要是氯离子与金属表面产生化学反应，并形成金属氯化物。
二、防护措施为了防止大气腐蚀对化工设备和管道的损坏，需要采取以下防护措施：1. 材料选择：在设计和采购化工设备和管道时，需要根据工作环境的大气腐蚀特点选择合适的材料。
例如，在硫化物腐蚀环境中，可以选择抗硫化物腐蚀的不锈钢或镍合金材料。
2. 表面处理：化工设备和管道的表面处理也是很重要的一环。
例如，在防止湿氧腐蚀方面，可以采用表面涂层、防电解层处理或防腐蚀漆涂覆等防护措施。
3. 防护层：为了进一步增强化工设备和管道的防护性能，可以在金属表面形成一层防护层。
常见的防护层有抗腐蚀涂层、防腐蚀油漆、防腐蚀涂覆层等。
4. 维护保养：定期进行设备和管道的检查，及时清除积水、沉积物等腐蚀源，修复和更换受损的部件。
此外，保持设备和管道的干燥也很重要，可以通过加热、除湿等手段来防止湿氧腐蚀。
5. 防腐设备：对于一些腐蚀性较大的化工设备和管道，可以考虑采用防腐设备来对其进行保护。
例如，可以在金属表面覆盖一层聚合物或橡胶材料，形成保护层来抵抗大气腐蚀。
三、腐蚀评估与监测为了及时发现化工设备和管道的腐蚀情况，可以进行腐蚀评估和监测。
大气腐蚀的机理
大气腐蚀的机理地球作为一个有生命活动的能量耗散源，被大量无机物和有机物环绕着，它们不断产生各种物质特性，使大气发生变化，这种变化称为大气腐蚀。
物理学家定义大气腐蚀(atmospheric corrosion)是指大气成分、温度、湿度和风速的及其他因素的改变，影响特定金属材料的稳定性。
大气腐蚀是一种自然过程，以雨水和水气为主要载体，将大气中的无机物质移动到地面。
它的主要化学反应有氧化和氧化还原反应，这些反应使金属材料受到腐蚀。
在大气腐蚀过程中，大气中的废气会与大气中的水蒸气结合，产生水溶液。
水溶液中含有氨、氧化物和其他化学物质，它们会侵蚀金属材料的表面，引起表面裂纹，从而产生腐蚀作用。
另外，大气中不同气体物质也会引发腐蚀，如氯气、二氧化氯和二氧化硫等。
这些气体会迅速以氧化反应的方式侵蚀金属材料的表面，使金属结构腐蚀。
此外，作用于大气的紫外线和臭氧加快了金属材料的腐蚀过程，使金属材料磨损加快，从而导致金属材料的性能下降。
大气腐蚀对于我们的社会经济及其它方面都有重大影响。
第一，它可以减少我们的物资，降低我们的工业生产力，大大影响我们的社会经济发展。
第二，它也会增加空气污染，因为大气中的污染物会通过大气腐蚀，转移到土壤中，可能会对土壤环境造成污染，使土壤变质，从而影响植物生长，造成生态环境的危害。
大气腐蚀只是金属材料耐候性能下降的主要原因，因此，我们必须采取有效措施来减缓大气腐蚀，以便保护金属材料，延缓衰老，改善性能和环境。
因此，应该充分利用防腐涂料、钝化剂、抗氧化剂等技术，以保护金属材料在大气腐蚀环境中的稳定性。
另外，防止释放废气、限制太阳紫外线照射等措施，以降低大气腐蚀的风险。
大气腐蚀简介
大气腐蚀防护
• 大气腐蚀不同于一般受氧扩散控制的腐蚀过程， 由于金属表面液膜很薄和经常处在往复干湿交变 状态，阳极过程进行的难易和腐蚀产物的保护性 对金属的大气腐蚀行为影响较大
• 介质处理：缓蚀剂 • 控制环境：改善大气组成，降低O2 ；降低湿度；
• 选用耐蚀金属材料： 添加合金元素：钢＋少量合金元素（如Cu 、P、Cr等），以促使阳极钝化或提高阳极 相的热力学稳定性以及改善腐蚀产物的保 护性能，从而提高钢材在大气中的耐蚀性
耐大气腐蚀用低合金钢：铜系，磷钒系，磷稀土 系，多种元素的复合体系
• 覆盖层保护：镀层或涂层（金属镀层或
无机、有机涂层）
大气腐蚀影响因素
