材料设备的腐蚀、防护与保温.ppt

1,第 二 章 材料设备的腐蚀、防护与保温,2,2.1、材料设备的腐蚀与防护,概述腐蚀(Corrosion)是材料与它所处环境介质之间发生作用而引起材料的变质和破坏。金属材料与非金属材料都存在着腐蚀问题。致蚀的因素:化学和电化学作用能引起腐蚀，物理作用、生物作用及机械载荷。,3,腐蚀的危害,经济损失巨大直接经济损失和间接经济损失根据统计，腐蚀造成的直接经济损失约占国民经济生产总值的3一4.2。至于腐蚀所造成的间接经济损失更是远远超过其直接损失。2002年我国国民经济总值已超过100,000亿人民币，每年因腐蚀而引起的损失约4000亿。最近的报道，美国的总腐蚀损失为4400亿美元。资源和能源浪费严重据估计全世界每年冶炼的金属中，约有13由于腐蚀而报废引发灾难性事故造成环境污染,4,腐蚀对给排水工程的危害,管道腐蚀结垢管道通水能力下降管道腐蚀腐蚀产物进入水中影响水质（黑水、黄水等）管道腐蚀管壁变薄管道穿孔、或破裂漏水或爆管吊绳、钢丝绳腐蚀断裂事故,5,二、腐蚀与防护的基本原理,金属材料的腐蚀(按腐蚀机理分类)化学腐蚀(Chemical Corrosion)电化学腐蚀(Electrochemical Corrosion)微生物腐蚀(Microbial Corrosion)非金属材料的腐蚀,6,金属材料的腐蚀分类,1、化学腐蚀(Chemical Corrosion)化学腐蚀是指金属与腐蚀介质直接发生反应，在反应过程中没有电流产生。最重要的化学腐蚀形式是气体腐蚀，如金属的氧化过程或金属在高温下与SO2、水蒸气等的化学作用。,7,金属材料的腐蚀分类,2电化学腐蚀(Electrochemical Corrosion)电化学腐蚀是指金属与电解质溶液(大多数为水溶液)发生了电化学反应而发生的腐蚀。其特点是：在腐蚀过程中同时存在两个相对独立的反应过程阳极反应和阴极反应，在反应过程中伴有电流产生。电化学腐蚀是最常见的腐蚀形式，自然条件下、如潮湿大气、海水、土壤、地下水以及化工、冶金生产中绝大多数介质中金属的腐蚀通常具有电化学性质。一般来说，电化学腐蚀比化学腐蚀强烈得多，它所造成的危害和损失也是极为严重的。,8,金属材料的腐蚀分类,3.微生物腐蚀(Microbial Corrosion)微生物腐蚀指金属表面在某些微生物生命活动产物的影响下所发生的腐蚀。这类腐蚀很难单独进行，但它能为化学腐蚀、电化学腐蚀创造必要的条件，促进金属的腐蚀。微生物进行生命代谢活动时会产生各种化学物质。如含硫细菌在有氧条件下能使硫或硫化物氧化，反应最终将产生硫酸，这种细菌代谢活动所产生的酸会造成水泵等机械设备的严重腐蚀。,9,化学腐蚀的腐蚀产物在金属表面形成表面膜，表面膜的性质决定了化学腐蚀速度。氧化膜的作用：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。如果氧化膜致密完整，强度、塑性都较好、膜的膨胀系数与金属接近、膜与金属的亲和力较强等情况下，则有利于保护金属、降低腐蚀速度。,化学腐蚀-氧化膜的产生和作用,10,化学腐蚀,钢铁的气体腐蚀类型:高温氧化脱碳氢蚀铸铁肿胀,11,钢铁的气体腐蚀-高温氧化,570以下，生成的氧化物为Fe3O4和Fe2O3超过570时，在氧化膜内层生成FeO。高于800，表面上就开始形成多孔、疏松的“氧化皮”。,12,钢铁的气体腐蚀-脱碳,与氧化皮层相连的内层渗碳体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+1/2 O2 3Fe+COFe3C+CO2 3Fe+2 COFe3C+H2O 3Fe+CO+H2 危害：降低了膜的保护作用，加快了腐蚀的进行，Fe3C的减少将降低表面层的硬度、强度等，从而减少设备的使用寿命。,13,钢铁的气体腐蚀-氢蚀,氢蚀氢气在常温常压下对碳钢不会产生明显的作用。温度超过200300C，压力高于30.4MPa时，氢将对钢产生显著作用，使钢剧烈脆化，造成氢蚀。Fe3C+2H23Fe+CH4,14,钢铁的气体腐蚀-铸铁肿胀,铸铁肿胀铸铁的肿胀实际上是一种晶间气体腐蚀。腐蚀性气体沿晶界、石墨夹杂物和细微裂缝渗入到铸铁内部，发生氧化作用。由于氧化物的生成，铸铁体积变大，产生肿胀，其强度大大降低。,15,防止钢铁气体腐蚀的方法,合金化改善介质应用保护性覆盖层,16,电化学腐蚀的基本理论,(1)金属的电化学腐蚀及发生条件(2)极化(3)钝化(4)去极化,17,金属腐蚀的电化学理论,(1)金属的电化学腐蚀及发生条件金属的电化学腐蚀原理在本质上与铜一锌原电池是一样的。