腐蚀控制

腐蚀破坏的形式是很多的，在不同的条件下引起的金属腐蚀的原因是各不相同的，而且影响因素也非常复杂．为了保证设备的长期安全运转，合理选材、正确设计、精心制造及良好的维护管理等几个方面的工作密切结合，是十分重要的。

而材料选择是其中最重要的一环。

处理介质的目的是改变介质的腐蚀性，以降低介质对金属的腐蚀作用。

因此，根据不同的条件采用的防护技术也是多种多样的。

在实践中常用的是以下几类防护技术：(1)合理选材：合理选材是一项细化，又要考虑到材料的结构、性质及其使用中可能发生的变化。

根据不同介质和使用条件，选用合适的金属材料和非金属材料；①在选材时首先考虑介质的性质、温度、压力。

②选材时要考虑设备的用途、工艺过程及其结构设计特点。

③在选材时还应考虑环境对材料的腐蚀以及产品的特殊要求。

④除了上述首先应考虑到的因素外，其次还应考虑材料的性能。

作为结构材料一般要求具有一定的强度和塑性。

此外，在选材时还要考虑材料的价格和来源，要有经济观点。

(2)介质处理：包括除去介质中促进腐蚀的有害部分(例如锅炉给水的除氧)、调节介质的pH值及改变介质的湿度等。

11.3.1热力法除氧根据气体的溶解定律(亨利定律)可知，气体在水中的溶解度与该气体在液面上的分压成正比，在敞口容器中将水温升高时，各种气体在该水中的溶解度下降，这是因为随着温度的升高，气水界面上的水蒸气分压增大，其它气体的分压降低的缘故。

当水温达到沸点时，气水界面上的水蒸气压力和外界压力相等，其它气体分任都为零，故这时的水不再具有溶解气体的能力，也就是说此时各种气体均不能溶于水中。

所以，将水加热至沸点可以使水中的各种溶解气体解吸出来，这是热力法除氧的基本原理。

热力法不仅能除去水中的溶解氧，而且可以除去水中的其它各种溶解气体。

此时，热力法除氧过程中，还会使水中的重碳酸根发生分解，因为除去了水中的游离CO2，下式平衡向右移动：2HCO3-→CO2+CO32-+H2O↑温度越高，加热时间越长，加热蒸气中游离的CO2浓度越低，则重碳酸根的分解率越高，其出水的pH值也就越高。

