反應釜使用說明

2021-03-04 00:01:41 字數 4694 閱讀 8321

反應釜, 氫氟酸, 無機酸

一、正確選材和設計

材料的品種很多,不同材料在不同環境中有不同的腐蝕速度,有些腐蝕率很高,根本不能應用,有些比較低或很低。選材者對某一特定環境選擇腐蝕率低、**較便宜、物理力學效能等又適合設計要求的材料,是常用的、簡便而行之有效的控制腐蝕的方法,裝置可以獲得經濟、合理的使用壽命。正確選材需要完整的腐蝕資料,由於裝置結構常常可能對腐蝕產生影響,所以正確的設計也很重要。

另外,選材者也需要具備一定的腐蝕及防腐蝕知識,才能更完善地解決選材問題。

二、調整環境

如果能消除環境中引起腐蝕的各種因素,腐蝕就會中止或減緩,但是多數環境是無法控制的,如大氣和土壤中的水分,海水中的氧等都不可能除去。化工生產流程也不可能任意更動。但是有些區域性環境可以調整,例如鍋爐進水先去氧(加入脫氧劑亞硫酸鈉和肼等),可保護鍋爐管免遭腐蝕。

密閉的倉庫進入的空氣先除去水分,可免貯存金屬部件生鏽。如改變環境不影響產品和工藝,有些生產流程也可採用這種方法。為了防止冷卻水對換熱器和其它裝置的結垢、穿孔,在水中經常加入鹼或酸以調節ph值至最佳範圍(通常接近中性)。

煉油工藝中也常加鹼或氨使生產流體保持中性至鹼性。溫度大高,可以在器壁冷卻降溫,也可在裝置內壁砌襯耐火磚隔熱。如果許可的話,工藝中可選用緩和的介質代替強腐蝕介質等。

三、加入緩蝕劑

在腐蝕環境中加入少量的物質(百分之幾以下)就能大大減緩金屬的腐蝕,這類物質稱為緩蝕劑,可分為無機、有機和氣相緩蝕劑三類,緩蝕機理各不相同。

1.無機緩濁劑

有些緩蝕劑使陽極過程變慢,稱為陽極型緩蝕劑,如促進陽極鈍化的氧化劑(鉻酸鹽、亞硝酸鹽、fe3+)或陽極成膜劑(鹼、磷酸鹽、矽酸鹽、苯甲酸鹽),在陽極區反應,促進陽極極化(圖:3一1b)。一般繫在陽極表面生成保護膜,緩蝕效果好,但是有危險,因為如劑量不充足,膜可能不完整,膜缺陷處暴露的裸金屬面積小,陽極電流密度大,容易穿孔。

圖 3—1 極化的型別

a---陰極控制;b---陽極控制

另一類緩蝕劑是在陰極反應,促進陰極極化(圖3---1a),如ca2+、zn2+、mg2+、 cu2+、 cd2+、 mn2+、 ni2+等與陰極產生的oh-,形成不溶性的氫氧化物,以厚膜形態覆蓋在陰極表面,因而阻滯氧擴散到陰極,增大濃差極化。也有同時阻滯陽極和陰極過程的混合型緩蝕劑。

有些溶液中雜質如硫、硒、砷、銻、鉍等化合物,能阻抑陰極放氫過程,使陰極活化極化增大,腐蝕減緩。但這類緩蝕劑有危險,因為放氫過程分兩步驟:(a)h+十е→h2; (b)兩個h結合成h2放出,如果(b)比(a)慢,就會有多餘的h積累在陰極表面,一部分進入金屬內部,將引起氫脆。

冷卻水中常加入聚磷酸鹽和亞硝酸鹽緩衝劑。過去常用鉻酸鹽,效果雖好,因銘有毒性,現已少用,以避免汙染。自來水可加入10~200ppm聚磷酸鹽和矽酸鹽。

熱水體系可用硼酸鹽。有些體系同時還需要調整ph值。

緩蝕劑的加入量一般要先通過試驗。含cl-高、溫度高、流速高,需加入量就大。一般無機緩蝕劑的有效加入量為幾百ppm。

2.有機緩蝕劑

有機緩蝕劑是吸附型緩蝕劑,吸附在金屬表面,形成幾個分子厚的不可見膜,一般同時阻滯陽極和阻極反應,但影響不等。常用品種有含氮、含硫、含氧、含磷有機化合物,如胺類、雜環化合物、長鏈脂肪酸化合物、硫腺類、醛類、有機磷類等。吸附型別隨有機物分子構型的不同可分為:

靜電吸附、化學吸附、和兀鍵(不定位電子)吸附。靜電吸附型有苯胺及其取代物,吡啶、丁胺 、苯甲酸及其取代物如苯磺酸等;化學吸附型有氮和硫雜環化合物,有些化合物同時具有靜電和化學吸附作用,兀鍵吸附的效果也顯著,當化合物由單鍵至雙鍵至三鍵變化時,兀鍵與金屬的作用也增強,如在2.8n hcl(65℃)中對碳鋼的緩蝕效果,烯丙醇大於丙醇,炔丙醇又大於烯丙醇。此外,有些螫合劑能在金屬表面生成一薄層金屬有機化合物。

由於緩蝕劑品種很多,又多屬專利,成分不公開,膜的結構複雜,所以緩蝕機理還了解得不完全。

有機緩蝕劑發展很快,用途廣泛。

對於酸洗(鋼鐵除去銹垢)有喹啉及其取代物、硫脲類、二環已胺、甲苯醛。國內常用品種有:沈1一d(苯胺甲醛縮合物)和jib-5(用於鹽酸);鄰甲苯胺(用於硫酸),藍一5(用於硝酸)等。

對於油、氣井有咪唑啉一脂肪酸鹽,季胺鹽等。

用於水處理有多元醇磷酸脂類等。

使用緩蝕劑也同時產生缺點,如可能汙染產品,特別是食品;可能對生產流程的這一部分有利,進入另一部分有害;可能阻抑需要的反應,如酸洗時使去膜速度下降過多。

3.氣相緩蝕劑

這類緩蝕劑是揮發性很高的物質,含有緩蝕基團,一般用來保護、貯藏和運輸中的金屬零部件,以固體形態應用,它的蒸氣被大氣中水分解出有效的緩蝕基團,吸附在金屬表面,使腐蝕減緩。它也是一種吸附型緩蝕劑。被保護的金屬表面不需要除鏽處理,它能吸附在有鏽表面並防止繼續生鏽。

它必須用於密封包裝內,大至海洋油輪內艙也可用它保護。

有效的氣相緩蝕劑有下列一些:①胺鹽(與亞硝酸、鉻酸、碳酸、氨基甲酸、醋酸、苯甲酸及其取代酸所形成的鹽);亞硝酸、苯二甲酸、或碳酸組成的酯;③伯、仲、叔脂肪胺;④脂環胺和芳香胺; ⑤聚甲烯胺; ③亞硝酸鹽與硫脲混合物、烏洛託品、乙醇胺;①硝基苯和硝基萘等。國內外常用的品種為二環己胺亞硝酸鹽的粉未或片劑。

四、陰極保護

由(圖2--2)可以看出,腐蝕電池中的陰極是接受電子產生還原反應的電極,只有陽極才發生腐蝕。利用這個原理,可以從外部匯入陰極電流至需要保護的裝置上,使裝置全部表面都成為陰極。在(圖2--3)中:

原來金屬表面狀態為腐蝕電位ecorr:與腐蝕電流icorr的交點m,如果從外部輸入陰極電流ia,ia一部分進入區域性陰極,一部分進入區域性陽極。電流的分布與陰、陽極的電阻成反比,原來的區域性陰極電流與區域性陽極電流相icorr等,但二者方向相反。

匯入人ia後,在陰極因電流方向相同,ik=icorr+∫ia(∫為電流分布係數),陽極因電流相反,ia=icorr-(1-∫) ia。所以導ia後,ik逐漸增加,電位逐漸降低,沿著cm線下降;ia則逐漸減小,沿著ma線下降,當電位下降到ea即區域性陽極的開路電位後,ia=0,此時腐蝕停止,裝置達到完全的保護。

ea一陽極開路電位;ec—陰極開路電位;ecorr—腐蝕電位(復合電位); ia一外加電流;icorr—腐蝕電流

從熱力學上也可解釋,當電位下降到免蝕區(圖2--4)時,腐蝕實際停止,不過電位下降到放氫平衡線a以下時,可能產生氫脆。

圖2--4 電位-ph圖(fe—h2o,25℃)

導人外電流有兩種方法:一是從外部接上直流電源,體系中連線一塊導流電極(石墨、 鉑或鍍釕、鈦、高矽鐵、廢鋼等)作為陽極,另一是連線一塊電位較負的金屬,例如鋼鐵裝置連線一塊鋅、鎂、或鋁合金,由於後者電位比鐵低,在電解液內構成的原電池中成為陽極,陽極會逐漸腐蝕,所以也稱犧牲陽極,須定時更換。