• 大气污染物质中，SO2和NaCl的腐蚀速度的关系： 湿度影响金属表面液膜的 厚度，进而影响电极过程的 特征和腐蚀速度； 湿度很大时，腐蚀过程受 阴极控制，而湿度相对较低 时，腐蚀过程主要受阳极控 制。 四区的解释
湿 度 增 大
大气腐蚀特点
• 普遍而严重，是主要由氧和水汽参与的电化学 腐蚀，受地域、季节、时间等的影响； • 阴极主要是氧去极化腐蚀（氧易通过薄膜到达阴 极），阳极过程在薄层液膜下会受到较大的阻 滞，甚至会由于氧的作用发生钝化，阳极极化; • 金属表面液膜很薄和经常有干湿交替，强烈影 响腐蚀阳极过程进行的难易及腐蚀产物的保护 性能； • 大气的成分和湿度决定大气腐蚀程度，腐蚀程 度最大的是潮湿的、污染严重的工业大气，而 且大气污染越严重，液膜的腐蚀性就越强
大气腐蚀简介
侯美伶 2014年4月10日
腐蚀 大气腐蚀讲解
湿的大气腐蚀：Rh≈100%，金属表面上形成肉眼可 见的水膜，随水膜厚度增加， V-逐渐减小。
V
速大 度气
腐 蚀
ⅠⅡ
Ⅰ:干的大气腐蚀
δ=10~100Å
Ⅱ:潮的大气腐蚀
δ=100Å ~1ųm
Ⅲ:湿的大气腐蚀
金属在某些环境中的腐蚀与防护
涂料和金属镀层
对于机器设备和管道的外表面，构件和建筑物，最 常用的防锈方法是油漆涂料覆盖层。
化工大气防腐蚀涂料：各种环氧树脂漆、过氯乙烯 漆、乙烯漆、有机硅耐热漆、铝粉漆、聚氨酯漆等。
金属镀层用得较多的是钢管和部件镀锌、镉和铬。
金属在某些环境中的腐蚀与防护
金属制品在加工贮存和运输中的防锈
大气的近似组成(10oC，100KPa)
成分 空气 氮(N2) 氧(O2) 氩(Ar)
水蒸汽
二氧化 碳
克/米３ 重量％ 1172 100 879 75
269 23
15
1.26
成 分 毫克/米３ 重量ppm
氖(Ne) 14
12
氪(Kr) 4
3
氦(He) 0.8
0.7
氙(Xe) 0.5
0.4
8
0.70
(1)降低空气湿度 (2)暂时性防锈层
“暂时”并不是指时间短，而是指金属制品在连续 加工或使用时可以顺利地将防锈材料除去。
常见的防锈材料：防锈水 、防锈切削液 、防锈油 和防锈脂 、防锈塑料 、 气相缓蚀剂(记为VPI或VCI)。
金属在某些环境中的腐蚀与防护
控制环境 加热空气、冷冻潮湿、惰性气体置换、 加吸水剂、等手段，降低金属所处环境 的相对湿度至临界湿度以下，适合于处 在有限范围内的金属。
腐蚀的分类及防范措施
腐蚀的分类及防范措施腐蚀的分类1、大气腐蚀在大气中，由于氧的作用，雨水的作用，腐蚀性物质的作用，裸露的设备、管线、阀、泵及其他设施会产生严重腐蚀，甚至有些化工厂因为螺栓、阀等锈死，诱发事故的发生。
因此，设备、管线、阀、泵及其设施等，需要选择合适的材料及涂覆防腐涂层予以保护。
2、全面腐蚀在腐蚀介质及一定温度、压力下，会发生金属表面或大面积均匀的腐蚀，如果腐蚀裕度控制在0.05～0.5mm/a、＜0.05mm/a，金属材料耐蚀等级分别为良好、优良。
对于这种腐蚀，应根据介质及温度、压力等选择合适的耐腐蚀材料，或接触介质的内表面涂覆涂层，或加入缓蚀剂。
3、电偶腐蚀电偶腐蚀是化工容器、设备中常见的一种腐蚀，它是由于两种不同金属在溶液中直接接触，因其电极电位不同构成腐蚀电池，使电极电位较负的金属发生溶解腐蚀。
为减轻这种双金属腐蚀，应选择电偶序列相近的金属材料。
4、缝隙腐蚀在装置设备的管道连接处、衬板、垫片等处的金属与金属，金属与非金属间及金属涂层破损时，金属与涂层间所构成的窄缝在电解液中会造成缝隙腐蚀。
防止办法：a.采用合适的抗缝隙腐蚀材料；b.采用合理的设计方案，如尽量减小缝隙、死角、腐蚀液（介质）的积存，法兰配合严密，垫片适宜等；c.采用电化学保护；d.采用缓蚀剂等。
