第11章防腐蝕設計

設計是設備制造過程的第一個環節，也是最重要的環節。防腐蝕設計包括:1、耐蝕材料選擇(主體設備材料、零部件材料、覆層材料)2、防腐蝕結構設計3、防腐蝕工藝流程設計4、防護方法的選擇11.1金屬材料的正確選擇11.1.1正確選材的基本原則選材一般步驟：（1）查閱有關資料,手冊,書籍,數據庫,專家系統，參考前人工作,數據和經驗積累；（2）實地調查,科學分析,為選材提供第一手資料；（3）必要的實驗,當現有數據資料不足,要設計實驗,如現場掛片試驗、模擬生產實驗、實驗室掛片、各種方法的腐蝕速率測量及各類局部腐蝕的評價。一、設備

（1）設備的用途（2）加工要求和加工量（3）設備在整個裝置中所占的地位，以及各設備之間的相互影響（4）是否易于檢查、修理或更換（5）計劃的使用壽命二、腐蝕環境（1）介質的種類、濃度、溫度、壓力、流速、充氣情況等（2）原料和工藝水中的雜質；設備局部區域(如縫隙、死角)內介質的濃縮、雜質的富集、以及可能的局部過熱或局部溫度偏低；介質條件變化的幅度等。

三、腐蝕影響(1)可能發生的腐蝕類型(2)對全面腐蝕有良好耐蝕性的材料，如不銹鋼，要特別注意可能發生的局部腐蝕問題。(3)腐蝕破壞的后果選材圖I

0Cr13,1Cr18Ni9,Ti…IICr18Ni12MoTi,0Cr18Ni9III0Cr18Ni9,Cr18Ni12Mo3TiIVTi,Cr35Ni,鋯，高硅鐵VCr18Ni11Si4AlTi,Ti,高純鋁選材0102030405060708090100硫酸%溫400度oC350

250200150100

50

Dur高硅鐵D－20Durimet20合金C2高鎳鉬合金C3高鎳相鉻合金線Dur曲點沸

pbDur

pbC2Dur

c2

Dur

C3pbC2C3D-20Dur

DurD-20C2C3pbC2C3D-20DurFepbD-20C2C3Dur除pb以外其他合金硫酸的簡單選材圖(按腐蝕速度?20mpy)選材在此區沸點下不可使用哈氏合金B及D奈爾遜(Nelson)制作的硫酸20406080100103.5H?so?%溫600度oC500

400300200100

沸點曲線10123458976材圖按腐蝕速度不于20(mpy)選材Nelson硫酸選材圖中各區合用的材料(包括金屬,非金屬)

1區10%鋁青銅(不含空氣)，IlliumG鎳鉻（銅鐵鐵)合金。哈氏合金B及D、Durimet20合金、Worthile鐵鎳鉻合金、鉛,銅(不含空氣）瀠乃爾合（不含空氣）、鉭、金、鉑、銀、鋯、Nilonel鎳鐵鉻合金、鎢、鉬,3.6型不銹鋼鐵(充氣，濃度到10%)。玻璃，酚醛（石棉)塑料，橡膠（到時170oF止）、不透性石墨2區高硅鐵，哈氏合金B及D.Durimet20合金(到150oF止),鉛,銅(不含空氣),Worthite鐵鎳鉻合金(到150oF止)，蒙乃爾合金(不含空氣)10%鋁青銅(不含空氣).鎳鑄鐵(20%以下75oF)鉭,金,銀,鉑,鋯,Nionel鎳鐵笱合金，鎢,鉬,316型不銹鋼(含空氣，75oF,到25%)玻璃，酚醛(石棉)，塑料，橡膠(到170oF止)不透性石墨3區高硅鐵，哈氏合金B及D,Durimet20合金(到150oF止)，鉛,Worthile鐵鎳鉻保金.蒙乃爾合金(不含空氣)，鉭,金,鉑,鋯,鉬,玻璃,不透性石墨4區鋼、高硅鐵、哈氏合金B及D.鉛(到96%濃度),Durimet20合金,Worthite鐵鎳鉻合金，鎳鑄鐵,316型不銹鋼(濃度80%以上)，鉭,金,鉑,鋯,玻璃，不透性石墨(濃度96%以下)5區高硅鐵，哈氏合金B及D,Durimet20合金(到150oF止)，Worthite鐵鎳鉻合金(到150oF止)鉛(至175oF及96%)濃度.鉭,金,鉑,玻璃，不透性石墨(到175oF,濃度96%)6區高硅鐵，哈氏合金B及D(腐蝕速度20-50mpy),鉭,金,鉑,玻璃7區高硅鐵,鉭,金,鉑,玻璃8區鋼,18-8型不銹鋼，Durimet20合金,Worthite鐵鎳鉻合金,哈氏合金c,金,鉑,玻璃9區18-8型不銹鋼,Durimet20合金,Worthite鐵鎳鉻合金,金鉑,玻璃10金.鉑.玻璃常見的一些選材實例堿溶液——鎳和鎳合金硝酸——不銹鋼濃硫酸——碳鋼稀硫酸——鉛氫氟酸——Monel（蒙乃爾）合金Ni63

