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发布日期:2018-03-08

  为什么会产生侵蚀腐蚀?

  简单来说,侵蚀腐蚀是由于在腐蚀环境中的流体颗粒和固体表面之间的相对运动而造成的。由于这种腐蚀形式严重影响了航空航天和一些其他行业内的关键使用设备,因此在设计初期阶段就需要采取一些有效的预防措施,以尽量减少这种腐蚀带来的经济损失。现在,涂层材料已经在降低及预防侵蚀腐蚀引起的表面退化方面起着重要的作用。

  由于腐蚀性流体颗粒和固体表面之间的相对运动,侵蚀腐蚀主要体现在金属基体材料上腐蚀损伤速率的增加。在流体动力系统中,较高速度下的局部湍流(由管道内表面发生的早期腐蚀性点蚀引发)可导致侵蚀腐蚀速率的快速增加,最终导致危险泄漏。由于安装错误和工艺上的缺陷,这种情况甚至可能会进一步恶化,带来更为严重的后果。

  由于初始腐蚀导致金属表面上存在的保护膜的损失,因此在适当的时候可能会观察到非常高的腐蚀速率。即使流体主要是静止的,移动的设备部件部分或全部浸入流体中,也会发生侵蚀现象。

  经常需要泵送含沙原油的油井和气井经常会面临其中流体颗粒对管道和设备部件造成侵蚀损害的问题。在铝合金和铜合金材料上经常会观察到侵蚀腐蚀情况。在流体流动速度接近某个临界值时,流体颗粒开始会破坏保护管道或者设备表面的保护膜,腐蚀的速度因此会变得很快。这些轻合金在轻度潮湿且容易腐蚀的环境中形成保护膜。

  流体速度一般都有一个极限值,高于这个值时侵蚀损伤和相关腐蚀速率非常快。这种由颗粒速度引起的这种类型的腐蚀通常被称为“侵蚀腐蚀”,其包括电化学金属溶解和由于颗粒撞击引起的机械侵蚀。这种情况下的流体主要包括液体以及气体。

  侵蚀腐蚀的机理研究

  侵蚀腐蚀的机理可以解释为:

  ● 质量传输类型的金属损耗

  ● 相转移类型的金属损耗

  在质量传输类型的金属损耗中,金属-流体界面处质量的对流传输速率决定了侵蚀腐蚀速率。例如,当由于含有溶解氧的水的流动使钢劣化时,氧的对流流动决定了初始金属的损耗速率,并且进入锈层的氧扩散速率决定了随后的金属损耗。在这种情况下,整个表面的金属损失通常会是比较均匀的。

  在相转移类型的金属损耗情况下,由腐蚀性流体的液相和气相润湿衬底的速率将决定金属损耗的速率。润湿则由流体的气相和液相的流速决定。例如,在发电厂中的锅炉管中,水相与蒸汽相分离,流动中的湍流促进了锅炉某些区域的侵蚀腐蚀。

  对保护膜或涂层的初始侵蚀完全由流动的污染物颗粒的速度和湍流引起,不过这只有在流体速度超过临界值时才会发生。流动产生的损伤进一步会在表面产生额外的局部压力波动和高剪切应力;这都会加剧腐蚀的发生。此外,泡沫破裂、粗糙砂粒和热蒸汽的移动都会促进腐蚀速率的进一步提升。

  侵蚀腐蚀会影响到许多关键的工厂设备,例如,内燃机组件、气体压缩机、工业鼓风机和高速风扇、航空设备、海洋设备、海上石油和天然气生产系统、热交换器、液压组件、汽车和采矿设备、化学加工厂、发电设备等。

  在飞机的燃气轮机和压缩机内部,由于压缩比的降低,侵蚀腐蚀会导致设备的运行效率降低。蒸汽轮机的发电可能会受到涡轮机转子叶片上的水滴造成的侵蚀腐蚀的影响。高温涡轮机——专为动力回收而设计——因颗粒撞击而受损,最终也会导致涡轮机的工作效率下降。

  由于气穴现象导致的侵蚀

  由于气穴现象导致的腐蚀可以被视为侵蚀腐蚀中的特殊类别。这是由于组件的金属表面和管道内部周边的蒸汽泡破裂和轰击造成的。在泵吸入口,液压致动器入口和回路中的其他点产生的低压区会导致蒸汽泡的形成,这些蒸汽泡随后由于管的内径减小而在流体压力增加的点处塌陷。液体蒸发的压力取决于液体的温度和性质。

  由于液体中的蒸气泡破裂,气穴会导致保护膜的突然破坏。这些内爆现象会导致严重的振动和严重的冲击波。在一些高速流体动力系统中的零部件,例如泵送元件,叶轮,管道,控制阀,管道弯头,三通部分和执行器部件中都会出现这种类型的侵蚀。

 

 

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