處於任何介質和環境下的材料的腐蝕保護

2022-05-20 21:41:53 字數 4442 閱讀 3703

問題:在裝有酸性**的儲油罐中,其腐蝕產生的自燃性物質促使了自燃地發生。

摘要: 對於裝有酸性**的儲油罐,人們思考了其蒸汽帶中自燃物質沉積的成因和條件。實踐表明:

在儲油罐中創造無氧的條件似乎是阻止自燃和腐蝕的最有前景的方法。在實踐中是通過薄膜氣體分離器提供含氮的氣氛來實現的。

裝有**和商業用油的儲油罐偶爾會發生火災,這種事故促使人們更緊密的思考腐蝕產品的自燃特性和因自燃物質沉積而導致的自燃危險。尤其是分析當經過碳化處理和低合鋼的油罐接觸酸性油及其蒸汽時的情況。在儲油罐中隨著化學腐蝕和生物腐蝕的進行,在含氧的氣氛中,自燃物質的沉積(主要組成為鐵的硫化物)趨向於自發的發生自燃,這不可避免的將導致火災和**。

在火災事故中,倘若推薦的除油劑的蒸汽與油罐內部的自燃腐蝕沉積物發生混合時,則會引起**。它不僅增加了火災發生的風險,而且還會使火災發生的過程更加危險。為了降低社會,經濟和生態的風險,在這樣的裝置中,自燃沉積物發生自燃的可能性必須被完全排除。

然而不幸的是,事故發生後,絕大多數提議的技術解決方案都是緩和的。這些僅是部分的降低了引火物自燃的概率,其做法經常為週期性的鈍化作用或人工排除。我們知道,在去氧的中性且含有硫化氫的媒介中,鐵腐蝕的產物是可變化組成的硫化物,其通式為。

兩種極端的形式是(鐵的硫化物和隕硫鐵)和(鐵的硫化物和黃鐵礦)。其是通過中間硫化物的數量來劃分的。它們的形成與轉化取決於硫化氫的濃度,溶液的溫度和與金屬溶液的接觸時間。

硫化物研究的困難導致了對硫化物組成成分資料的缺乏,特別是在它們形成的初始時期。本研究致力於以下三個方面:(1)在酸性**和含有大量的氯根離子的油水混合物的條件下,鋼鐵儲油罐的腐蝕,(2)自燃腐蝕沉積物的特性及形成機理,(3)是乙個被證實的綜合的技術解決方案。

在裝酸性**的儲油罐中會產生自燃腐蝕物,而該方案的目的就是為了阻止該物質的形成與自燃。

方法:試樣包括用於罐設計用的型鋼3;有著低含量腐蝕性的非金屬夾雜物(硫化鈣和乳酸鹽)的試用鋼;商業用的不鏽鋼(cx17t,12x18h10t和03x18h11);不含錳硫化物的鐵鉻鎳合金和鐵鉻鎳鏌合金。試樣是mm的長方形,每乙個都有乙個從短邊5mm深的直徑為3mm的孔。

之前的測試中,對試樣表面用顆粒大小逐漸減小的碳化矽砂紙進行拋光處理。在完成的過程中,使用的砂紙顆粒的大小從10um到50um。之後,表面用水洗淨,用過濾紙覆蓋直至乾燥,最後用乙醇進行去油處理。

上述提到的樣本像乙個花環樣固定到卡普綸執行緒上(如此樣品間就不會相互接觸),然後浸入**罐中。花環的上部位於氣相中,中間的浸在油中,下面的則在油之下的水中。整個測試時間是1464h。

實驗結束後,樣本被轉移到試驗室中,在密封的稱量瓶中貯存。常用的腐蝕速率通過在克範圍內重量測定來評估。然而區域性的腐蝕速率,可通過光學顯微鏡連續的聚焦於區域性缺陷的邊緣和底部來評估。

電子顯微鏡js m——35對光譜分析法中能量的散布,讓人們了解到大量自燃腐蝕物(厚度為2到35mm)的化學成分在罐底形成,其形成期大約要超過兩年。開始分析之前,將大量的自燃沉積物從金屬被侵蝕的表面開始,分成許多層:0–0.