5、孔蚀由于金属表面露头、错位、介质不均匀等，腐蚀介质会集中在金属表面个别小点上形成深度较大的腐蚀。
防止孔蚀的方法有：a.减少溶液中氯离子浓度，或加入有抑制孔蚀作用的阴离子；b.减少溶液中氧化性离子，如Fe3+、Cu2+、Hg2+；降低溶液温度；c.采用阴极保护；d.采用点蚀合金。
6、其他工艺设备在一定条件下会产生晶间腐蚀,拉应力作用下的应力腐蚀破裂,在高温、高压下的氢腐蚀（使钢组织发生化学变化），在交变应力作用下的腐蚀疲劳等。
腐蚀的后果电镀生产过程中使用的氰化物、强碱、强酸等，将对上述装置的内表层进行腐蚀，特别是其金属部分。
这种腐蚀破坏作用又不易被察觉，其危险性很大，一旦装置被腐蚀破坏，腐蚀物质就会往外泄漏，将导致后果严重的事故发生。
环境和大气腐蚀 c5级
环境和大气腐蚀 c5级环境和大气腐蚀是指由于环境因素和大气中的化学物质对物体表面造成的腐蚀现象。
在工业生产和日常生活中，我们经常会遇到各种腐蚀问题，而C5级腐蚀是其中比较严重的一种。
C5级腐蚀主要指的是暴露在海洋环境或高湿度的工业环境中的金属材料所遭受的腐蚀。
这种腐蚀程度比较严重，对金属材料的损害较大。
在这种环境下，大气中存在着大量的盐分、湿度较高，同时还有其他化学物质的影响，如酸雨、硫化物等。
这些因素会加速金属材料的腐蚀速度，导致设备、建筑物等的寿命缩短。
C5级腐蚀对于一些关键设备和基础设施来说，可能会带来严重的后果。
比如在海洋石油平台上，暴露在海水和海风中的结构和设备很容易受到腐蚀的影响。
如果对这些设备和结构材料的腐蚀防护不到位，可能会导致设备失效、结构崩塌等严重事故的发生。
为了防止C5级腐蚀对设备和结构的影响，我们可以采取一些措施。
首先，选择合适的金属材料是关键。
一些耐腐蚀性能好的金属如不锈钢、镀锌钢等，可以在一定程度上减少腐蚀的发生。
其次，对于已经暴露在恶劣环境中的设备和结构，可以进行防腐处理，如喷涂防腐涂料、涂覆防腐膜等。
这些防护措施可以隔离金属材料与外界环境的接触，减缓腐蚀的速度。
定期的维护和检查也是防止C5级腐蚀的重要手段。
通过定期检查设备和结构的腐蚀情况，及时采取相应的修复和防护措施，可以延长设备的使用寿命，减少腐蚀带来的危害。
此外，还可以通过加强环境监测，控制大气中的污染物排放，减少酸雨等有害气体的形成，从根本上减少环境和大气对金属材料的腐蚀。
C5级腐蚀是一种严重的环境和大气腐蚀现象，对金属材料的损害较大。
为了减少腐蚀的发生，我们需要选择合适的金属材料、进行防腐处理、定期维护和加强环境监测等措施。
只有这样，才能有效地延长设备和结构的使用寿命，保障工业生产和日常生活的安全。
大气腐蚀的各类及其防治措施
大气腐蚀的各类及其防治措施大气腐蚀常见的有均匀腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、选择性腐蚀、电偶腐蚀等。
除均匀腐蚀外，其他形态均属于局部腐蚀其防治腐蚀的方法如下。
（1）均匀腐蚀是常见的腐蚀形态，即腐蚀破坏面积均匀分布在金属表面上，但又有别于点腐蚀。
且无明显的腐蚀坑窝。
如钢铁板表面生锈；锌、铝材料及其镀层表面布满白色腐蚀产物；铜的表面发绿或变照等。
均匀腐蚀的危险性相对局部腐蚀比较小，若知道其腐蚀速度之后，即可估算其使用寿命，增加腐蚀裕量或使用合适的覆盖层，用表面处理、缓蚀剂等方法加以抑制或抵消腐蚀量。
（2）大气环境中发生缝隙腐蚀的机理，主要是金属与金属，或金属与非金属连接处因缝隙内外氧的浓差极化缝隙内部氧浓度，而引起浓度差电池。
缝隙内部为阳极区，腐蚀集中于缝隙周围。