引起金属腐蚀的短路原电池，叫做腐蚀原电池。腐蚀原电池也包含：阳极反应、阴极反应、电子流动和离子传递 等4个基本过程，腐蚀原电池之所以会产生 腐蚀电流是因为构成原 电池的两个电极具有不同 的电极电位。,18,通常规定电位较低的电极为阳极(Anode)，电位较高的电极为阴极(Cathode)。,19,电化学腐蚀原理,20,（1）阳极过程金属溶解并以离子形式进入溶液，同时把当量的电子留在金属中：,（2）阴极过程从阳极迁移过来的电子被电解质溶液中能吸收电子的物质D所接受：,铁在水溶液中析氢腐蚀过程如图3.2.2所示。,水,阳极过程,阴极过程,21,形成腐蚀电池的原因,金属方面 环境方面 成分不均匀 金属离子浓度差异 组织结构不均匀 氧含量的差异表面状态不均匀 温度差异应力和形变不均匀热处理差异,22,腐蚀电池形成原因举例,(a)不同金属组合(b)金属中含杂项 表面状态不同,（d）应力及形变差异（e）氧浓度差异（f）金属离子浓度差异,渗碳体,铝,钢,铁,新管道,新管道,应力集中,砂土,粘土,铜,铜,表面状态不同,缝内Cu2+浓度比缝外高,23,电位(E)pH图,要想避免铁的腐蚀，其状态点就不能落入腐蚀区，可采取以下几种措施：1)将铁的电极电位降至非腐蚀区。这就要对铁施行阴极保护。2)将铁的电极电位升高，进入钝化区。这可使用阳极保护法或在溶液中添加阳极型缓蚀剂来实现。3)调整溶液PH值范围使PH813，可使铁进入钝化区。,金属、金属离子及金属氧化物或氢氧化物在水中的氧化一还原电位(E)与溶液的pH值图,24,金属腐蚀的电化学理论,（2）极化极化是电流通过电极，阴极电位减小，阳极电位增大，减小了电池两极之间的电位差，降低金属腐蚀速度。电流流过阴极使阴极电位降低的现象，称为阴极极化。活化极化：电化学反应迟缓造成；浓差极化：电极反应物（或反应生成物）输运迟缓造成；电阻极化：在电极表面上生成了具有保护作用的氧化膜或不溶性的腐蚀产物等引起的。,25,金属腐蚀的电化学理论,(3)钝化钝化就是金属与介质作用后失去其化学活性，变得更为稳定的现象。钝化能极大地提高金属的耐蚀性。使金属发生钝化的物质称为钝化剂。硝酸、硝酸银、重铬酸钾、高锰酸钾以及氧等氧化剂都属于钝化剂。有些金属在非氧化性介质中也会发生钝化。,26,金属腐蚀的电化学理论,(4)去极化电化学腐蚀中金属的阳极溶解与介质中氧化剂的还原是一对共扼反应。促进或抑制阴极过程，便可以促进或抑制金属的阳极溶解。电化学腐蚀的阴极过程是溶液中各种氧化剂(去极化剂)在腐蚀电池阴极上被还原的过程。在阴极过程反应中，最常遇到的是氢离子的还原和氧分子的还原。,27,1)氢去极化腐蚀（析氢腐蚀）以氢离子还原反应为阴极过程的腐蚀称为氢去极化腐蚀，简称析氢腐蚀。在PH7的中性溶液中，氢的平衡电极电位为-0.413V，电极电位比-0.413V更负的金属便可能发生析氢腐蚀。一般负电性金属在非氧化性酸和氧化性较弱的酸中都属于析氢腐蚀。影响氢去极化腐蚀的主要因素：金属材料的性状PH值减小，氢离子浓度增大，加速金属的腐蚀。阴极区的面积增加，阴极极化率降低，腐蚀速度增大。腐蚀速度随温度的升高而增大。,28,2)氧去极化腐蚀（吸氧腐蚀）腐蚀去极化剂是氧分子，这类腐蚀称为氧去极化腐蚀，简称吸氧腐蚀。只有当金属的电极电位较氧电极的平衡电位为负时，才有可能发生吸氧腐蚀。对PH7的中性水溶液，氧电极的平衡电位为0.804v。对于那些电极电位低于0.804v的金属，使有可能发生吸氧腐蚀。氧去极化腐蚀的范围要比氢去极化腐蚀的范围大。大多数金属和合金在中性和碱性溶液中，以及少数正电性金属在有溶解氧的酸性溶液中的腐蚀都属于吸氧腐蚀。,29,30,2)氧去极化腐蚀（吸氧腐蚀）(续)影响氧去极化腐蚀的主要因素：氧去极化腐蚀的速度随阳极材料电极电位的降低而增大。一定范围内，随溶解氧浓度增大，腐蚀速度随之增大。一定条件下，溶液流速越大，腐蚀速度也就越大。随盐浓度的增大，溶液的电导率增大，腐蚀速度将有所提高。在一定温度范围内，随温度升高腐蚀速度加快。