精细化工设备解析.pptx

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1、 精细化工设备常用的金属材料有碳钢、铸铁、不锈钢、铝、铅和铜等合金，其中碳钢、不锈钢和铸铁具有良好的物理、力学性能，且价格便宜、产量大，被大量用于制造各种设备。常用的另一类材料是非金属材料,非金属材料的耐腐蚀性能在许多环境下优于金属材料,在精细化工企业大量使用上述金属和非金属材料制造反应设备、输送设备、泵、阀门及管道等器件。2 精细化工设备材料与防护第1页/共65页2.1 常用的金属材料常用的金属材料（1）碳钢）碳钢碳钢是含碳量小于2.11%的铁碳合金，碳钢在大气和水中易生锈，在很多介质中的耐腐蚀性也不好：在碱性溶液和强氧化性酸（如浓硫酸）中生成了保护膜，腐蚀性很小；在中性、含氧量高的溶液中，

2、和还原性酸中，腐蚀很快。如磺化和硝化反应可以用碳钢做反应器。优优质质碳碳钢钢与与普普通通碳碳钢钢区区别别是优质碳钢中硫磷含量低(S+P含量小于0.035%)2 精细化工设备材料与防护 2.1 常用的金属材料第2页/共65页（2）铸铁）铸铁铸铁是含碳量大大于2.11%的铁碳合金，大致组成：2.54%C、0.63.0%Si、0.21.2%Mn、0.11.2%P、0.080.15%S。铸铁是脆性材料，抗拉强度较低，但具有良好的铸造性、耐磨性、减振性及切削加工性。在一些介质（浓硫酸、醋酸、盐溶液、有机溶剂等）中具有相当好的耐腐蚀性能，生产成本低廉，在工业中得到普遍应用。常用的铸铁可分以下四类：灰口铸铁

3、、球墨铸铁、可锻铸铁和特殊性能铸铁。2.1 常用的金属材料第3页/共65页 灰口铸铁灰口铸铁灰口铸铁中的石墨呈片状，断口呈灰黑色。抗压强度显著大于抗拉强度（约34倍），冲击韧性低，不适合制造承受弯曲、拉伸和冲击载荷的零件。2.1 常用的金属材料片状石墨灰口铸铁耐磨性、耐蚀性较好，与其他钢材比，有优良的铸造性、减振性和良好的可加工性，广泛用作承受压载荷、耐磨的零件，如机座、轴承、泵体等。第4页/共65页 灰口铸铁灰口铸铁2.1 常用的金属材料第5页/共65页 球墨铸铁球墨铸铁球磨铸铁中石墨呈球状，球墨铸铁在强度、塑性和韧性方面大大超过灰铸铁，甚至接近钢材。在酸性介质中球墨铸铁耐蚀性较差，但在其他

4、介质中耐腐蚀性比灰铸铁好。2.1 常用的金属材料球墨铸铁金相照片白色碳化物沿球墨周围形成白色碳化物沿球墨周围形成第6页/共65页 球墨铸铁管球墨铸铁管2.1 常用的金属材料第7页/共65页 可锻铸铁可锻铸铁可锻铸铁中石墨呈团絮状，其机械性能（特别是韧性和塑性）较灰口铸铁高，故习惯上称为可锻铸铁。2.1 常用的金属材料第8页/共65页 可锻铸铁与球墨铸铁相比具有质量稳定，铁水处理简易，成本较低等特点，在精细化工设备生产中广泛的用来制作各种管接头、低压阀门、轴、连杆、齿轮、活塞环等。2.1 常用的金属材料第9页/共65页 特殊性能铸铁特殊性能铸铁精细化工设备对铸铁牲能的要求愈来愈高，不但要求它具有