在大气腐蚀的状态下，污水处理厂中常发生暴露在空气中的管道法兰连接面，干式泵的座基螺母压紧面，垫片的垫圈处，焊接的气孔，湿式沼气柜的焊接缝处或锅炉炉体的焊接缝以及腐蚀产物与金属介质间等缝隙腐蚀事例。
抑制缝隙腐蚀一般方法如下：①制作时应尽量避免缝隙的存在或采用耐腐蚀而有弹性的材料加以填充。
②尽量不用铆接、螺杆连接，应以焊接为宜，且焊件应避免气孔或焊缝存在。
③不宜采用普通石棉、纸质等吸湿材料作为垫圈，石棉中含有大量氯离子应加以特殊处理后使用。
采用聚氯乙烯材料垫圈较为理想。
（3）在大气环境中常见的应力腐蚀有铝合金、高强钢在潮湿工业大气、海洋大气中，黄铜在湿热大气中，铜合金在含氨大气中的应力开裂。
工程结构中钢丝绳，弯头部件也常会发生应力腐蚀。
防止应力腐蚀的方法如下。
①用退火处理消除金属内部的残余应力减少工件的工作载荷。
②采用耐腐蚀材料，尤其对应力腐蚀不敏感性材料，或施加表面保护。
③改善环境的腐蚀性。
如添加缓蚀剂或祛除对应力腐蚀其作用的有害化学物质。
④采用阴极保护：如钢柜下面阴极保护采用焊接锌块。
（4）选择性腐蚀。
如在潮湿工业大气中因灰口铸铁中有一定量的片状石墨，铁相对石墨是阳极，石墨是阴极形成腐蚀电池。
大气腐蚀等级
大气腐蚀等级
大气腐蚀等级是指空气中腐蚀性物质的浓度和环境条件对金属
材料的腐蚀性能的影响程度。
根据ISO9223标准，大气腐蚀等级共分为6级，分别为：非常弱腐蚀、弱腐蚀、中等腐蚀、高度腐蚀、非常高度腐蚀和特别高度腐蚀。
非常弱腐蚀等级的环境条件为非常干燥的地区和室内环境，金属材料的腐蚀速率非常缓慢，预计使用寿命长达数十年以上。
弱腐蚀等级的环境条件为干燥地区和室内环境，金属材料的腐蚀速率较慢，预计使用寿命为数十年。
中等腐蚀等级的环境条件为城市、工业区和海洋近岸地区，金属材料的腐蚀速率较快，预计使用寿命为数年至十几年。
高度腐蚀等级的环境条件为海洋岸线、工业区和污染严重的城市地区，金属材料的腐蚀速率较快，预计使用寿命为几年。
非常高度腐蚀等级的环境条件为沿海地区、与海洋有直接接触的区域和重度污染的工业区，金属材料的腐蚀速率非常快，预计使用寿命为数月至数年。
特别高度腐蚀等级的环境条件为炼油、化工、冶金等重工业领域，金属材料的腐蚀速率非常快，预计使用寿命为数周至数月。
大气腐蚀等级的划分可以帮助人们选择适当的材料和防腐措施，从而延长材料的使用寿命，减少经济损失和环境污染。
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尘粒
金属在某些环境中的腐蚀与防护
■
大气腐蚀的特点
氧分子还原反应速度较大，成为主要的阴极过程。
即使液膜呈酸性，氧分子还氧容易到达金属表面，有利于金属钝 化；潮的大气腐蚀受阳极极化控制，湿的大气腐蚀受阴 极极化控制； 此外，腐蚀产物的性质对大气腐蚀过程有重要影响。
金属在某些环境中的腐蚀与防护
空气中氧的含量约23%，是大量的也是主要的
腐蚀剂，直接参与金属的腐蚀反应。
空气相对湿度对金属的大气腐蚀也有重要影响。
(相对湿度RH：空气中水蒸气含量与同温度下饱和水蒸气含量的
比值的百分数)。
■大气腐蚀的类型
干的大气腐蚀：空气十分干燥，金属表面上不存在水
膜,金属的腐蚀属于常温氧化。
行保护。含铜、磷、铬、镍的低合金钢有良好的耐大气
腐蚀性能。有色金属铝、铜、铅、锌有良好耐大气腐蚀 性能，但当存在污染物质时，腐蚀速度增大。
金属在某些环境中的腐蚀与防护 涂料和金属镀层
对于机器设备和管道的外表面，构件和建筑物，最 常用的防锈方法是油漆涂料覆盖层。
化工大气防腐蚀涂料：各种环氧树脂漆、过氯乙烯
120 腐蚀增重(mg/dm2)
100
80
60
40 20 0 20 40 60 80 100 相对湿度(%)