,31,析氢腐蚀与吸氧腐蚀,32,The mechanism of rust formation.Oxidation of the iron occurs at a point of out of contact with the oxygen of the air,and the surface of the metal acts as an anode in a tiny galvanic cell.Further oxidation of Fe2+to Fe3+results in the deposition of rust on the surface.,金属锈蚀,33,金属的微生物腐蚀,微生物腐蚀：由于介质中存在着某些微生物而使金属的腐蚀过程加速的现象，也简称细菌腐蚀。并非微生物本身对金属的腐蚀，而是它们生命活动的结果直接或间接地对金属腐蚀过程产生影响。微生物的影响：代谢产物具有腐蚀作用。如硫酸、有机酸和硫化物。改变环境介质条件。如：pH值、溶解氧等。影响电极极化过程。破坏非金属保护覆盖层或缓蚀剂的稳定性,34,常见的细菌腐蚀：厌氧性细菌腐蚀：硫酸盐还原菌（SRB），使硫酸盐还原成硫化物，生成硫化氢，进而与铁反应形成硫化铁，加速了钢铁的腐蚀。好氧性细菌的腐蚀：如硫氧化菌、铁细菌、硫代硫酸盐氧化菌等。以硫氧化菌为例，它将硫和含硫化合物氧化成硫酸，造成腐蚀性极强的环境，导致材料的快速腐蚀。厌氧与好氧联合作用下的腐蚀：两类细菌的腐蚀与繁衍相辅相成，更加速了金属的腐蚀。细菌联合作用腐蚀的情况很普遍。,35,细菌腐蚀的控制使用杀菌剂或抑菌剂：根据细菌种类及介质选择高效、低毒和无腐蚀性的药剂。改变环境条件：提高介质的pH值及温度（pH9.0，温度T50）、排泄积水、改善通气条件、减少有机物营养源等。覆盖防护层：采用涂覆非金属覆盖层或金属镀层使构件表面光滑、在有机涂层中加入适量杀菌剂等方法。阴极保护：阴极保护使构件表面附近形成碱性环境，抑制细菌活动。,36,腐蚀形态,1全面腐蚀(General Corrosion)或均匀腐蚀(Uniform Corrosion)2局部腐蚀(Localized Corrosion),按形态分类,全面腐蚀,局部腐蚀,电偶腐蚀,小孔腐蚀,缝隙腐蚀,晶间腐蚀,选择腐蚀,37,全面腐蚀(General Corrosion),全面腐蚀：腐蚀分布在整个金属表面，使得金属构件截面尺寸减小，直至完全破坏。水工艺设备发生的腐蚀多属于这种情况，均匀腐蚀的程度可以用腐蚀率来表示。常用两种单位，一是单位时间内，单位表面积上损失的重量，以g/(m2h)计；一是单位时间内腐蚀的平均厚度，以mm年计。,38,局部腐蚀(Localized Corrosion),局部腐蚀：局部腐蚀是指金属表面局部区域的腐蚀破坏比其余表面大得多，从而形成坑洼、沟槽、分层、穿孔、破裂等破坏形态。局部腐蚀是设备腐蚀破坏的一种重要形式。局部腐蚀的破坏形态较多、对金属结构的危害性也比全面腐蚀大得多。,39,局部腐蚀,(1)电偶腐蚀两种金属在同一介质中接触，由于腐蚀电位不相等，因而它们之间便有电偶电流流动，使电位较低的金属溶解速度增加，造成接触处的局部腐蚀；而电位较高的金属，溶解速度反而减小，这就是电偶腐蚀，亦称接触腐蚀或双金属腐蚀。,40,镀锌的,41,局部腐蚀,2)小孔腐蚀 在金属表面局部地区出现向深处发展的腐蚀小孔，而其余地区不被腐蚀或者只有很轻微的腐蚀，这种腐蚀形态称为小孔腐蚀，简称孔蚀或点蚀。孔蚀是一种常见的局部腐蚀。孔蚀一旦形成，具有“深挖”的动力，可沿重力方向或横向加速进行，直全穿孔。,42,局部腐蚀,3)缝隙腐蚀 金属部件在介质中，由于金属与金属或金属与非金属之间形成特别小的缝隙，使缝隙内介质处于滞流状态引起缝内金属的加速腐蚀，这种局部腐蚀称为缝隙腐蚀。许多设备与金属构件，由于不合理的设计或加工等都会造成缝隙。如法兰连接面、螺母压紧面及焊缝等。,43,局部腐蚀,4)晶间腐蚀腐蚀沿着金属或合金的晶粒边界区域发展，而晶粒本体的腐蚀很轻微，称为晶间腐蚀。晶间腐蚀对构料的外表不产生明显改变，但使晶粒间的结合力大大削弱，严重时可使构料的强度完全丧失。不锈钢、镍基合金、铝合金、镁合金等部是对晶间腐蚀敏感的材料。,44,局部腐蚀,5)选择性腐蚀 多元合金在电解质溶液中，由于组元(或合金相)之间电化学性质的不均匀，而构成腐蚀电池，电位较正的组元为阴极，电位较负的组元成为阳极而被优先溶解，这类腐蚀称为选择性腐蚀。这类腐蚀的典型例证就是黄铜脱锌和灰口铸铁的石墨化腐蚀。,45,应力作用下的腐蚀,结构和零件的受力状态是多种多样的。不同应力状态与介质协同作用所造成的环境敏感断裂形式各不相同，因此可将它们分为：应力腐蚀开裂腐蚀疲劳磨损腐蚀,46,应力作用下的腐蚀,1)应力腐蚀开裂 材料在静应力和腐蚀介质共同作用下发生的脆性开裂破坏现象称为应力腐蚀开裂，简称应力腐蚀。