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發布時間:2017-02-14 閱讀:2560

在整個化學清洗工程中,選擇和應用緩蝕劑是其中一個很重要的環節。它不僅直接影響到化學清洗的效果,更重要的是還會影響到鍋爐的安全和壽命,以及酸洗工程的成本。因此,必須給予十分認真的注意。在這里,我們把在應用緩蝕劑時必須注意的問題歸納成下面三個方面加以介紹。

一、正確選擇緩蝕劑

酸洗緩蝕劑的品種很多,使用時,必須根據清洗鍋爐的自然條件(如鍋爐的結構、材料的成分、垢的性質及組成等)和初步確定的工藝條件(酸的種類及濃度、清洗溫度、可能達到的最高流速以及要求達到的清洗水準等),選定在性能上能滿足或基本滿足要求的緩蝕劑。

酸性緩蝕劑的很多性能都是有一定的適用范圍和條件的,不是一成不變的。例如:緩蝕劑的緩蝕效率(這是緩蝕劑最重要的性能)是在某一固定實驗條件下,根據添加和不添加緩蝕劑時的腐蝕速率的相對比值求出來的。因此,一提到緩蝕效率就一定要注意是在什么體系(材料的牌號和成分,酸的種類和濃度)、什么條件(溫度、流速、緩蝕劑濃度)下得到的。商品酸洗緩蝕劑的說明書往往只給出一些緩蝕效率,而沒有同時給出求緩蝕效率的條件,這就要求酸洗工作者查清它們的實驗條件,并把它們的適用范圍同初步確定的工藝條件逐一對照,只有這樣才能保證緩蝕劑的實際效果。

小孔腐蝕和氫脆的發生更要引起酸洗工程人員的注意。確定某一緩蝕劑對某一鋼材有無小孔腐蝕現象發生,一定要在添加足量的Fe3+(一般為1000ppm左右)的條件下進行試驗。在Fe3+為零的酸溶液中觀察不到小孔并不等于在實際酸洗條件下不發生小孔腐蝕。因此,對于商品緩蝕劑說明書所介紹的情況必須結合實際情況進行審定。必要時,酸洗工程人員要進行一些小型試驗,以確定選用的緩蝕劑的各項性能是否滿足自己的要求。

在選用酸性緩蝕劑時,除了緩蝕效率、局部腐蝕的指標外,還要綜合考慮其他一些性能。例如,在人口密集的市區進行鍋爐清洗,就必須選用沒有特殊臭味、毒性盡可能低的緩蝕劑,以減少在酸洗過程中及酸洗后帶來的污染。

二、正確使用酸性緩蝕劑

當工藝條件和緩蝕劑確定之后,還有一個正確使用緩蝕劑的問題。否則即使是性能適宜的緩蝕劑,如果得不到正確的使用,同樣收不到良好的效果。

正確使用緩蝕劑主要表現在對酸洗條件的控制上。說得確切一點,就是根據工藝參數選定了合適的緩蝕劑之后,實際酸洗時就應該反過來根據緩蝕劑的性能限定酸洗工藝參數可能的變動范圍。例如,當確定酸洗是在5%HCl、50℃條件下進行,所選用的緩蝕劑在40~60℃、4~7%HCl中對碳鋼管的緩蝕效率為98~99%。那么,要保證確實收到98~99%的緩蝕效率,就必須保證在整個酸洗操作中,酸的濃度最高不得超過7%,溫度不得超過60℃。在正常的酸洗期間做到這一點并不十分困難。但是在進酸、配酸過程以及預加熱等這些操作中要嚴格做到這一點就不十分容易了。必須在工藝操作中采取一些必要的措施。還必須注意,在這里講“不得超過”不僅僅是指觀測點測量到的和取樣點分析得到的數據,而是指包括任何一個局部的整個酸洗系統和任何一瞬間都不超過規定的參數。

正確使用緩蝕劑的另一個重要的問題是緩蝕劑濃度。

緩蝕劑的任何性能都只有在緩蝕劑達到某一濃度以后才表現出來。因此,要保證緩蝕效果,就不僅只看多少噸酸液加了多少公斤緩蝕劑,更重要的是要看緩蝕劑的分配是否均勻。一定要避免某一局部緩蝕劑濃度偏高,另一些局部濃度又偏低的不均勻現象發生。緩蝕劑濃度往往是無法用化學方法測定的。其濃度的控制主要是從加入方式上加以保證。緩蝕劑的添加方式,應根據選用緩蝕劑性能的不同而異,可以預先加入到水中,也可以預先加入到濃酸中或在加酸的同時加入緩蝕劑。無論哪一種方式,都必須使緩蝕劑的加入速度同進入鍋爐的酸液成一定的比例。這樣,當整個鍋爐充滿酸液的同時,緩蝕劑也正好按規定量均勻地分配在整個酸洗系統中。緩蝕劑的加入可以用人工從酸箱口加入,也可以用計量泵同酸管并行注入到酸洗系統中。有條件的地方,采用后一種方式為好,這樣既能保證添加緩蝕劑的質量,又省工安全。