5、更高的机械性能，有时还要求它具有某些特殊的性能，如耐热、耐蚀及耐磨等。为此可向铸铁（灰口铸铁或球墨铸铁等）中加入一定量的合金元素，如锰，获得特殊性能铸铁（或称合金铸铁）。2.1 常用的金属材料第10页/共65页（3）合金钢）合金钢金属材料可以和其它材料组合形成复合材料。合金钢就是在碳钢的基础上，在冶炼时经常加入的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、Al、B、W、Mo、V、Ti、Nb、Zr和稀土元素(Re)等，P、S、N等，来提高钢的机械性能、物理和化学性能，改善钢的工艺性能。合金钢按用途分主要有：合金结构钢（做一些设备的机构件）合金工具钢（做各种工具）特殊性能钢（包括不锈耐酸钢、耐热钢和耐磨钢）

6、2.1 常用的金属材料第11页/共65页 不锈耐酸钢不锈耐酸钢不锈钢和耐酸钢的总称，用于制作耐腐蚀的机器零件、工具及容器等。属于这类钢的有马马氏氏体体不不锈锈钢钢、铁铁素素体不锈钢、奥氏体不锈钢体不锈钢、奥氏体不锈钢等。一般不锈钢不一定耐酸，而耐酸钢一般则都具有良好的耐腐蚀性能 2.1 常用的金属材料第12页/共65页铁910以下为具有体心立方晶格结构的-铁 910以上为具有面心立方晶格结构的-铁碳溶解到-铁中形成的固溶体称铁素体铁素体碳溶解到-铁中形成的固溶体则称奥氏体奥氏体奥氏体如以极大的冷却速度过冷到230以下，碳原子无法扩散，形成碳过饱和的-固溶体，称为马氏体马氏体2.1 常用的金属材

7、料第13页/共65页奥氏体不锈钢：奥氏体（外文名：Austenite），碳溶解在铁中形成的一种间隙固溶体，呈面心立方结构面心立方结构，无磁性无磁性。奥氏体是一种塑性很好，强度较低的固溶体，具有一定韧性。分辨奥氏体不锈钢(含铬大于18%，还含有 8%左右的镍及少量钼、钛、氮等元素如1Cr18Ni9Ti不锈钢）的方法之一就是用磁铁来看其是否具有磁性。古代铁匠打铁时烧红的铁块即处于奥氏体状态。2.1 常用的金属材料第14页/共65页马氏体不锈钢：马氏体的三维组织形态通常有片状或者板条状，但是在金相观察中（二维）通常表现为针状。马氏体的晶体结构为体体心心四四方方结结构构。高的强度和硬度是钢中马氏体的主

8、要特征之一。将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织即为马氏体。2.1 常用的金属材料铁铁素素体体不不锈锈钢钢：碳溶解到-铁中形成的固溶体称铁素体，加热时不发生相变，称为铁素体型不锈钢。第15页/共65页参考资料：固态金属及合金都是晶体，即在其内部原子是按一定规律排列的，排列的方式一般有三种即：体心立方晶格结构、面心立方晶格结构和密排六方晶格结构。组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构：910以下为具有体心立方晶格结构的-铁，910以上为具有面心立方晶格结构的-铁。碳溶解到-铁中形成的固溶体称铁素体，它的溶碳能力极低，最大溶解度不超过0.02%。而碳

9、溶解到-铁中形成的固溶体则称奥氏体，它的溶碳能力较高，最高可达2%。奥氏体是铁碳合金的高温相。钢在高温时所形成的奥氏体，如以极大的冷却速度过冷到230以下，奥氏体中的碳原子已无扩散的可能，奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和的固溶体，称为马氏体。由于含碳量过饱和，引起马氏体强度和硬度提高、塑性降低，脆性增大。不锈钢的耐蚀性主要来源于铬。只有含铬量超过12%时钢的耐蚀性能才会大大提高，因此，不锈钢中的含铬量一般均不低于12%。由于含铬量的提高，对钢的组织也有很大影响，当铬含量高而碳含量很少时，铬会使铁碳平衡图上的铬会使铁碳平衡图上的-相区缩小，甚至消失相区缩小，甚至消失，这种不锈钢为铁素体不锈钢。当