Cu30

Fe2.5

鹽酸——Hastelloy(哈氏）合金Ni59Cr15Mo16W4Fe5未污染大氣——鋁還原性和非污染溶液——銅氧化性溶液——含鉻的合金強氧化性溶液——鈦11.2結構設計

腐蝕控制對結構設計的一般要求（1）設備的結構應盡可能簡單，減少腐蝕電池形成的機會。（2）從防腐蝕角度看，整體結構比分段結構好。（3）設備的表面狀態應當均勻、平滑、清潔，突出的緊固件的數目愈少愈好。（4）結構上應盡量避免縫隙、死角、坑洼、液體停滯、應力集中、局部過熱等不均勻因素。（5）注意材料的相容性和設備之間的相互腐蝕性影響。（6）采用覆蓋層保護的設備(如襯里設備)有要足夠的強度和剛度，使用中不能變形。（7）幾何結構應方便設備清洗，維修和防腐蝕施工。盡量集中附件、簡化主體設計不良良入孔安全閥排出管排出管入孔安全閥表面;應簡單、平滑、清潔，避免尖角和切痕。焊縫應整理和打磨，除去凹出物，填充孔隙，突出的緊固件愈少愈好尖角粗糙雪痕圓角平滑[不良][良][I不良（焊接缺陷）][良][良（磨去凸出物][良（填充孔隙）][最好][較好]設備結構應考慮表面清理、防腐蝕施工、檢查和維修的需要HH/3HH/3不良良不良良管道油漆刷噴砂清理表面

防腐蝕設計的若干細則（8）（1）排液—防止液體停滯

金屬結構和設備的外形應避免積水，減少易積水的間隙，凹槽和坑洼；貯罐和容器的內部形狀應有利于液體排放；管道系統內部要流線化，使流動順暢；立式熱交換器的上端管束應與管板平齊，臥式熱交換器最好向出口端稍傾斜，以避免殘留液體；不要使用容易吸收水分和液體介質的絕緣、隔熱、包裝材料。排液不良（聚積沉淀）不良（液體停滯）良（臥式容器向出口傾斜）貯罐和容器應有利于排液排液立式熱交換器上端管束應與管板平齊不良（液體殘苒）良（2）消除溫度不均和濃度不均避免局部過熱：被焊組件的厚度不要相差很大；加熱盤管最好安裝在容器中心，不要緊靠器壁；和高溫氣體接觸的設備，要避免局部地區溫度偏低，即避免“冷點”。消除濕度不

均和濃度不均熱景影響區薄壁不良薄壁良（原厚度）不良良（對接焊）避免焊接中產生局部過熱消除溫度不

均和濃度不均蛇管加熱（置于容器中心）夾套加熱（復蓋面應大）加熱方式對器壁溫差的影響消除溫度不

均和濃度不均避免高溫設備對周圍色構件的熱影響熱管線熱構件鞍座不良（接處局部過熱）執管線冷構件冷空氣流通良（減少接角面）石棉熱管最好冷構件消除溫度不

均和濃度不均不良（鋼支柱散熱）良（避免形成冷凝液）保溫時避免形成“冷點“熱氣體冷凝液隔熱材料熱氣體消除溫度不

均和濃度不均冷凝液引起腐蝕及設計改進440℃560℃440℃560℃通測壓管穿孔通測壓管穿孔（冷凝液含Hce)通測壓管放液口放液口通測壓管烯烴氧化脫氫反應器混合氣進口烯烴，O?HCL,H?O消除溫度不

均和濃度不均轉化管的結構改進原料氣入口轉化氣出口裂紋(b)熱底式原料氣入口轉化氣出口(a)冷底式?Mo鋼HK4o形成冷凝液消除濃度不均：為了使溶液中各部分的濃度和充氣情況趨向均勻，在必要時應設置攪拌裝置；在向容器中加入濃液時，加入管最好安裝在容器中心；管殼式熱交換器的氣液交界面是腐蝕嚴重的部位，這里容易造成有害成分濃縮、溫度不均勻、高速氣流沖刷。如有可能，提高液面使管束完全浸沒，是保護管束的有效措施。消除溫度不

均和濃度不均濃溶液的進口管應安裝在容器中心不良良（避免濃度不均）稀溶液稀溶液濃溶液濃溶液局部濃度高濃溶液消除溫度不

均和濃度不均通氣管或安全閥良（液體飛濺小）不良（液體飛濺，使器壁積聚凝液和污垢）加液管插入容器中心減少飛濺消除溫度不

均和濃度不均冷卻水折流板增加排氣管使水人部充滿上部氣相空間避免了于濕交替和氯離子濃縮常開閥排氣管立式不銹鋼水冷器的結構改進消除溫度不

均和濃度不均合成氨氣體再沸器的結構改進氣體進口（低溫變換氣~167°C）換熱管：1Cr18N97i原結構溶液進口(熱鉀堿溶液）115~118°C石棉繩氣體進口溶液出口改進后的結構（提高液面，使管束完全浸沒）（3）避免(或減少)電偶腐蝕影響