应力腐蚀是危害最大的腐蚀形态之一。往往事先没有明显的预兆，常酿成灾难性事故。2)腐蚀疲劳 腐蚀介质和交变应力协同作用所引起的材料破坏的现象，称为腐蚀疲劳。,47,应力作用下的腐蚀,3)磨损腐蚀 流体介质与金属之间或金属零件间的相对运动，引起金属局部区域加速腐蚀破坏的现象称为磨损腐蚀，简称磨蚀。工作在水体等运动流体中的管道系统、推进系统，特别是弯头、三通、阀门、桨叶等常发生磨蚀破坏。根据介质的运动特征利构件的破坏特征，磨蚀又可分为湍流腐蚀、空泡腐蚀和摩振腐蚀，,48,3)磨损腐蚀,a)湍流腐蚀 在设备或部件的某些特定部位，介质流速急剧增大形成湍流，由此造成的腐蚀称为湍流腐蚀。遭受湍流腐蚀的金属表面，常呈现深谷或马蹄形的凹槽，一般按流体流动方向切入金属表面层。,49,（a）,（b）,（c）,（d）,湍流造成磨损腐蚀坑的机理 根据C。LOSS等，转引自Corrosion ProcessesP177,50,3)磨损腐蚀,b)空泡腐蚀 流体与金属构件作高速相对运动，在金属表面局部区域产生湍流，且伴随有气泡在金属表面生成和破灭，使金属呈现与孔蚀类似的破坏特征，这种腐蚀称为孔泡腐蚀，也称气蚀。空泡腐蚀常出现在高压水泵叶轮、水轮机叶片及船用搅拌桨等的后缘上。,51,（1）形成气泡（2）气泡破灭，膜破坏（3）重新成膜,（4）形成新气泡（5）气泡破灭，膜毁坏（6）重新成膜,空泡腐蚀各步骤示意图（根据 Henlee）,52,3)磨损腐蚀,c)摩振腐蚀 摩振腐蚀是指在加有载荷的互相紧密接触的两构件表面之间，由于微小振动和滑动，使接触面出现麻点或沟纹，并在其周围存在着损伤微粒(腐蚀产物)的腐蚀破坏现象，也叫微动腐蚀、磨损氧化。,53,冷焊,前,氧化颗粒,接触点,磨损 氧化理论,氧化物层,暴露的金属,氧化物颗粒,摩 振 腐 蚀 理 论 示 意 图,54,非金属材料的腐蚀,非金属材料与环境介质作用，性能发生蜕化，甚至完全丧失使用功能的现象，称为非金属材料的腐蚀。非金属材料的腐蚀主要是由物理作用和化学作用引起的，而不会发生电化学腐蚀。,55,非金属无机材料的腐蚀,在设备腐蚀防护方面涉及的耐蚀无机非金属材料，大多属于硅酸盐材料。SiO2：它具有很好的耐酸性，而耐碱性相对较差,56,非金属有机材料的腐蚀,物理腐蚀：高分子材料的物理腐蚀就是其在介 质中的溶解。化学腐蚀：水解反应、氧化反应、取代反应、交联反应微生物腐蚀应力腐蚀,57,关于钢筋混凝土管腐蚀的一个帖子,58,主要过程如下：（1）污水和废水中的有机和无机悬浮物随水流流动而逐渐沉积于管底成为粘泥层。粘泥层中的硫酸根离子被硫还原菌还原，生成硫化氢。（2）释放的硫化氢进入管道未充水的上部空间，与管壁相接触。（3）在管壁上，硫化氢由于生物化学的作用，氧化生成硫酸。（4）在生成的硫酸的不断作用下，管道上部混凝土被腐蚀。,混凝土管壁的生物腐蚀,59,设备腐蚀防护技术,60,设备腐蚀防护技术,1、腐蚀防护设计2、设备的电化学保护3、设备环境介质的控制4、内外表面处理防护方法,61,1、腐蚀防护设计,腐蚀防护设计:正确选材；防蚀方法的选择；防蚀结构设计；腐蚀强度设计；满足防蚀要求的加工方法选择,62,1、腐蚀防护设计,(1)防蚀结构设计主要原则：构件形状尽量简单、合理避免残留液和沉积物造成腐蚀防止电偶腐蚀防止缝隙腐蚀避免过度的湍流、涡流,63,防蚀结构设计,64,1、腐蚀防护设计,(2)防蚀强度设计防蚀强度设计中主要应考虑到材料的腐蚀裕量、局部腐蚀强度以及材料腐蚀强度变化等3个方面的因素。,65,2、设备的电化学保护,电化学保护是根据金属电化学腐蚀原理对金属设备进行保护的一种有效方法。由外电路向金属通入电子，以供去极化剂还原反应所需，从而使金属氧化反应(失电子反应)受到抑制。当金属氧化反应速度降低到零时，金属表面只发生去极化剂阴极反应。按照作用原理不同，电化学保护分为阴极保护阳极保护,66,设备的电化学保护-（1）、阴极保护,用一定的方法使被保护的金属设备发生阴极极化以减小或防止其腐蚀的方法称为阴极保护。实现阴极保护的方法通常是两种：外加电流的阴极保护牺牲阳极的阴极保护,67,外加电流的阴极保护,将被保护的金属设备与直流电源的负极相接,68,牺牲阳极的阴极保护,在被保护的金属设备上连接一个电位更负的金属，使被保护的金属发生阴极极化。,69,70,防护技术,两种阴极保护示意图,.外加电流保护法.箭头表示电流方向,.牺牲阳极保护法.