5,0.5–1.0,1.

0–2.0,5.0–10.

0, 12.0–15.0,15.

0–20.0, 22.0–25.

0和27.0–33.0(單位mm)。

每一層均在碧玉研缽中被磨成粉,首先獲得大小為0.1至0.3 mm的粒子,之後用石油溶劑油反覆清洗獲得不含油的粉末。

我們可通過觀察石油溶劑油的洗出液,當它的顏色保持不變時,清洗才可停止。分析開始之前,每一塊被清洗的層通過導電膠固定到石墨單元的底部。為了使研究的物體有更好的導電性,可在真空條件下鍍一層薄的金。

碳鋼中的cani的含量由[6]中的描述決定。

我們可通過紅外輻射光的照射來研究鋼基對引火物的反應。通過選擇照射光的強度來控制惰性媒介體表的溫度,使其不超過250。

圖表1酸性**罐中氣相狀態下商業用與試用機構鋼的腐蝕速率。

備註:沒有偵測到腐蝕中心,降解程度相同。

圖表2在遠離罐壁時,自燃沉積物組成成分的改變。

結果與討論

我們全面的測試揭示了碳鋼材料的油罐在酸性**中的區域性腐蝕(淺層的腐蝕)情況。腐蝕速率k1大於或等於3mm/yr(如表1)。試用的碳鋼的腐蝕速率不會超過0.

83mm/yr。根據[7-9],其耐腐蝕性的不同,大體上是由於在商業用罐與試用鋼鐵中cani密度的差異造成的。商業中用的不鏽鋼與試用中的碳鋼因腐蝕導致的質量損耗表明了抗腐蝕性在形式上是一致的。

然而,前者的鐵呈現點狀的腐蝕,後者的則幾乎是相同程度的腐蝕。僅有設計有電鍍材料的不鏽鋼在整個測試中保持不活潑的狀態。在這樣的鋼材中鉻的的含量不少於0.

17,此外,還含有少量的鎳和鉬。在靠近酸性**罐的內表面出現能滲透資源沉積的孔,以3mm/yr腐蝕速率降解的話,鐵3大約需要兩年。它們以氣相的形式接觸。

沉積物的厚度是33到35mm,當然不同的成分其厚度也會有所變化(如表2)。沉積物的大部分成分是硫化亞鐵()和元素硫。元素硫的濃度從罐壁的最高值下降,然後在離壁2至5mm的距離慢慢增長達到乙個峰值,最後其值又會輕微的再降一些。

靠近鋼鐵的表面,主要是如水晶般的硫,稍遠點則是硫化亞鐵。當遠離金屬表層,向外的是硫化亞鐵層。沉積物中鐵的含量降低,流的含量增加。

在硫元素混合物中,我們發現硫化亞鐵(可能是)含量佔主導。我們可以提出可想到的自燃沉積物的形成機理。油罐上部分的氣相中,潮濕和油中的硫化氫是腐蝕的主要原因,它們與鐵表面接觸導致腐蝕。

大氣中的氧在腐蝕程序的主要起去極化的作用。從氣相層到覆蓋有薄的水膜的金屬表面,氧與硫化氫分子進行快速的的擴散。在陽極反應與陰極反應的條件下,它們的擴散速度會急劇增加。

電化學形成的鐵離子進入溶液與硫化氫反應生成硫化亞鐵。倘若水膜向下連續流動,罐壁鉛垂方向的硫化亞鐵層似乎可以除去,而水平方向的硫化亞鐵層則在不斷地迅速的累積。有氧條件下,硫元素與硫化氫和硫化亞鐵會發生化學反應。

沉積在金屬表面的硫層可起絕緣的作用,從而導致引火物更容易自燃,結果硫自發的引發火災。

沉積物的的自燃特性很大程度上取決於它的化學組成,結構和比表面積(決定它的吸附特性)。含有大量硫的沉積物是多孔隙的。這些間隙是看不見得。

它們的比表面積是通過達到1.5熱脫附法來評估的。自燃沉積物的展開面上,多相反應快速的進行著。

研究中的自燃沉積的密度是0.9。所以說,疏鬆的引火物的體積大約是黃鐵礦濃度的六倍(5.