10、含铬量较低（但高于12%），碳含量较高，合金在从高温冷却时，极易形成马氏体，故称这类钢为马氏体型不锈钢。镍可以扩展镍可以扩展-相区，使钢材具有奥氏体组织相区，使钢材具有奥氏体组织。如果镍含量足够多，使钢在室温下也具有奥氏体组织结构使钢在室温下也具有奥氏体组织结构，则称这种钢为奥氏体型不锈钢。第16页/共65页第17页/共65页第18页/共65页 耐热钢耐热钢高温下具有良好耐热性，包括与热强钢两类：抗氧化钢：高温下有较好的抗氧化性，强度要求不高热强钢：高温下有良好抗氧化能力又有较高强度。用于制作炉用零件、热交换器、干燥设备、排气阀等零件2.1 常用的金属材料第19页/共65页 耐磨钢耐磨钢在高的

11、冲击负荷作用下发生加工硬化而具有高耐磨性能的高锰钢。主要成分为碳和锰，含含碳碳量量为为1.0%1.3%，含含锰锰量量为为11%14%。碳含量较高可以提高耐磨性。用来生产破碎机颚板、防弹钢板、保险箱钢板等。2.1 常用的金属材料第20页/共65页（4）有色金属及其合金）有色金属及其合金金属材料中通常把铁及其合金叫黑色金属,而把其它的金属如铝.铜.镁.锌等及其合金叫有色金属.有色金属种类很多,都具有不同于钢铁的许多特性.使用较多的是铝、铜及其合金 铝、镁、钛及其合金相对密度小；铜、铝及其合金导电、导热性好；镍、钼、铌及其合金能耐高温等；有色金属及其合金在精细化工设备中得到广泛的应用。2.1 常用的

12、金属材料第21页/共65页铝及铝合金铝及铝合金纯纯铝铝：质轻，导电、导热性好，塑性好但强度低，抗大气腐蚀的能力很强，在氧化性的酸中表面形成致密坚固的氧化膜，能耐腐蚀。但在碱、食盐和氢氟酸中易被腐蚀。铝常用于制造硝酸、尿素等生产所用设备（贮槽、槽车、管道、泵、阀门、冷凝器、蒸发塔和加热器等。2.1 常用的金属材料第22页/共65页铝铝合合金金：铜、镁、锌、硅、锰等加入铝中与铝构成二元共晶系，包括形变铝合金和铸造铝合金 形变铝合金：铝锰系或铝镁组成的铝合金，特点是抗蚀性、焊接性及塑性好，硬度和强度高，具有良好的加工性能，可以用作结构材料。包括:防锈铝合金(LF),硬铝合金(LY),超硬铝合金(LC

13、),锻造铝合金(LD)2.1 常用的金属材料铸造铝合金：Al-Si系、A1-Cu系、Al-Mg系与A1-Zn系等四类铝合金，用于铸造第23页/共65页铜及铜合金铜及铜合金纯纯铜铜：具有高的导电、导热性和耐蚀性，塑性好，易于冷、热加工变形。纯铜不宜作结构材料，但它用于制造深冷设备和高压设备的垫片等。纯铜主要用来制作真空器件、冷凝器、蒸发器、热交换器、垫片、铆钉等。2.1 常用的金属材料 铜对淡水、大气、碱类溶液的耐蚀能力很好。铜不耐各种浓度的硝酸、氨和铵盐溶液腐蚀。第24页/共65页铜铜合合金金：纯铜强度不高，不宜用作结构材料，常加入合金元素来改善其性能。一般可将铜合金分为黄铜、白铜和青铜。黄铜