箭头表示电流方向,直流电源,辅助阳极,腐蚀介质,被保护设备,埋地管道,牺牲阳极,地面,接线盒,71,恒电位仪&控制柜，广泛应用于金属管道，海洋钢结构设施，舰船，地下，水中通讯电缆以及电厂冷却系统，化工设备的腐蚀防护。,含铬高硅铸铁阳极是外加电流阴极保护系统理想的辅助阳极。广泛用于石油、天然气、化工厂、自来水公司等地下或水中金属构筑物的保护与防腐蚀。使用说明1.高硅铸铁阳极应安装在使保护电流分布均匀的地方。在土壤中使用时，应采用焦碳作填充料，焦碳最大粒径应小于15mm。2.高硅铸铁阳极与管道的距离在50300m之间。3.高硅铸铁阳极无论采用立式或卧式哪种形式安装，离地面距离不宜小于1m，立式阳极之间的距离一般为3m，卧式阳极一字型排列时，间隔0.31m。,外加电流产品,72,带状牺牲阳极 主要用途：用于高电阻率环境、套管内管道的保护、管道临时阴极保护、储罐及管网的保护、防强电干扰的接地栅。,镁合金牺牲阳极相对密度小，电极电位很负，极化率底，对铁的驱动电压大。因其具有很负的开路电位等性能，广泛地应用于土壤、海水、海泥及工业水环境中。,镯式牺牲阳极主要应用于水下和海底管道上，多以锌合金为材料，兼顾防腐蚀、配重和长寿命。,牺牲阳极产品,73,牺牲阳极阴极保护系统,74,两种阴极保护法的对比,外加电流阴极保护所需保护电流是由直流电源(如蓄电池、直流发电机、整流器等)提供的；牺牲阳极保护中所需保护电流是由牺牲阳极的溶解所提供的。牺牲阳极材料都是活泼的有色金属，常用的有锌、铝、镁。,75,两种阴极保护法的特点,牺牲阳极保护法安装简单，不需要直流电源，对周围设备的干扰小。但牺牲阳极消耗大，难以调节在最佳保护电位，且提供的电流较小。外加电流阴极保护法不消耗有色金属，可以提供较大的保护电流，对保护效果易于进行监测和控制，但需要直流电源，对保护系统要经常进行检查和管理，由于电流流过的范围宽，可能对周围其他金属设备产生杂散电流腐蚀。,76,设备的电化学保护-（2）、阳极保护,将被保护的金属设备进行阳极极化，使其由活化态转入钝化态，从而减轻或防止金属设备腐蚀的方法称为阳极保护。适用条件：适用于那些电位 正移时，金属设备在所处的 介质中有钝化行为的金属介 质体系。,77,钝化金属腐蚀率与溶液氧化能(腐蚀电位)的关系,78,阴极保护与阳极保护的应用区别：,理论上，任何金属都可实施阴极保护阳极保护只适用于具有钝化行为的金属设备，否则会加速腐蚀；,79,3、设备环境介质的控制,改变介质的腐蚀特性一般有两种途径：一种是控制现有介质中的有害成分，如介质的成分、浓度、pH值、湿度、压力、温度等等；一种是添加少量的物质降低介质中的腐蚀性（缓蚀剂防蚀法）。,80,方法一：控制溶液PH值,贵金属在强酸、强碱性介质中耐腐蚀 两性金属在强酸、强碱性介质中不耐腐蚀 其他金属在pH值大于10时，耐蚀性大幅度提高,81,方法二：缓蚀剂防蚀法,缓蚀剂是一种在很低的浓度下，能阻止或减缓金属在腐蚀性介质中腐速度的化学物质或复合物。用量极少有较好的防蚀效果不改变介质的其他化学性质不同的缓蚀剂只对特定的金属在特定的腐蚀介质中具有缓蚀作用。,82,4、内外表面处理防护方法,衬里如玻璃钢衬里、橡胶衬里等表面成膜 金属表面的原子层与某些特定介质的阴离子反应后，在金属表面生成的膜层称为转化膜涂层：有机材料（防腐涂料、沥青等）、水泥沙浆金属镀层和包覆层电镀化学镀渗镀浸镀热喷涂,83,给排水金属管道防腐蚀工程应用实例,84,管道防腐,外防腐内防腐,85,架空管道的防腐,1)架空管道外壁与大气接触部分广泛采用涂料防腐2)室内及通行地沟内明装管道，一般先涂刷两道红丹油性防锈漆或红丹酚醛防锈漆，外面再涂刷两道各色油性调和漆或各色磁漆。3)室外架空管道、半通行或不通行地沟内管道以及室内的冷水管道，应选用具有一定防潮耐水性能的涂料，其底漆可用红丹酚醛防锈漆、面漆可用各色酚醛磁漆、各色醇酚磁漆或沥青漆。,86,防锈漆 和 底漆,一般涂料按其所起的作用，可分为底漆和面漆，先用底漆打底，再用面漆罩面。防锈漆和底漆都能防锈，都可用于打底它们的区别是：底漆的颜料成分高，可以打磨，漆料着重在对物面的附着力，防锈漆的漆料偏重在满足耐水，耐碱等性能的要求。,87,钢铁的一般防腐工艺,钢铁 除油、除锈、清洁 涂底漆 干燥 涂面漆。,88,89,埋地钢管的防腐,埋地钢管外壁直接与土壤接触会产生腐蚀腐蚀的过程主要是电化学腐蚀.埋地钢管一般要求做防腐层。