三、正確評定緩蝕劑

要想在實驗室鑒定緩蝕劑的緩蝕性能,必須建立能夠反映酸洗基本特征的試驗方法。這些方法對于酸洗工藝條件要盡可能的簡化和相對固定。而對于那些影響緩蝕劑性能的主要因素則要嚴格加以模擬。只有這樣得到的結果才具有工業應用的參考價值,F將幾個評定緩蝕劑的實驗方法介紹于下:

1.靜態腐蝕試驗方法

靜態腐蝕試驗方法是簡便易行而又十分重要的方法。它之所以重要,是因為這種方法能夠很好地反映出鍋爐酸洗時腐蝕過程的主要特征——氫去極化引起的腐蝕過程。在沒有添加緩蝕劑的酸洗液中,靜態試驗得到的腐蝕速率幾乎完全是由氫去極化引起的。添加緩蝕劑對這一腐蝕速率的改變,也就表明該緩蝕劑對氫去極化的腐蝕過程的抑制能力。

具體步驟如下:先選定進行試驗的樣品,樣品的化學成分和金相組織必須同酸洗的鍋爐材料一致。加工成適當的大小,一般為20×50毫米。用機械磨光或化學清洗的方法除去樣品上的銹層,以保證完全裸露出潔凈的金屬表面,再用200~400號砂紙仔細磨光,表面無明顯劃痕和小孔。把制備好的樣品用丙酮或無水酒精除去油污,并用吹風機吹干,用熱風干燥后的樣品要放入干燥器內冷卻到室溫后用分析天平精確稱重(這一重量就是腐蝕前重)。將稱完重量的樣品放入盛有一定體積的酸液,并預先恒定在試驗溫度的玻璃燒杯或塑料瓶中進行腐蝕試驗。酸溶液的種類、濃度和溫度要同鍋爐實際酸洗工藝條件一致。試驗樣品在試驗容器(玻璃燒杯或塑料瓶)中不要臥放,而應懸掛或直立。經過一定時間以后(該時間即為腐蝕試驗時間),取出樣品并洗凈,再經過丙酮或無水酒精清除水分并用與試驗前相同的方法干燥、冷卻,待完全恢復到室溫后又精確稱其重量(這一重量就是腐蝕后重)。根據腐蝕前后重量的變化就可計算出腐蝕速率。再根據添加緩蝕劑和未加緩蝕劑腐蝕速率的變化計算出緩蝕效率,計算公式如下:

式中:
     K——腐蝕速率[克/米2·時];

     G0——腐蝕前樣品的重量[克];

     G——腐蝕后樣品的重量[克];

     S——樣品的表面積[米2];

     h——腐蝕試驗時間[小時]。

     式中:Q——緩蝕劑的緩蝕效率[%];

     K0——未添加緩蝕劑時的腐蝕速率[克/米2·時];

K1——添加緩蝕劑后的腐蝕速率[克/米2·時]。

2.動態腐蝕試驗方法

鍋爐酸洗并不完全是在靜止溶液中進行的,甚至應該說更多的時間是在溶液以一定流速的動態條件下進行的。因此,研究溶液流動對緩蝕劑性能的影響,是把靜態試驗結果應用于鍋爐實際酸洗的重要步驟。

溶液流動是動態試驗方法的主要特征。但是,流動對腐蝕發生影響的具體途徑則可以是完全不同的?梢宰魅缦聝煞N假設,一是緩蝕劑的緩蝕效率直接受溶液流動的影響。如果是這樣,溶液的流動速度就成為動態試驗中的決定性影響因素,只要是在能使溶液以一定速度流動的任何一種試驗裝置中進行試驗,都應該能夠反映出這一規律。另一種假設是,一些受擴散速度影響的因素(如前面談到的氧、Fe3+的陰極去極化),必然也要受溶液流動速度的影響。但是,對于這種影響途徑,溶液流動就不是唯一起作用的因素了。除流速外,還取決于能夠影響到擴散速度的那些因素的作用。對腐蝕速率的影響是溶液的流動速度和影響擴散速度的那些因素相互作用的總的結果。從這一觀點出發,對于動態試驗的要求,就不僅僅是溶液以一定速度流動,還必須保證影響擴散速度的其他因素都能反映出實際酸洗的特點,只有這樣實驗結果才具有實際參考的價值。例如,氧引起的腐蝕,就可能因為實驗裝置的不合理(如酸箱敞開而溶液攪動又十分劇烈、酸液的體積和樣品面積之比過于大等)而變得比鍋爐實際酸洗時嚴重得多。