热力法除氧是在除氧器内用蒸气使水加热，除氧器的结构主要应能使水和汽在除氧器内分布均匀、流动畅通以及水、汽之间有足够的接触时间。

在除氧过程中，水应加热至沸点，否则水中的残留氧量会增大。

此外，热力学除氧对解吸出来的气体应能畅通地排走，否则气相中残留的氧量较多，会影响水中氧的扩散速度，从而使水中的残留含氧量增大。

11.3.2化学除氧化学除氧是往水中加人化学药品以除去水中的氧。

用来进行给水化学除氧的药品，必须具备能迅速地和氧完全反应、反应产物和药品本身对锅炉的运行无害等条件。

常用化学除氧药品有联胺、亚硫酸钠等。

联胺是一种还原剂，它可将水中的溶解氧还原：2N2H2+O2→2N2+2H2O反应产物N2和H2O对热力学系统没有任何害处。

在高温水中N2H2可将Fe2O3还原成Fe3O4、FeO和Fe，还能将氧化铜还原成氧化亚铜或铜。

联胺的这些性质可以用来防止锅炉内铁垢和铜垢的生成。

亚硫酸钠也是一种还原剂，能和水中的溶解氧作用生成硫酸钠，此法会增加水中的含盐量。

亚硫酸钠在高温时可分解产生有害物质Na2S、H2S、SO2等，会腐蚀设备，因此亚硫酸钠法只能用于中压或低压的锅炉给水。

11.3.3化学除硫化氢化学氧化剂和醛类能除去水中的硫化氢。

油田水系统中应用最普遍的氧化剂有氧、二氧化氯和过氧化氢，使用的醛类是丙烯醛和甲醛。

这些药剂也可用作为杀菌剂。

虽然上述各种药剂在酸性或中型水中都是良好的出去硫化氢的药剂，但是化学氧化剂在用量很大时能严重地腐蚀钢。

硫化氢和氧化剂反应的最终生成物常常是胶体硫，它本身就有很强的腐蚀性。

除此之外，大多数水中也存在很多能与氧化剂反应的物质，从而使得实际投加量要高出理论投加量。

(1)氯氯气能用来和少量的硫化氢反应。

(2)二氧化氯二氧化氯在工业水中作为杀菌剂使用，它也能用来除去水中少量的硫化氢。

(3)过氧化氢硫化氢也可以用于过氧化氢反应的方法除去。

在酸性或中性pH值条件下，如有催化剂存在时，能急剧反应，生成游离的硫。

(4)丙烯醛丙烯醛既是一种硫化氢除去剂，又是一种强杀菌剂。

(5)甲醛甲醛也能和硫化氢反应除去硫化氢，但除去的效果明显地低于丙烯醛。

11.3.4隔氧技术在油田水处理系统中采用隔氧措施，经济上是合理的，但技术上却常常碰到困难。

因为溶解氧含量在10-3mg/L的范围内，就已经说明有害的了。

11.3.4.1储水罐的气封处理不含氧的水的全部水罐应该用一种不含氧的气体来密封，如天然气或氮气。

普遍采用0.5~1.0Pa正压，调节器必须足够大，以保证在容器内液面最大下降速度时的气体供给，必须装配压力/真空安全阀。

不应该是用油封，氧在油中的溶解度比在水中大得多，并且能以惊人的速度扩散通过油层，最好的情况下，油层仅仅能减缓氧的进入速度，而不能杜绝氧的进入。

另一方面，细菌也能常在油水界面上繁殖。

11.3.4.2井的气封供水井和生产井都可能需要气封来防止氧的进入。

最容易进氧的部位之一是通向井底的电泵电缆。

在供水井和生产井中，关井后重新启动时最易进氧。

关井时液位一般升至环形空间，开井时液位降低，这时就会吸入氧。

11.3.4.3注入泵氧经常通过泵的吸头，尤其是从不能保持正吸入压头的地方进到注入系统。

另一个进氧的渠道是离心泵的损坏密封，如果密封垫出现泄漏，空气就被吸进泵内。

因此应将全部处理不含氧水的离心泵都装上加压吸入口密封。

11.3.4.4阀杆及连接处由于氧的扩散作用，氧能穿过水层迁移到上游和从低压区扩散到高压区域，这是氧难以处理的原因之一。

阀杆和连接处，如法兰等都是氧容易渗入之处，必须保持密封。

11.3.5阴极保护利用电化学原理，将被保护的金属设备进行外加阴极极化降低或防止腐蚀；将被保护金属进行外加阴极极化以减少或防止金属腐蚀的方法叫做阴极保护法。

外加的阴极极化可采用两种方法来实现。

阴极保护法有两种：一种是牺牲阳极保护法，一种是外加电流法。

牺牲阳极保护法是将活泼金属或其合金连在被保护的金属上，形成一个原电池，这时活泼金属作为电池的阳极而被腐蚀，基体金属作为电池的阴极而受到保护。

一般常用的牺牲阳极材料有铝、锌及它们的合金。

牺牲阳极和被保护金属的表面积应有一定的比值，通常是被保护金属表面积的1%~5%左右。

牺牲阳极保护法具有设备简单，投资少等突出优点，所以，近年来牺牲阳极保护法应用逐渐广泛，尤其是与涂料或衬里相配合时比较适宜。

因此，油田污水处理站的容器大部分采用衬里与牺牲阳极法配套使用。

外加电流法是将被保护的金属与另一附加电极作为电解池的两极，被保护金属为阴极，这样就使被保护金属免受腐蚀。

一般地，埋入地下的管道采用这种方法防腐。

在进行阴极保护时，阴极上要发生阳极反应，并放出氢，钢铁上过量出氢将会引起“氢脆”。

因此，阴极保护要与涂漆等方法结合使用，即先用涂层进行大面积覆盖，其不完密的地方再使用阴极保护，这样即可以防止“氢脆”，在经济上也非常合理，钢铁的腐蚀问题也得到了解决。

(1)将被保护金属与直流电源的负极相连，利用外加阴极电流进行阴极极化，这种方法称为外加电流阴极保护法。

(2)在被保护设备上连接一个电位更负的金属作为阳极(例如钢设备上连接锌)，它与被保护金属在电解质溶液中形成大电池，而使设备进行阴极极化，这种方法称为牺牲阳极保护法。