铺设在腐蚀性低及普通泥土中的管道，可采用正常防腐层，厂区直接理地管道，穿越河流、铁路、公路、山洞、盐碱沼泽地及靠近电气铁路等地段的管道，一般应采用加强防腐蚀层；铺设在腐蚀性高的泥土中或穿越电气铁路、电车轨道下面的管道，应采用特加强防腐层。,90,给水排水管道工程施工及验收规范,对钢管道水泥砂浆内防腐层作了规定埋地钢管道外防腐层构造规定,91,92,掌鸠河引水供水工程钢管水泥沙浆内防腐,掌鸠河引水供水工程总投资39.4亿元，是我国目前投资规模最大的城市供水项目，每年可向昆明市自流调水2.4亿立方米，使昆明城市供水能力翻一番。输水线路总长97.72公里，采用封闭管道，全封闭运行。包括首部联接段、输水隧洞、倒虹吸和沟埋管四个部分。其中，输水隧洞共16条，总长87公里，起点高程为2035米，落点高程为1950米。,93,掌鸩河引水供水配水管网工程钢管水泥砂浆内衬防腐,94,水泥沙浆喷涂防腐,95,水泥沙浆喷涂防腐,应用实例：掌鸠河DN1800钢管长10000米水泥砂浆内衬防腐、成都三环路DN2400钢管长5000米水泥砂浆内衬防腐、昆明北郊水厂Dn1600钢管长3600米水泥砂浆内衬防腐、滇池截污Dn1600钢管长4000米水泥砂浆内衬防腐等工程，,96,南京市江心洲污水处理厂钢管水泥砂浆内防腐施工,南京市江心洲污水处理厂厂内管道及出厂管道大部分采用钢管，管径5002200mm不等。内防腐就是用隔绝材料把钢管从管内与腐蚀介质隔绝，阻止二者形成腐蚀电池。该厂钢管内防腐选用聚醋酸乙烯水泥砂浆，施工方法分机械喷涂和人工抹压2种。,97,昆明车家壁龙门村 DN600 源水管刮管喷涂防腐工程,98,柳西水厂供水管道穿越河底工程,柳州市柳西水厂扩建工程的东线供水工程必须2 次穿过柳江河,本工程就是第1 次穿过柳江河底的供水管道工程。本工程设计管道直径为DN102412mm,采用螺旋焊缝双面埋弧焊接钢管,设计管长391.57 m。设计要求采用整管充水下沉方法埋设安装。1998 年元月18 日开工,1998 年4 月16 日竣工,实际施工期为88 d。,摘自潘明岩等，柳西水厂供水管道穿越河底工程设计与施工，广西交通科技，1 9 9 9 年12 月,99,柳西水厂供水管道穿越河底工程,防腐前,需要对管壁进行除锈处理,使用角磨机配圆盘砂轮将管道表面局部泥土、锈斑、油渍等污垢清除,使管道表面光洁干净,且需立即涂上一层STIC涂料,防止因除锈致使金属表面暴露过长产生新的锈斑而影响防腐质量。管道外壁防腐,设计采用“五油两布”加强防腐措施,设计总厚度640m,具体方法是:底层先涂2层强粘附力的STIC 9082 涂料。包第1 层玻璃布。涂第1 层STIC 9086。表干后再涂第2 层STIC 9086。包第2 层玻璃布。再涂第3 层STIC 9086,每层STIC 9086 涂料用量不低于0.2 Kg/m2(单层),100,1.厦门供水水管道 西起漳州九龙江北溪东桥取水泵站东至厦门水厂，内径2m，全长37Km碳素焊接管，外壁五油二布环氧煤沥青玻璃布加强级防腐层。设计保护电位-0.85V1.50V，保护期限30年，保护电流密度为0.5mA/m（30m段），分别使用锌阳极和镁阳极。施工期：1993年1995年。1996年验收，保护电位为-0.85V-1.5V，电位分布均匀，保护效果很好。,101,防腐涂料,102,引青(龙河)济秦(皇岛)东线扩建工程(冬季施工),钢管防腐冬季施工的主要困难是防冻。在焊接做煤油渗透试验检查合格后，做钢管内外防腐时采用防冻防腐涂料，内防腐采用8701饮水内防腐涂料，底漆2遍，面漆2遍。外防腐采用8703环氧煤沥青特强级做法，其构造为：底漆、面漆、玻璃布、面漆、面漆。总厚度大于6mm。管道防腐不应在早晨和傍晚温度低的时候进行，应选在中午时分进行，或在搭建的暖棚中进行。,103,昆明印染厂穿PE管修复管道工程,昆明印染厂供水管线内有一段DN300供水管结垢严重，由于管线位置特殊，无法进行换管或刮管喷涂处理，采用在原管线中内衬穿插一根高密度聚乙烯管的方法。实施方案：将一条外径为DN200，壁厚11.9mm(0.8MPa)的PE管通过牵引机拉入DN300铸管内，形成一条新的刚塑复合管中管。,104,设备的保温,105,设备的保温,热水供应系统中的加热设备、贮热设备、蒸汽管道、热水管道及某些凝结水管道都必须保温。