對于動態試驗裝置,較為合理的應如圖12所設計的那樣。這種裝置的特點是全密封系統,它比較好地模擬了鍋爐酸洗時的主要特征。動態試驗的實驗程序和數據的處理同靜態腐蝕試驗基本一樣。只是多了一個流速的選定和控制這一因素,對于流動速度的確定保證試驗段的速度同鍋爐酸洗工藝所規定的流速范圍一致,一般在0.1~1米/秒之間。

利用靜態和動態腐蝕試驗可以進行通氮除氧和通氧的試驗,以查明氧濃度對腐蝕速率的影響。也可以進行添加不同濃度的Fe3+的試驗,用以觀測Fe3濃度的影響和小孔腐蝕發生的情況。Fe3+添加濃度一般為300~1000ppm,最高不超過2000ppm。

3.氫脆試驗方法

了解氫滲入金屬后引起材料機械性能發生變化的試驗方法通常有兩種。一種是拉伸試驗法,另一種是彎折試驗法。

拉伸試驗法是將與鍋爐熱交換管化學成分和金相組織完全相同的鋼棒,加工成標準拉伸試樣,用材料試驗機慢速將試樣拉斷,測量斷口處斷面的直徑,計算出該試樣未受氫影響時的斷面收縮率,計算公式如下:

式中:ψ——金屬材料的斷面收縮率[%];

D0——標準拉伸試樣的直徑(試驗段)[毫米];

D1——拉伸后試樣斷口的直徑[毫米]。

再將另一些同樣的樣品放入添加有緩蝕劑的酸溶液中進行腐蝕試驗,一般為1~2小時后,取出樣品很快洗凈、擦干(不得加熱)再到材料試驗機上以同樣的速度將試樣拉斷,求出在酸液中腐蝕后的試樣的斷面收縮率。根據試驗前后斷面收縮率的變化來判斷氫脆發生的大小?梢杂脷浯嘞禂颠@一指標來定量表示,氫脆系數是金屬在該條件下發生氫脆程度的表征,計算公式如下:

式中:η——氫脆系數[%];

ψ0——腐蝕試驗前樣品的斷面收縮率[%];

ψ1——腐蝕試驗后樣品的斷面收縮率[%]。

一般,η小于20%,可以認為是安全的,大于20%則被認為有明顯氫脆現象發生,數值越大則氫脆現象越嚴重。這種緩蝕劑的使用就值得慎重考慮。

進行這個實驗時必須注意,從酸中取出試樣后,要迅速處理,并立即在材料試驗機上以慢的速度拉斷,中間間隔時間不宜過長。因為滲入金屬中的氫是可逆的,這段時間一長,已經滲入金屬內部的氫還會跑出,使原來已經變得比較脆的試樣還可以得到一定程度上的恢復。如果腐蝕試驗后,不能立即進行拉伸時,必須將試樣在低溫下保存。最好是在-10℃的鹽-冰體系中保存,但不能夠直接同水接觸。

檢查氫脆的另一個方法是彎折法。彎折試驗是在一個能夠將試樣固定,并準確向兩個方向做180°或90°彎折的機器上進行的。試樣的材料一般選用對氫脆更敏感的高強度彈簧鋼絲,截成10厘米一段作為實驗樣品。高強度彈簧鋼絲的強度比一般鍋爐用鋼高許多,在一般情況下,氫脆發生的敏感性是與材料的強度成正比的。如果在鋼絲上觀察不到氫脆現象的發生,那么對于鍋爐用鋼則可以認為是安全的,這就是我們選用彈簧鋼絲的原因。實驗程序同拉伸法基本相同,分別求出在酸中腐蝕和未腐蝕的樣品彎斷時的彎折次數,根據彎斷次數的變化可以判斷鋼絲發生氫脆的程度,腐蝕后彎斷的彎折次數越少,說明氫脆現象越嚴重,和未腐蝕一樣或僅僅減少1~2次,則說明氫脆現象不嚴重。這種方法是檢查緩蝕劑抑制滲氫能力的比較簡便的方法。但是,它的精度與重現性比拉伸法要差一些。我們可以用重復多次試驗取平均值的方法來克服這一缺點。由于試驗簡單,重復試驗是很容易進行的。

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