14、：铜锌合金，有极好冷加工性能，可在常温下冲压成型，做容器的零件。白铜：铜镍合金，耐腐蚀性能优，抗冲击腐蚀和应力腐蚀也很好。2.1 常用的金属材料 青铜：铜锡、铜铝、铜铍合金，锡青铜主要用来铸造耐腐蚀和耐磨零件，如泵壳、阀门、轴承、蜗轮、齿轮等。第25页/共65页钛及钛合金钛及钛合金纯纯钛钛：银白色的金属，熔点为1725，表面很易和氧结合成一层致密的氧化薄膜，稳定性远高于铝和不锈钢的氧化膜，而且在机械损伤后能很快修复，故在许多介质中的耐蚀性比奥氏体不锈钢优越，钛在大气、海水、过热蒸汽、各种温度的碱溶液、盐类、硝酸（除红色发烟硝酸外）、铬酸、10%30%氨水等介质中都稳定。2.1 常用的金属材料空

15、气中加热到鲜红时，迅速地吸气（氧.硫.碳.氮.氢等元素强烈反应),故钛不宜作高温下的化工设备第26页/共65页钛钛合合金金：为了提高钛的强度与耐热性，常加入铝、锡、锆、钼、钒、锰、铬、铁等元素，它们能溶于钛中，或与钛形成化合物，使合金强化，其中强化作用最好的是铝、锰、铬和铁，其次是钼与钒，锡与铝的强化作用不大，但能提高合金的抗蚀性。2.1 常用的金属材料第27页/共65页2.2 常用的非金属材料常用的非金属材料除金属材料和复合材料外的材料称为非金属材料。非金属材料具有优良的耐蚀性，按性质可分为无机非金属材料和有机非金属材料两大类。非金属材料可以做结构材料、金属设备的保护衬里、设备的密封材料和保

16、温材料等。来源广泛，成型工艺相对简单。（1）无机非金属材料）无机非金属材料无机非金属材料主要有陶器、瓷器、胶凝材料（水泥、石灰、石膏等）、混凝土、耐火材料、天然矿物等。2.2 常用的非金属材料第28页/共65页无机非金属材料特点：优优点点：硬度高，抗化学腐蚀能力强，绝大多数是绝缘体，高温导电能力比金属低，光学性能优良，制成薄膜时大多是透明的，一般比金属的导热性低。缺点缺点：大多数抗拉强度低、韧性差。发发展展方方向向：而将其与金属材料、高分子材料合成无机非金属复合材料，改善其强度和韧性。2.2 常用的非金属材料第29页/共65页 化工陶瓷化工陶瓷是由黏土、长石和石英等原料烧结而成。优点：有很好的

17、耐化学腐蚀，来源广。价格便宜。制造工艺和设备简单。缺点：不能制造大型、耐高温高压设备,不能耐氢氟酸、热磷酸和碱液的腐蚀。2.2 常用的非金属材料应用:可以制造塔类、反应器、过滤器、贮槽、阀门、管道、泵和鼓风机等。第30页/共65页 玻璃玻璃2.2 常用的非金属材料优点:对任何浓度的有机酸、无机酸、有机溶剂均有良好的耐腐蚀性能(HF、含氟磷酸、热的浓磷酸除外)，能直接观察管道和设备内的反应和输送情况，能保证产品的纯度和质量。缺点:玻璃系脆性材料,其抗张强度、抗弯强度较低,耐热急变性能差。应用:主要用作玻璃管道和玻璃容器、其它品种日益增多,尤其作为盐酸、氯气和某些有机介质的输送管道，已长期使用并取

18、得良好效果.第31页/共65页 化工搪瓷化工搪瓷是将含硅量高的瓷釉通过900左右的高温搪烧，使磁釉密着于金属胎底而制成的。优点:耐各种浓度的无机酸、有机酸、弱碱和强有机溶剂，从耐有机溶剂及使用温度上看,它优于工程塑料。缺点:使用年限较短,制造较复杂2.2 常用的非金属材料应用:大多数用于生产过程中聚合、缩合、环合、水解、凝聚、合成、抽水、蒸发、浓缩、蒸馏、中和、结晶、提纯、冷冻、冷却、脱羧、混合等第32页/共65页 工程塑料工程塑料精细化工设备中常用的塑料有聚丙烯、聚乙烯、硬质聚氯乙烯、含氟塑料、耐酸酚醛树脂、玻璃钢等。优点:质量轻，比强度高，耐化学腐蚀性一般优于金属，几乎所有塑料都有优异电绝