陰極保護廣泛用於土壤和海水中的金屬結構,如管道、電纜、海船、港灣碼頭設施、鑽井平台、水庫閘門、油氣井、家用水糟等。為了減少電流輸入、延長使用壽命一般和塗料聯合應用,是一種經濟簡便、行之有效的防腐蝕方法。

五、陽極保護

以裝置作為陽極,從外部通人電流,一般將加速腐蝕,如(圖2--5)所示,腐蝕電流隨陽極極化而增大。但是對可以鈍化的金屬則會出現另一情況,如(圖2--6)示出,當電位隨電流上公升,達到致鈍電位後,腐蝕電流急速下降,甚至可下降幾萬倍,以後隨電位上公升,電流不變,直到過鈍區為止。利用這個原理,edeleanu首先提出陽極保護的概念:

以需要保護的裝置為陽極,匯入電流,使電位保持在鈍化區的中段(以免波動時進入活化區),腐蝕率可保持很低值,通入的電流就表示裝置的腐蝕速度。這種方法需要一台恆電位儀,用以控制裝置的電位。因為它只適用於接觸鈍化溶液的可鈍化金屬,所以用途受限制。

工業上已用於處理硫酸、磷酸、碳酸氫銨生產液、硝銨混肥等的不鏽鋼或碳鋼制的各種裝置,如槽、換熱器等。

六、合金化

在基體金屬中加入能促進鈍化的合金成分,當加入量達到一定比例後,便得到耐蝕性優良的材料。如鐵中加入鉻,當鉻量達12%以上時,就成為不鏽鋼,在氧化環境中由於表面生成鈍化膜,有很高的耐蝕性。

鉻鋼中加入鎳,可擴大鈍化範圍,還可提高機械效能。含鉻18%、鎳9%的鉻鎳不鏽鋼是工業和民用中最廣用的耐蝕合金。又如鐵中加入矽量達14%時,就得到耐酸性優良的高矽鐵,它的表面主成氧化矽保護膜,對熱硫酸、硝酸、混酸等都有優良的抵抗力。

鎳銅合金中的鎳大於30~40%時,可得到含鎳10~30%的銅鎳合金(cupron一ickel)和鎳70銅30(monel)合金,它們比純銅和純鎳的耐蝕性在一些環境中都更優越些。一系列鎳合金是有名的耐蝕材料,如鎳鑄鐵有優良的耐鹼性。鎳鉬鉻合金是少數能耐高溫非氧化性酸(如鹽酸)的合金。

鎳鋁鉻鐵合金能耐高溫氧化性酸、次氯酸鹽、海水等,比一般不鏽鋼更好。

彩繽紛在某些活性金屬中加入微量超電壓低的陰極***,可以促進鈍化,如不鏽鋼和鈦在某些濃度和溫度的硫酸中是活性的,如在基體金屬中加入0.1~0.15%的鈀或鉑,將在合金表面分布成為眾多的微陰極,促進區域性腐蝕電池的運轉,陽極電流很快增大,迅即達到鈍化區,使合金耐蝕性增強。

七、表面處理

金屬在接觸使用環境之前先用鈍化劑或成膜劑(鉻酸鹽、磷酸鹽、鹼、硝酸鹽和亞硝酸鹽混合液等)處理,表面生成穩定密實的鈍化膜,抗蝕性大大增加。它與緩蝕劑防**的不同之處,在於它在以後的使用環境中(如大氣、水)不需要再加入緩蝕劑,鋁經過陽極處理,表面可以生成比在大氣中生成的更為密實的膜。這類膜在溫和的腐蝕環境( 大氣和水)中有優良的抗蝕能力。

鋼鐵部件表面發藍也是乙個廣為應用的例子。

整體合金化造價比較昂貴,可採用表面合金化的方法,將易鈍化的合金成分如鉻、鉬、矽滲人鋼鐵表面,一般將鋼部件放在充滿粉末鉻、鋁、矽中,或在金屬蒸氣中,進行加熱滲鍍。表面滲鍍層在氧化性環境內產生鈍化膜,它的抗高溫氧化力和某些耐蝕性優於底層鋼。由於保護層薄,不耐磨損,壽命比整體的合金短,不適於長期接觸強腐蝕介質。

較新的一種表面技術是離子注入法,一般用硼、碳、磷、矽、氮、鉬、鈀、鉑等元素或***用離子注入機使其電離、加速,使高能離子與基體金屬相撞擊,進入表面,形成一定深度和濃度的非晶態合金層。具有比基體金屬高得多的耐蝕性,現已應用於小部件。

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