锅炉高温腐蚀、氢腐蚀、垢下腐蚀机理和预防.ppt

锅炉高温腐蚀、氢腐蚀、垢下腐蚀的机理分析和预防解决措施赵永宁 山东电力研究院 首席工程师/高工/教授 金属的腐蚀 金属材料腐蚀与防护历史 腐蚀与防护是一门融合了多种学科的新兴边缘学科，它的理论和实践与金属学、化学、电化学、物理学、工程力学、生物学和医学等密切相关。 人类差不多在使用材料的同时就开始了对腐蚀和腐蚀控制技术的观察和研究。 春秋战国时期的武器，秦始皇时代的青铜器和大量箭簇，有的至今毫无锈蚀。经鉴定，青铜箭簇表面有一层致密的黑色含铬氧化层，而基体金属中不含铬，由些可见，早在两千多年以前，我们中华民族就创造了与现代铬酸盐钝化处理相似的防护技术，这是中国文明史上的一个奇迹。 20世纪初，化学工业的迅速发展推动了不锈钢和耐蚀合金的研究和应用，腐蚀研究得到了系统而深入的开展，确立了腐蚀历程的基本电化学规律，形成了一门独立的金属腐蚀学科。 材料腐蚀与防护在国民经济中的意义 腐蚀危害遍及日常生活和几乎所有的行业，给人们带来了巨大的经济损失，造成了灾难性的事故，消耗了宝贵的自然资源。 在工业化国家，腐蚀破坏导致的经济损失估计占国民生产总值的3%～5%。 世界各国的腐蚀与防护专家普遍认为，如能应用近代腐蚀科学知识及防腐技术，腐蚀的经济损失可降低20%～30%。 腐蚀好比材料和设施的“癌症”，因此，同样要像关注医学、环境保护和减灾一样关注腐蚀问题。 金属腐蚀的本质是金属原子失去电子被氧化的过程，金属腐蚀一般可分为化学腐蚀与电化学腐蚀。 金属直接与介质发生氧化或还原反应而引起的腐蚀损坏，称为化学腐蚀。 金属的氧化和氧化剂的还原是同时发生的，电子从金属原子直接转移到接受体；在化学腐蚀过程中不产生电流，而单纯起化学作用。 有些腐蚀产物能起保护作用，可以减缓化学腐蚀的速度，阻止继续产生化学腐蚀，这是化学腐蚀的重要的特征。 最主要的化学腐蚀形式是气体腐蚀，也就是金属的氧化过程（与氧的化学反应），或者是金属与活性气态介质（如二氧化硫﹑硫化氢﹑卤素﹑蒸汽和二氧化碳等）在高温下的化学作用。 如锅炉受热面管子在与高温烟气、水、蒸汽接触的过程中，对金属表面产生强烈的氧化作用。腐蚀结果使铁变成铁的氧化物或氢氧化物，从而失去金属性质。  金属与电解液相接触时，有电流出现的腐蚀损坏过程，称为电化学腐蚀。 电化学腐蚀是最常见的腐蚀，它是以各种金属具有不同的电极电位为依据的。 电极电位是指金属在某电解质溶液中与接触的溶液之间的电位差。假定标准氢电极的电极电位为零，那么某一种金属与标准氢电极之间的电位差就叫做该金属的标准电极电位。 当低电位的金属与高电位的金属在电解液中相接触时，低电位的金属就将被腐蚀，而且这些金属在电化学次序中彼此相隔越远，电位低的金属被腐蚀损坏就越快。 金属腐蚀中的绝大部分均属于电化学腐蚀。 如在自然条件下（如海水、土壤、地下水、潮湿大气、酸雨等）对金属的腐蚀通常是电化学腐蚀。 金属常见的腐蚀形态与防护 腐蚀形态可分为两大类，即全面腐蚀和局部腐蚀。 全面腐蚀也称均匀腐蚀，是一种常见的腐蚀形态，其特点是化学或电化学反应在全部暴露的表面或大部分表面上均匀地进行，金属逐渐变薄，最终失效。 全面腐蚀造成金属大量损失，但这种腐蚀危险性较小。 防护措施： ①工程设计时考虑合理的腐蚀裕度，②合理选材，③涂覆保护层，④添加缓蚀剂，⑤阴极保护。 局部腐蚀是设备腐蚀破坏的一种主要形式，是金属表面某些部分的腐蚀速率或腐蚀深度远大于其余部分的腐蚀速率或深度，因而导致局部区域的损坏。 特点是腐蚀仅局限或集中于金属的某一特别部位，阳极和阴极一般截然分开，而次生腐蚀产物又可在第三点形成 。 产生局部腐蚀的必要和充分条件是：在腐蚀体系中，存在着或出现了某种因素使得金属表面的不同部分遵循不同的阳极溶解规律，即具有不同的阳极极化曲线。 随着腐蚀的进行，这种阳极溶解速度的差异不但不会减弱甚至还会加强。这种局部腐蚀的条件由腐蚀过程本身所引起的现象称为局部腐蚀的自催化现象。 局部腐蚀可分为点腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、磨损腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳八类。细分还有石墨腐蚀、剥蚀和氢损伤等。 美国对腐蚀事故调查结果表明，全面腐蚀占22%，局部腐蚀占78%，局部腐蚀中腐蚀疲劳、应力腐蚀占比例最高。 防护措施：根据不同的腐蚀类型，要采取不同的防护措施。 全面腐蚀与局部腐蚀基本特征比较 电站热力设备用金属材料不仅要满足热强性的要求，还需要具有较高的化学稳定性，即耐腐蚀性能。 在大气及弱腐蚀性介质中，腐蚀速度小于0.1mm/a为“耐蚀”，小于0.01mm/a为“完全耐蚀”； 在强腐蚀性介质中，腐蚀速度小于1mm/a为“耐蚀”，小于0.1mm/a为“完全耐蚀”； 所谓不锈，是相对而言，是在一定的介质里具有较高的抗腐蚀性能。 锅炉设备中的受热面管