19、缘性，大多数塑料摩擦因数较小，在摩擦、磨损时具有自润性缺点：是不耐热,一般只能在100以下长期使用应用:常用在腐蚀性介质中和无润滑剂情况下的轴承、齿轮、活塞环、密封圈等.（2）有机非金属材料）有机非金属材料2.2 常用的非金属材料第33页/共65页聚聚丙丙烯烯：聚丙烯是通用塑料，生产和使用量都很大，其具有优良的耐腐蚀性能，在室温下，几乎所有有机溶剂均不能溶解聚丙烯，由于聚丙烯分子结构中的叔碳原子容易氧化，所以对发烟硫酸、浓硝酸和氯磺酸等强氧化性介质，即使在室温下也不能使用。聚丙烯具有良好的耐腐蚀性与耐热性，常用作化工管道、贮槽、衬里等。2.2 常用的非金属材料第34页/共65页聚聚乙乙烯烯：由

20、乙烯聚合得到的热塑性树脂，是通用塑料，在日常用品和工业设备中用量很大。聚乙烯的分子链主要是由亚甲基(-CH2-)构成的，化学稳定性较好。在室温下，脂肪烃、芳香烃和卤代烃等能使之溶胀。在耐化学介质和溶剂的性能方面，高密度聚乙烯比低密度聚乙烯好一些。聚乙烯在精细化工设备中可做管道、管件、阀门、泵以及设备衬里。2.2 常用的非金属材料第35页/共65页聚聚氯氯乙乙烯烯：聚氯乙烯不含有活性较大的基团，主链又全是由非极性共价键C-C键联结而成，化学性能比较稳定。聚氯乙烯又可分为硬质聚氯乙烯和软质聚氯乙烯。硬质聚氯乙烯塑料常用来作为塔器、贮槽、除雾器、排气筒、泵、阀门及管道等。软聚氯乙烯塑料由于其机械强度

21、低，故常用作设备衬里材料。2.2 常用的非金属材料第36页/共65页含含氟氟塑塑料料：分子结构中存在着氟原子，使聚合物具有极为优良的耐腐蚀性、耐热性、电性能和自润滑性等。目前主要的品种有聚四氟乙烯(F-4)，聚三氟氯乙烯(F-3)和聚全氟乙丙烯(F-46)等，以聚四氟乙烯使用较多。2.2 常用的非金属材料聚四氟乙烯具有高度的化学惰性，完全不与王水、氢氟酸、浓盐酸、硝酸、发烟硫酸、沸腾的氢氧化钠溶液、氯气、过氧化氢等作用，有“塑料王”之称。聚四氟乙烯不结构材料，主要用作衬里材料。第37页/共65页玻玻璃璃钢钢：以合成树脂为黏结剂，玻璃纤维及其制品作增强材料而制成的复合材料称为玻璃纤-维增强塑料。

22、因其强度高，可以和钢铁相比，故又称玻璃钢(FRP)。玻璃钢质量轻、强度高，它不导电，有着良好的化学稳定性，过去用不锈钢也对付不了的一些介质，如盐酸、氯气、二氧化碳、稀硫酸、次氯酸钠和二氧化硫等，现在用玻璃钢可以很好地解决。2.2 常用的非金属材料第38页/共65页 橡胶橡胶橡胶分为天然橡胶和合成橡胶两大类。2.2 常用的非金属材料优点:具有较好的物理性能和防腐蚀性能,可耐一般非氧化性强酸、有机酸、碱液和盐液的腐蚀缺点:易老化，橡胶制品长期存放或使用时，逐渐被氧化而产生硬化和脆性，甚至龟裂的现象。紫外线照射、重复的屈挠、温度升高等都会导致和促使橡胶老化而丧失弹性。第39页/共65页2.2 常用的