铁的大气腐蚀(大气中含0.01%SO2)暴露55天的结果
金属在某些环境中的腐蚀与防护
选用耐蚀金属材料
各种金属耐大气腐蚀性能：普通碳钢在潮湿和污 染大气中很容易生锈，须使用油漆涂料之类的覆盖层进
Ⅰ Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
水膜厚度δ
金属在某些环境中的腐蚀与防护
大气腐蚀的影响因素
（1）气候条件：湿度、降水量、温度 、日照量；
（2）大气污染物质：
SO2 ：能强烈促进钢铁的大气腐蚀 盐粒 ：溶解于金属表面水膜，增加吸湿性和导电性，
氯离子还具有强腐蚀性。
烟尘 ：烟尘落在金属表面，能吸附腐蚀性物质，或 者在金属表面上形成缝隙，增加水汽凝聚。
潮的大气腐蚀：Rh<100%，在金属表面上存在肉眼
不可见的薄液膜,随水膜厚度增加,V-迅速增大。
湿的大气腐蚀：Rh≈100%，金属表面上形成肉眼可
见的水膜，随水膜厚度增加， V-逐渐减小。
速大 度气 腐 蚀
Ⅰ:干的大气腐蚀 δ=10~100Å
V
Ⅱ:潮的大气腐蚀
δ=100Å ~1ųm Ⅲ:湿的大气腐蚀 δ=1 ųm~1mm Ⅳ:全浸, δ>1mm
金属在某些环境中的腐蚀与防护
控制环境 加热空气、冷冻潮湿、惰性气体置换、 加吸水剂、等手段，降低金属所处环境 的相对湿度至临界湿度以下，适合于处 在有限范围内的金属。
大气的近似组成(10oC，100KPa)
成 分
克/米３ 重量％
成 分
毫克/米３ 重量ppm 12
3 0.7 0.4 0.04
空气
氮(N2) 氧(O2) 氩(Ar) 水蒸汽 二氧化 碳
1172
879 269 15 8 0.5
100
75 23 1.26 0.70 0.04
氖(Ne) 14
氪(Kr) 4 氦(He) 0.8 氙(Xe) 0.5 氢(H2) 0.05
漆、乙烯漆、有机硅耐热漆、铝粉漆、聚氨酯漆等。 金属镀层用得较多的是钢管和部件镀锌、镉和铬。
金属在某些环境中的腐蚀与防护
金属制品在加工贮存和运输中的防锈
(1)降低空气湿度 (2)暂时性防锈层
“暂时”并不是指时间短，而是指金属制品在连续
加工或使用时可以顺利地将防锈材料除去。
常见的防锈材料：防锈水 、防锈切削液 、防锈油 和防锈脂 、防锈塑料 、 气相缓蚀剂(记为VPI或VCI)。
3.2
大气腐蚀
概念:材料或零件在大气环境下发 生的腐蚀，由大气中的水和氧等的 电化学作用引起。
大气腐蚀原理
金属置于大气环境中时，其表面通常会形 成一层极薄的不易看见的湿气膜（水膜）。当 这层水膜达到20－30个分子厚度时，它就变成 电化学腐蚀所需要的电解液膜。这种电解液膜 的形成，或者是由于水分（雨、雪）的直接沉 淀，或者是大气的湿度或温度变化以及其他种 种原因引起的凝聚作用而形成。如果金属表面 只是处于纯净的水膜中，一般不足以造成强烈 的电化学腐蚀。大气环境下形成的水膜往往含 有水溶性的盐类及溶入的腐蚀性气体。
大气的次要成分(杂质)
杂 质 二氧化硫(SO2) 典型浓度，微克/米３ 工业区：冬天350，夏天100 农村地区：冬天100，夏天40
二氧化硫(SO3)
硫化氢(H2S) 氨(NH3) 氯化物 (空气样品) 氯化物 (雨水样品)
大约为SO2含量的10％
工业区：1.5~90 城市地带：0.5~1.7 农村地区：0.15~0.45 工业区：4.8 农村地区：2.1 内地工业区：冬天4.8，夏天2.7 沿海农村区：年平均5.4 内地工业区：冬天7.9，夏天5.3 沿海农村区：冬天57，夏天18 工业区：冬天250，夏天100 农村地区：冬天60，夏天15 毫克/升 春季测量数字