11.3.6阳极保护将被保护设备与外加直流电源的正极相连，在一定的电解质溶液中将金属进行阳极极化至一定电位，如果在此电位下金属能建立起钝态并维持钝态则阳极过程受到抑制，而是金属的腐蚀速度显著降低，这时设备得到了保护，这种方法称为阳极保护法。

对于钝化溶液和易钝化的金属组成的腐蚀体系，可采用外加阳极电流的方法，使被保护金属设备进行阳极钝化以降低金属的腐蚀；11.3.7添加缓蚀剂向介质中添加少量能阻止或减慢金属腐蚀的物质以保护金属11.3.8金属表面覆盖层在金属表面喷、衬、镀、涂上一层耐蚀性较好的金属或非金属物质以及将金属进行磷化、氧化处理，使被保护金属表面与介质机械隔离而降低金属腐蚀；保护层法是使金属表面生成一层致密的不易腐蚀的物质，以此将金属与外部介质隔绝开来使金属免遭腐蚀的一种方法。

常用的保护法有如下四种：11.3.8.1涂层涂层广泛地用于国民经济的各个部门，因为它具有一定的防锈缓蚀作用，同时又具有施工简便和价格便宜等优点。

近年来，美国每年所用涂料高达20亿美元。

目前，国内生产的涂料种类繁多，已达200多种。

各种涂料都有其自己的特性和应用范围，没有一种涂料是万能的。

在选择涂料防腐时，必须要了解涂料的性能及所用的环境和介质，油田容器外壁涂层要充分考虑高温、大气特点以及太阳紫外等因素。

内壁则要充分考虑耐高温、高含盐水等因素。

为了更好地选择涂料，有时要针对环境与周围介质的特点进行一系列试验，在试验的基础上确定涂料的品种。

涂层包括底层漆和面漆两个组成部分。

在选择涂料时，除应考虑上述因素外，还要考虑底漆和面漆的搭配，搭配不合理也将出现问题。

另外，涂层中包括主要成膜材料是油料或树脂，次要成分是颜料、稀释剂和辅助剂材料，在选择涂料时，这几个部分都要根据各自的特点选择搭配，如果选择不当，保证不了涂层质量。

油田常用的涂料有环氧树脂、聚氨脂涂料、乙烯基涂料等。

几种有特殊性能的防腐蚀涂料(1)富锌涂料富锌涂料是一种含有大量活性颜料——锌粉的涂料，其干膜锌粉含量85%~95%。

富锌涂料一般做底漆使用，对潮湿大气有极高的抗蚀效果。

在富锌涂料中，一方面由于锌的阴极保护作用，另一方面由于在大气腐蚀下，锌粉的腐蚀产物比较稳定且起到封闭、堵塞漆膜孔隙的作用，所以涂层有良好的屏蔽作用。

尽管富锌涂层比较薄，但仍有较好的保护效果，使用寿命也较长。

在大气腐蚀情况下，即使漆膜被碰损，露出的金属锌又会产生腐蚀而把损坏处重新封闭，锌腐蚀产物的保护能力是很高的，有人曾在城市大气的环境下试验，经过110天大气腐蚀的富锌漆其腐蚀产物厚度很薄，而腐蚀产物像保护层一样，保护着内部的锌粒都未受到腐蚀，经电子衍射分析，这种腐蚀产物是碱式碳酸锌。

另外，在液膜下，漆膜表面的锌腐蚀产物全部遮盖了活化锌表面，会阻止电化学反应的进行。

但当漆膜一旦损伤，露出的金属锌就会起到阴极保护作用，所以富锌漆的阴极保护效应是潜在性的，随漆膜损坏时出现的。

(2)防锈底漆和带锈底漆钢铁经表面处理后很容易反锈，另外对于大型设备的表面除锈一般很难保证做得彻底，再加上涂料覆盖一般都比较薄，容易有针孔或损伤。

即使致密完好的涂层在一般环境中，水和氧分子以及一些介质离子仍可以慢慢渗透到金属表面。

针对以上问题，一般仅靠涂层对金属的屏蔽作用是不够的，因此，需要采取一些办法以提高涂层的防锈能力，使用防锈底漆或带锈底漆可以有效地解决上面提出的问题，保证涂层与金属基体有良好的粘附性能。