23、非金属材料应用:在精细化工设备中主要金属设备的衬里或复合衬里中的防渗层。如丁氰橡胶用于化工衬里，氯丁橡胶用于油罐衬里管道，氟橡胶用于化工衬里、高级密封件等。第40页/共65页2.3 常用材料的性能要求常用材料的性能要求2.3.1 常用材料的化学性能要求常用材料的化学性能要求化学性能是指材科在所处介质中的化学稳定性，即材料是否会与周围介质发生化学或电化学作用而引起腐蚀。材料的化学性能指标主要有耐腐蚀性和抗氧化性。2.3 常用材料的性能要求 2.3.1 常用材料的化学性能要求第41页/共65页（1）良好的耐腐蚀性 材料（主要是金属和合金）对周围介质（加大气、水气、各种电解液）侵蚀的抵抗能力叫做耐腐

24、蚀性。常见的钢铁生锈，铜生铜绿等就是腐蚀现象。腐蚀作用会破坏设备和零件的外观质量、降低零件的使用寿命，甚至使设备突然损坏，因此耐腐蚀性是金属材料的重要性能之一。2.3 常用材料的性能要求 2.3.1 常用材料的化学性能要求第42页/共65页（2）良好的抗氧化性 材料在高温下抵抗氧化的能力，叫做抗氧化性。例如，在高温下，钢铁不仅与自由氧发生氧化腐蚀，使钢铁表面形成结构疏松容易剥落的氧化皮，还会与水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等气体产生高温氧化与脱碳作用，使钢的力学性能下降。一般来说，金属材料的氧化过程会随其温度的提高而加速。2.3 常用材料的性能要求 2.3.1 常用材料的化学性能要求第43页/共6

25、5页2.3.2 常用材料的力学性能要求常用材料的力学性能要求机械零件和部件，在使用过程中都要受到不同性质的外力作用，都会使机器零件和构件发生变形或破坏。材料抵抗外力作用的能力，叫做力学性能，它包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度等。（1）足够的强度 强度是指材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。抵抗能力越大，材料的强度越高。根据载荷性质的不同，强度可分为抗拉、抗压、抗剪、抗扭和抗弯强度等。2.3 常用材料的性能要求 2.3.2 常用材料的力学性能要求第44页/共65页（2）良好的塑性 材料在外力的作用下，产生塑性变形而不破坏的能力称塑性。一般用拉伸试样的伸长率和断面收缩率来衡量。如果材料能发生

26、较大的塑性变形而不破坏，则称材料的塑性好。材料具有一定的塑性，不致因稍有超载而突然破断，这就增加了材料使用的安全可靠性。2.3 常用材料的性能要求 2.3.2 常用材料的力学性能要求第45页/共65页（3）较高的硬度 硬度通常指材料抵抗其他更硬物体压人其表面的能力。它是表示材料坚硬程度的机械性能指标。（4）良好的冲击韧性金属材料在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷。许多机器零件不仅要具有足够的静载荷强度，还必须具有足够抵抗冲击载荷的能力。材料的冲击韧性随温度的降低而减小。2.3 常用材料的性能要求 2.3.2 常用材料的力学性能要求第46页/共6