保温良好的管网的热损失一般为总输送热量的5-8，保温结构费用约为管网成本的25-40,106,1、保温的目的,保温的目的 减少热损失，节能，降低总费用 满足热水用户的使用要求满足一定的劳动卫生条件，保障人身安全保护输送介质不被冻结防止管道结露,107,1、保温的目的,一般需设置保温的情况：1)当管道或设备外表面的温度50C时；2)要求介质温度保持稳定的管道和设备；3)为防止管道、设备中的介质冻结或结晶时；4)管道、设备内介质温度较高，需经常操作维护面又容易引起烫伤的部位5)寒冷地区敷设在地沟、吊顶、阁楼层以及室外架空的管道。,108,2、保温材料,对保温材料材料的要求：保温性能好，导热系数越小越好。有良好的耐温性。保温材料的容重要小，并有一定的孔隙率，保温材料应无毒，对金属无腐蚀作用，防火性能好吸水率低，易于制造成型价格便宜,109,膨胀珍珠岩,一种多孔的粒状物料，是以珍珠岩矿石为原料，经过破碎、分级、预热、高温熔烧瞬时急剧加热膨胀而成的一种轻质多功能绝热材料其特点为密度小，导热系数低，化学性稳定，使用温度范围宽，吸湿能力小，无毒无味，不腐蚀，不燃烧，吸音等，广泛用于墙体、屋面、吊顶。,110,膨胀蛭石,蛭石是一种层状结构的含镁的水铝硅酸盐次生变质矿物，因其受热失水膨胀时呈挠曲状，形态酷似水蛭，故称蛭石。蛭石按阶段性划分为蛭石原矿和膨胀蛭石。蛭石具有隔热、耐冻、抗菌、防火、吸水、吸声等优异性能，在8001000下焙烧0.51.0分钟，体积可迅速增大8-15倍，最高达30倍。膨胀后的比重50-200kg/m3，颜色变为金黄或银白色，生成一种质地疏松的膨胀蛭石。,111,复合硅酸盐（镁）系列,复合硅酸盐（镁）保温材料是一种固体基质联合的封闭微孔网状结构，静电型无机保温材料。由含铝、镁、硅酸盐的非金属矿质海泡石为基料，复合一定数量的辅助原料和填充料，再加入定量的化学添加剂制作而成。特点：具有耐高温、用料薄、造价省、无污染、寿命长、施工便捷等优点。广泛应用于石化、电力、化工、建筑、供热、采暖、空调、制冷等行业的冷热保温。,112,硅藻土,硅藻土是稀有非金属矿，是以古生物硅藻土遗骸为主的生物沉积岩，其化学成分主要是SiO2，结构为非晶体，硅藻土为多孔构造，有天然分子筛的美誉。因其特殊的构造，以硅藻土为原材料加工的产品堆密度小，比表面积大，吸附性好，耐酸，耐热。,硅藻土填料,硅藻土成品,113,PEF聚乙烯发泡塑料保温材料,聚乙烯保温材料是采用特殊工艺产品的，其泡孔为闭孔结构，其有隔热、保湿、防结露、抗抗老化等特性，广泛用于中央空调以及种类冷热质管道的隔热、保湿、保冷等。,114,聚胺脂泡沫保温材料,采用高功能聚醚多元醇和多次甲基多苯基多异氰酸酯为主要原料，在催化剂、发泡剂、表面活性剂等作用下，经化学反映发泡而成。容量轻、强度高、绝热、隔音、阻燃、耐寒、防腐、不吸水、施工简便快捷等优异特点。聚氨酯硬质泡沫塑料瓦（管）：用于室内外各种管道，中央空调管道、化工、医药等工业管道的保温、保冷。,115,橡塑发泡保温材料,密闭式发泡结构，导热系数小；具有优良的绝热效果，可节省能源消耗；密闭式气泡结构及致密的表皮使水汽不易透过，且吸水率低；产品富有柔软性，施工安装极为方便，省工省料；外观雅致清洁；适用温度范围广（-40至120）耐候性良好，经久实用；独特的阻燃配方，使材料具有优良的防火阻燃效果。,116,岩棉制品,岩棉制品是以玄武岩为主要原料，经高温熔融后，由高速离心设备制成无机纤维，然后制成岩棉板、岩棉管壳等不同产品。技术特征:1、保温性能、机加工性能、防火性能好。2、具有更好的化学稳定性及纤维耐久性。3、具有良好的吸音特性。应用：广泛应用于石油、化工冶金、纺织等工业锅炉及设备管道的保温，也用于建筑行业的隔墙、吊顶及内外墙的保温和吸音。,117,玻璃棉制品,以石英沙、长石、硅酸钠、硼酸等为主要原料，经高温熔化制得的小于2um的纤维棉状再经高温定型制造出各种形状、规格的制品。具有容重轻，吸音系数大，阻燃有极好的化学稳定性等特点。,118,泡沫石棉制品,泡沫石棉制品是将石板纤维经化学束细化，并使之成为浆状结构，再经过高温定型而成。具有不易老化、不变质、无毒无味、体轻、导热系数低等特点。并有施工方便、可任意裁剪、依型包托、不刺激皮肤、施工无损耗等优越性。本产品已广泛应用于电力、石化、建筑、采暖等行业的冷热保温。,119,120,国内管道保温的现状,目前使用的保温材料主要包括以下几种:1 泡沫型保温材料。泡沫型保温材料主要包括两大类:聚合物发泡型保温材料和泡沫石棉保温材料。聚合物发泡型保温材料具有吸湿率小,保温效果稳定,导热系数小,易于施工等特点,正处于推广应用时期。