用絕緣材料把異金屬部件隔離；降低異金屬部件之間的電位差異；降低電偶對結合處環境的腐蝕性，保持干燥；增加異金屬部件在溶液中的距離(不要靠得太近)，使腐蝕電池溶液通路的電阻增加；用非金屬涂料層把異金屬部件涂復，最常用的是油漆涂料。但要注意不僅涂復陽極性部件，陰極部件也要涂復。材料相容性用絕緣的方法防止電偶腐蝕絕緣墊片表銅軸承架鋼軸四氟乙烽軸套絕緣墊片絕緣套管管道閥材料相容性用封閉的方法防止電偶腐蝕封閉（包括焊縫）封閉鋁填角鋼鋁鋁不銹鋼澆注包封化合物材料相容性冷凝液鋁銅不良完全封閉鋁銅良上層結構（鋁）螺釘（不銹鋼）潮濕的一邊支柱（鋼）平臺措施：（1）電偶結合鄣的位置距平臺（可能積水）不低于15CM（2）在潮濕的一邊結合部向下材料相容性碳鋼涂料層不銹鋼碳鋼[不良]涂料層[良][最好]全部用碳鋼一不銹鋼復合板出口牛奶桶（316型不銹鋼）碳鋼，內表面涂漆碳鋼漆膜孔隙內發生腐蝕造成穿孔。避免涂漆造成小陽極大陰極的電偶腐蝕電池材料相容性電纜銅合金管線鋁電纜道不良良銅排液管承液槽排液管鋁通道材料相容性較厚的陽極性部件起陰極保護作用不銹鋼葉輪球鑄鐵泵殼（較厚）銅合金管束碳鋼外殼（足夠厚度）（4）避免縫隙

選擇適當的聯接方式，對于不可拆卸聯接，只要允許，應優先選用；當設計中縫隙不可以避免時，可以采取適當措施防止形成閉塞條件；固體懸浮物質的沉積是造成縫隙的另一個重要原因。為了防止固體物質沉積，在設計時應考慮澄清和過濾的設施；裝置停工時不要用易吸水材料包蓋設備；熱交換器管子和管板的連接方式對很多腐蝕問題都有重要影響。縫隙用焊接代替鉚接和螺紋聯接不良不良較好較好不良（螺紋聯接）良（釬焊）縫隙不良較好(角焊)最好(對接焊)不良(間斷焊)良(連續焊)選擇焊接工藝，避免縫隙縫隙不良（墊片空缺）良（墊片平齊）不良（墊片突出）良（墊片平齊）最好（“O”型密封圈）墊片的尺寸要適宜縫隙管板2.8mm?25.43.2mm容器壁支管熱電偶套管焊接部位適當加大熱電偶套管和支管管壁的間隙，避免液體停滯加大管子和管板的間隙增大間隙尺寸，消除閉塞自查報告條件縫隙貯罐貯罐裙邊工字鋼梁混凝土底座良混凝土底座貯罐的支承不良縫隙混凝土底座墊板，連續密封焊鞍形支座良最好混凝土底座水平容器的支承縫隙熱交換器管子和管的聯接背部深孔密封焊脹接常規型焊接絕熱環型焊接縫隙縫隙縫隙（5）減少沖刷(磨損)

改善流體的流動狀態，減少湍流和渦旋的形成；流速要適當。避免流動方向突然改變，以減小流體的沖擊作用。管道系統中流動截面積不要突然改變，以避免擾動流動狀態。減少氣體中夾帶的氣泡，懸浮固體物質，除去氣體和蒸氣中的冷凝液滴，可以大大降低液流和氣流對設備的磨損。沖刷避免流動方向突然變化d良不良最小3ddd最小長度3d最小半徑3d不良良良沖刷不良（螺紋聯接空穴）不良（墊片突出）不良（厚墊環）不良（接管突入容器）良（流線化）避免截面突然變化引起湍流沖刷從氣體中除去凝液，從液流除支空氣蒸汔發生囂貯氣罐凝液分離器氣動閥除氣器排氣閥液流除氣器泵沖刷過濾網液流澄清地泵發動機潤滑油罐過濾器除去液流中懸浮固體污物沖刷進液鉆孔板堰板泵補充液回流液隔板泵吸入管減少泵吸入管中夾帶的空氣沖刷避免流體的直接沖擊折流板可折防沖板高壓蒸汽液流泥漿泵出口平臺平臺腿可拆防沖板（6）相對位置

注意設備之間的相互影響，避免腐蝕液體泄漏，腐蝕性氣流，振動、高溫管道等造成的危害；裝置和設備的選址要考慮到風向、水流等環境條件帶來的腐蝕問題。相對位置注意設備之間的相互影響貯罐通風道吹風機蒸發器控制設備電氣設備（a）腐蝕液體泄漏（b）腐蝕性氣流相對位置注意設備之間的相互影響其他設備泵形成氣泡加強件（C）廢汽排放（D）振動相對位置選擇適當的位置十分重要主風向海水較好位置不好位置碼