1. 試驗目的
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材料篩選與認證:為在含HF環境中使用的設備(如管道、閥門、反應器)選擇合適的材料。 ?
質量控制和來料檢驗:確保采購的材料符合規定的耐腐蝕標準。 ?
工藝研究:評估不同工藝條件(如溫度、濃度、雜質存在)對材料腐蝕速率的影響。 ?
失效分析:分析設備失效原因,確定是否為HF腐蝕所致。
2. 常用試驗標準
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ASTM G1: 標準實踐-制備、清潔和評估腐蝕試樣的標準實踐(通用性指導)。 ?
ASTM G31: 標準指南-實驗室浸沒腐蝕試驗。 ?
ASTM A923: 檢測雙相奧氏體/鐵素體不銹鋼中有害金屬間相的標準試驗方法(其中部分方法涉及腐蝕性介質,可用于評估對HF的敏感性)。 ?
NACE TM-01-69: 實驗室腐蝕測試的通用標準(來自腐蝕工程師協會)。 ?
各公司內部標準:許多大型石油化工企業(如杜邦、殼牌)會根據自己的特定工藝條件制定更嚴格或更具體的內部測試標準。
3. 試驗方法概述
靜態浸泡試驗
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原理:將預先制備和稱重的金屬試樣( coupon )完全浸泡在特定濃度和溫度的HF溶液(通常是水溶液或與其他酸如H?SO?的混合酸)中,持續一段時間。 ?
過程: 1.
試樣準備:將材料切割成標準尺寸,打磨拋光至特定表面光潔度,清洗、脫脂、干燥并精確稱重。 2.
配置溶液:在聚四氟乙烯(PTFE)或其它耐HF的容器中配置所需濃度的HF溶液。(警告:必須在通風櫥內操作?。?/span> 3.
浸泡:將試樣懸掛并完全浸入溶液中。通常使用PTFE或聚丙烯材質的夾具和容器。試驗會設置多個平行樣本以提高數據可靠性。 4.
控制條件:將容器置于恒溫水浴或烘箱中,以維持穩定的試驗溫度。 5.
暴露時間:根據材料的預期腐蝕速率,暴露時間可從幾小時到幾百小時不等。 6.
取出與清洗:到達預定時間后,取出試樣,用水和/或特定溶劑(如丙酮)仔細清洗,去除腐蝕產物。(注意:腐蝕產物可能含有有毒的氟化物,需妥善處理) 7.
稱重與評估:干燥后再次精確稱重。計算質量損失,進而計算平均腐蝕速率(通常以毫米/年, mm/a 或 密耳/年, mpy 為單位)。 8.
進一步分析:使用顯微鏡(金相顯微鏡、SEM)觀察表面形貌和點蝕情況,使用EDS分析腐蝕產物成分。
動態環路試驗
4. 關鍵影響因素
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HF濃度:濃度對腐蝕速率的影響非常復雜,并非線性關系。例如,對于碳鋼,在中等濃度(~60-90%)時腐蝕速率最高,而在無水或極高濃度下反而較低(因表面形成保護性氟化鐵膜)。 ?
溫度:溫度是極其重要的因素。腐蝕速率通常隨溫度升高而呈指數級增長(遵循阿倫尼烏斯公式)。 ?
雜質和氧化劑:溶液中是否存在氧氣、水、硫酸、硝酸等雜質會顯著改變腐蝕機理和速率。例如,痕量的水可以極大地加速某些材料的腐蝕。 ?
材料成分與微觀結構:合金元素(如Ni, Cr, Mo, Cu)的含量和分布至關重要。例如,蒙乃爾(Monel, Ni-Cu合金)和高鎳合金(如Hastelloy C-276)通常表現出較好的耐HF腐蝕性能。不銹鋼則容易遭受嚴重的點蝕和應力腐蝕開裂。
5. 安全須知(再次強調?。?/h3>?
通風:必須在強制通風的通風櫥內進行操作。 ?
個人防護裝備(PPE):必須穿戴防化服、氟橡膠手套、護目鏡和面罩。實驗室應常備六氟靈(Hexafluorine)或葡萄糖酸鈣凝膠作為HF灼傷的應急處理藥劑。 ?
應急措施:確保緊急沖淋裝置和洗眼器功能正常,且所有操作人員都熟知HF泄漏和接觸的應急預案。 ?
廢棄物處理:廢液和腐蝕產物必須作為危險化學廢棄物,由有資質的專業機構進行處理,嚴禁隨意傾倒。
6. 結果解讀與應用
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一般可接受標準(根據行業和應用有所不同): ?
< 0.05 mm/a: 優異(Excellent) ?
0.05 - 0.5 mm/a: 良好(Good) ?
0.5 - 1.0 mm/a: 差(Fair, 可能適用于可更換的部件) ?
1.0 mm/a: 不可接受(Unacceptable) ?
除了均勻腐蝕速率,還必須關注局部腐蝕,如點蝕、晶間腐蝕和應力腐蝕開裂(SCC),這些往往是導致設備突然失效的主要原因。