6)。引火沉積物的化學組成和形態由沉積條件決定:空氣的濕度,硫化氫和氧氣的濃度,以及溫度。

在一年內,所有這些因素都發生較大幅度的變化。例如:在冬天,灌頂是冷的,而罐中執行的油溫卻達到30-40。

結果,水蒸氣和輕的石油餾分在罐頂(引火沉積物形成的地方)的內表面被劇烈的壓縮。引火沉積物的年平均生長率可由已知的鋼鐵的腐蝕速率k估算出來。公式

注:和分別表示鋼鐵和引火沉積物的密度。

μfe表示穿過引火沉積物的鐵塊的平均厚度。

假設=7.8, =0.9, =0.

3mm,儘管罐的金屬的腐蝕速率為1mm/yr,但引火沉積物的生長速度卻為30mm/yr。使用金屬表層防護塗料可以抑制腐蝕程序,卻只是延遲危險的引火沉積物的形成。事實上,在第一年的執行中,油罐頂部的內表面大部分被腐蝕,這顯示了與引火沉積生長的獨立性。

因此,目前控制腐蝕的經濟合理的做法是使用新型的造罐材料和在罐的內表面塗防護塗料。但這種做法只會降低引火沉積物的形成速率,而不能完全的排除其形成的可能性。

秋天和冬天,疏鬆的引火沉積物因含有很多的水分而不能自發的自燃。在春天,灌頂被劇烈的加熱,導致引火沉積物中水分的含量很低。當水分的含量在範圍內時,就會促使許多材料發生自燃。

硫化亞鐵和游離硫磺包括在這些材料之內。所以在春天,引火沉積物發生自燃的概率會急劇的上公升。根據儲存酸性**不同年數的罐的著火統計資料,我們得出了該結論。

主要是二硫化鐵與氧氣發生反應,並放出大量的熱量。其化學反應式:

該多相反應放出的熱量為220 kj/mol.。但它的反應速率則較大的取決於條件:在弱得穩定加熱條件下,反應進行的緩慢,否則就會加快。

所以,強烈的熱就會導致自燃。當引火物被加熱到180-220時,游離硫磺就會發生自燃。其燃燒程度是均勻的,顏色呈藍色。

根據謝苗諾夫和弗朗克-卡門涅茨基的理論,物理模型的自然通常被稱為理論。根據這個理論,熱力爆燃(實際我們的實驗是熱力自燃)取決於乙個區域熱反應放熱速率和熱釋放速率。這兩個速率決定了它的溫度。

當滿足(1)當前者的反應速率大於後者的反應速率,(2)自動加熱到自燃的過程中沒有達成熱平衡,熱力爆燃(自燃)就很有可能發生。

反應速率和反應熱量q決定了放熱速率。

根據謝苗諾夫的理論,放熱速率q-與區域的化學反應和環境的溫差(t – t0)成比例。

α是傳熱系數

s是化學反應媒介與環境的接觸面積

v是化學反應媒介的體積

**1 誘導期對比鋼基引火層的厚度δ

在實驗室裡關於熱力自燃的研究中,統計了自燃誘導時間,樣本的大小,自燃的溫度。在實際**中,這樣的統計對空氣中多種物質的自燃有著足夠的準確性。上述物質包括:

均勻散布的自燃金屬,煤炭,植物材料等等。

但是,根據實驗室程式獲得的關於自燃沉積物自燃的資料,在實際情形中只能近似運用。其原因如下:1.

自燃沉積物的不均勻性(如上所示,沿著層厚度,組成和形態是變化的),2.再現儲油罐中條件的是十分困難的,它是隨著季節和工藝引數(氣相的濕度與組成成分)變化而變化。當然,所有的引數與放熱率有關。

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