27、5页（5）可靠的疲劳强度 机械零件在交变应力作用下，经过较长时间的工作发生突然断裂，这种现象称为金属的疲劳。金属材料在无限多次交变载荷作用下，而不致断裂的最大应力称疲劳强度，或称疲劳极限。由于金属的疲劳断裂是突然发生的，因此具有很大的危险性，常易造成严重事故。零件的结构形状、表面粗糙度等都影响机件的疲劳强度。2.3 常用材料的性能要求 2.3.2 常用材料的力学性能要求第47页/共65页2.4 设备材料的腐蚀与防护设备材料的腐蚀与防护 腐蚀是指材料在环境的作用下引起的破坏或变质的现象。金属的腐蚀主要是由化学或电化学作用所引起的。对于非金属材料而言，破坏往往是由于直接的光、热、化学介质的化学作用

28、或物理作用（如氧化、裂解、溶解、溶胀等）引起的。单纯的机械破坏并不属于腐蚀的范畴。2.4 设备材料的腐蚀与防护第48页/共65页2.4.1 金属的腐蚀金属的腐蚀 依据腐蚀机理分类，分为化学腐蚀和电化学腐蚀（1）化学腐蚀）化学腐蚀其它物质与金属发生化学反应，腐蚀在金属的表面上，腐蚀过程没有电流的产生。例如钢铁的高温氧化、银在碘蒸气中的变化等。2.4设备材料的腐蚀与防护 2.4.1 金属的腐蚀第49页/共65页高温氧化高温氧化指金属和环境中的氧（或氧化性气体）化合形成金属氧化物。结果在表面上形成一层氧化物固相膜，金属表面上的氧化膜阻隔了金属与介质之间的物质传递，将减慢金属继续氧化的速度。只有所生成

29、的膜是致密、完整的，能把金属表面全部遮盖住，才能具有良好的保护作用。2.4设备材料的腐蚀与防护 2.4.1 金属的腐蚀第50页/共65页钢铁脱碳钢铁脱碳脱碳是指在腐蚀过程中，除了生成氧化皮以外，与氧化皮层相连的内层发生渗碳体减少的现象，这是由于渗碳体Fe3C与介质中的氧、氢、二氧化碳、水等作用的结果。其反应如下：Fe3C+O2 3Fe+CO2 Fe3C+CO2 3Fe+2CO Fe3C+H2O 3Fe+CO+H2 2.4设备材料的腐蚀与防护 2.4.1 金属的腐蚀第51页/共65页脱碳作用生成气体，使表面膜的完整性受到破坏，从而降低了膜的保护作用，加快了腐蚀的进行，同时，由于碳钢表面渗碳体减少

30、，使表面层的硬度和强度都大幅度下降，降低了零件的耐磨性、疲劳极限，从而降低了设备或零件的使用寿命。2.4设备材料的腐蚀与防护 2.4.1 金属的腐蚀第52页/共65页氢蚀氢蚀在合成氨、合成甲醇、加氢及其他一些精细化工工业中，常常遇到在高温高压氢环境中，氢气在温度高于200300，压力高于30.4MPa时，使钢剧烈脆化，这就叫氢蚀。Fe3 C+2H2 3Fe+CH4 生成了甲烷，产生脱碳，使晶体产生裂纹，内部出现龟裂，而在表面则出现许多鼓泡，这就使钢韧性降低。降低钢的含碳量或加入铬、钛、钼、钨、钒等合金元素，形成稳定的碳化物，能提高抗氢蚀能力。2.4设备材料的腐蚀与防护 2.4.1 金属的腐蚀第

31、53页/共65页（2）电化学腐蚀）电化学腐蚀在电解质溶液中，同一金属表面各部分的电位不同或者两种以及两种以上金属接触时都可能构成腐蚀电池，从而造成电化学腐蚀。电化学腐蚀的特点是在腐蚀过程中有电流产生，金属在各种酸、碱、盐溶液及工业用水中的腐蚀，都属于电化学腐蚀。电化学腐蚀是金属在自然环境和工业生产中的主要腐蚀形式。2.4设备材料的腐蚀与防护 2.4.1 金属的腐蚀第54页/共65页丹尼尔原电池：（-）Zn l ZnS04（水溶液）II CuS04（水溶液）I Cu(+)“I”表示有界面电位存在，“II”表示盐桥。当用导线将铜片、锌片和电流表、负载串联起来接通时，即有电流通过。锌，发生氧化反应：