泡沫石棉保温材料也具有密度小,保温性能好和施工方便等特点,推广发展较为稳定,应用效果也较好。但同时也存在一些缺陷,例如:泡沫棉容易受潮,易在水中溶解,不能接触火焰和在穿墙管部位使用等。,121,122,国内管道保温的现状(续),2 复合硅酸盐保温材料。具有可塑性强,导热系数低,耐高温等特点。主要种类有硅酸镁、硅镁铝、稀土复合保温材料等。而近年出现的海泡石保温隔热材料是复合硅酸盐保温材料的佼佼者.3 硅酸钙绝热制品保温材料。在80 年代曾被公认为最好的块状硬质保温材料。其特点是密度小,耐热度高,导热系数小,抗压强度较高,收缩率小。但进入90 年代以来,其推广应用出现了低潮,主要原因是厂家采用纸浆纤维,由于纸浆纤维不耐高温,影响了保温材料的耐高温性和增加了破碎率。4 纤维质保温材料。在80 年代初市场上占有较大的份额,是因为其优异的防火性能和保温性能。但由于投资大,生产厂家不多,限制了它的推广应用,因而现有市场占有率较低。,123,国外管道保温的现状,国外大部分采用玻璃纤维制品,矿棉制品,发泡式合成橡胶制品,聚乙烯制品及硅酸钙。玻璃纤维制品成本最低,矿棉、硅酸钙使用温度范围较广可从20650。基本同国内差不多。,124,3、保温结构,管道和设备的保温结构一般由保温层和保护层两部分组成。常用的保温结构的形式：胶泥结构常用的胶泥结构有硅藻土、石棉粉等。预制装配式结构 常用预制块有矿渣棉、玻璃棉、岩棉、膨胀珍珠岩等。包扎结构 常用保温材料有矿渣棉毡、岩棉毡、玻璃棉毡、超细玻璃棉毡等。填充结构 采用钢筋或扁钢作支承环套在管道上，在支承环外面包镀锌铁丝网，中间填充散状保温材料如矿渣棉、岩棉、玻璃棉等。,125,126,防潮层及保护层,防潮层 地沟内保温管道的保温层外应设防潮层。在外保护层可以起到防水防潮的作用的情况下，可以不作单独的防水防潮层，但若外保护层的防水防潮效果不好时，必须单独作防水防潮处理。可以在绝热层和外保护层之间加几层塑料薄膜来防水。保护层保温管道或附件必须设置保护层。保护层可分为石棉水泥保护层、金属板保护层及油毡、玻璃丝布保护层等几种。,127,橡塑保温管道施工工艺,128,橡塑保温管道施工工艺,安装工具12的毛刷。圆规、卡钳、卡钢尺、刀片。长刀、介刀、锯刀、磨刀石、刀片。盛胶水的小罐或小桶。,129,橡塑保温管道施工工艺,直管的安装取一段合适长度的管材包在管道上，在开口管材的开口处涂上胶水、待胶水干化后，先粘接开口管材的两端，再粘合管材的中点，之后又由两段向中间粘合，直至全部封合。,130,橡塑保温管道施工工艺,小变径管选择与变径管最大直径一致的管材，并切取所需长度；测量，并在管材上做标记以保证管材修剪后小端管径与变径管最小直径一致；以管的开缝为始端沿着所做标记切出四块同样尺寸的楔型用胶水将切口粘合，只保留开口缝；待切口粘牢后，将管材套在变径管上，用胶水粘和接口，并与管道粘接。,131,橡塑保温管道施工工艺,大变径管量出变径管两头的管径并加上两倍板材厚度，得到最大、最小直径及 渐缩部分的高度。将量得的尺寸标在板材上，按如图所示方法作图。用相同厚度的RPEFLEX细条量出大管径端的周长，沿A、B、C、D切割；安装到变径管，用胶水粘和切面，并与两端直管粘牢。,132,橡塑保温管道施工工艺,直角弯头的安装原理：垂直切下一小块管材，放在管材上，记下管材的外径，并且在记号上画下它的切面，如图所示：沿A-B线切下一个45度的管面，颠倒一个管面，使其与管面的另一部分粘和即可。工序：取一段合适长度的管材，按所示原理从中间切开；在两个切面上涂上胶水，粘和成90度弯头；将弯头套在管道上；从两端向中间粘和管材的开口缝，直至封合。,133,橡塑保温管道施工工艺,大径管道的安装原理：在管材上切下一小段，用来做管材的直径标准。如图所示：在这两个圆切面的中间做一个圆切面，沿图所示的切线切下三段22.5的圆缺，将中间的圆缺旋转180就形成一个弯道，然后将这三段粘接起来即可。工序：将中间的圆缺反转180度；粘合这三部分就形成一个弯道；将弯道套在管道上，从两端向中间粘合弯道。,134,橡塑保温管道施工工艺,T型结构的安装取一段管材，错开管材开口处开一个与安装管相同直径的孔，形成一个T型接点；在孔上向开口管管缝开一条缝，便于安装；将管材安装在T型管的直管上，在开口缝处涂上胶水，粘合；另取一段与侧管直径一致的管材，在离管断口R处划一切线（R为管材半径）；在切线与断口之间做一U型切面；修剪切面；在切面及开口缝上涂上胶水；胶水干化后，将管材套在侧管上