32、Zn Zn2+2e 铜，发生还原反应：Cu2+2e Cu腐蚀电池：原电池的两个电极短路而不经过负载，不对外做功称为腐蚀原电池或腐蚀电池2.4设备材料的腐蚀与防护 2.4.1 金属的腐蚀第55页/共65页宏观腐蚀电池：异种金属接触电池、同一金属不同部位与不同浓度介质相接触、浸入电解质溶液中的金属因处于不同温度的区域而形成的温差腐蚀电池。它常发生在热交换器、浸式加热器、锅炉及其他类似的设备中。微观腐蚀电池：用肉眼难以分辨出电极的极性，但金属表面存在电位和电流密度分布不均匀性，导致氧化-还原反应发生。不均匀性主要有：化学成分、组织结构、物理状态和表面膜不完整。2.4设备材料的腐蚀与防护 2.4.1

33、金属的腐蚀第56页/共65页（3）腐蚀的形态）腐蚀的形态按照破坏的形态可分为均匀腐蚀和局部腐蚀，而局部腐蚀又可分为点蚀、晶间腐蚀、剥蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀断裂、腐蚀疲劳等：2.4设备材料的腐蚀与防护 2.4.1 金属的腐蚀第57页/共65页2.4.2 非金属的腐蚀非金属的腐蚀非金属材料（无机非金属材料、有机材料）的腐蚀破坏通常为纯化学作用和物理作用。例如，塑料的氧化和水解腐蚀均为化学变化，紫外线辐照引起的老化，也是一种氧化过程；陶瓷材料的腐蚀破坏通常也是由于化学的或物理的因素所致，并非电化学过程引起的。2.4 设备材料的腐蚀与防护 2.4.2 非金属的腐蚀第58页/共65页2.4.3

34、 精细化工设备的防护精细化工设备的防护精细化工设备的腐蚀是个普遍的问题，由于设备的腐蚀，每年要消耗大量金属，甚至引起严重事故，其损失更是无法估计。因此，对精细化工设备的防腐蚀问题必须有足够的重视。在实际生产过程中，根据不同的条件采用的防护技术也是多种多样的，常用的是以下几类防护技术：2.4 设备材料的腐蚀与防护 2.4.3 精细化工设备的防护第59页/共65页（1）合理选材）合理选材根据不同介质和使用条件，选用合适的金属材料。氧化性酸：选用在氧化性介质中易形成良好的氧化膜的材料，如不锈钢、铝、钛等材料。还原性酸：选用非金属材料。泵是流体输送机械，选用铸造性能和抗磨损性良好的材料；高温炉则要求材

35、料具有良好的耐热性能。2.4 设备材料的腐蚀与防护 2.4.3 精细化工设备的防护第60页/共65页（2）介质处理）介质处理 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、改变介质的湿度等。（3）阴极保护）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，或牺牲阳极保护（锌、铝、镁）2.4 设备材料的腐蚀与防护 2.4.3 精细化工设备的防护第61页/共65页2.4 设备材料的腐蚀与防护 2.4.3 精细化工设备的防护第62页/共65页（4）阳极保护）阳极保护对于钝化溶液和易钝化的金属组成的腐蚀体系，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。不能使金属表面钝化并保持钝化状态的不能用此法。2.4 设备材料的腐蚀与防护 2.4.3 精细化工设备的防护第63页/共65页（5）添加缓蚀剂）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。（6）表面覆盖层）表面覆盖层向金属表面喷涂镀一层耐腐蚀性较好的腐蚀的物质以保护金属。如镀铬隔绝空气；涂含锌涂料牺牲阳极保护。2.4 设备材料的腐蚀与防护 2.4.3 精细化工设备的防护第64页/共65页感谢您的观看！第65页/共65页