水工藝設備基礎課件

水工藝設備基礎

2006-12給水排水教研室盧金鎖

給水排水工程專業(yè)基礎課程環(huán)境與市政工程學院水工藝設備基礎2006-12給水排水教研室給水排水工程專業(yè)第2章材料設備的腐蝕防護與保溫主要內(nèi)容：材料設備的腐蝕與防護設備的保溫重點：掌握水工藝設備及常用材料的腐蝕與防護的基本原理與方法。難點：設備、材料的腐蝕原理與方法。12/3/20222第2章材料設備的腐蝕防護與保溫主要內(nèi)容：12/1/202材料腐蝕分類金屬材料腐蝕非金屬材料腐蝕化學腐蝕電化學腐蝕高溫腐蝕常溫腐蝕材料類型腐蝕機理腐蝕環(huán)境分類依據(jù)12/3/20223材料腐蝕分類金屬材料腐蝕非金屬材料腐蝕化學腐蝕電化學腐蝕高溫金屬材料腐蝕分類大氣腐蝕土壤腐蝕自然環(huán)境依據(jù)腐蝕的環(huán)境狀態(tài)（自然環(huán)境和工業(yè)環(huán)境）淡水腐蝕海水腐蝕微生物腐蝕酸性溶液堿性溶液工業(yè)環(huán)境鹽類溶液工業(yè)水中液態(tài)金屬12/3/20224金屬材料腐蝕分類大氣腐蝕土壤腐蝕自然環(huán)境依據(jù)腐蝕的環(huán)境狀態(tài)淡金屬材料腐蝕分類電偶腐蝕點蝕局部腐蝕依據(jù)腐蝕形態(tài)（全面腐蝕、局部腐蝕、力與環(huán)境因素共同作用下的腐蝕）縫隙腐蝕晶間腐蝕選擇性腐蝕氫致開裂應力腐蝕共同作用腐蝕疲勞腐蝕磨損均勻的不均勻的全面腐蝕12/3/20225金屬材料腐蝕分類電偶腐蝕點蝕局部腐蝕依據(jù)腐蝕形態(tài)（全面腐蝕、設備材料腐蝕圖片12/3/20226設備材料腐蝕圖片12/1/20226設備材料腐蝕圖片12/3/20227設備材料腐蝕圖片12/1/202272.1材料設備的腐蝕與防護1、腐蝕概念

腐蝕是材料與它所處環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生作用而引起材料的變質(zhì)和破壞。材料環(huán)境介質(zhì)發(fā)生作用腐蝕問題無處不在。2.1.1概述12/3/202282.1材料設備的腐蝕與防護1、腐蝕概念2.1.1概述122.1.1概述2、腐蝕的危害經(jīng)濟損失巨大資源和能源浪費嚴重引發(fā)災難性事故造成環(huán)境污染（跑、冒、滴、漏）阻礙新技術的發(fā)展12/3/202292.1.1概述2、腐蝕的危害12/1/202292.1.1概述自來水管道腐蝕化學和生物腐蝕(沉積物、銹蝕物、粘垢)；管壁變薄、出現(xiàn)局部的凹坑和麻點(黑水、紅水、綠水)；水質(zhì)變壞、降低管網(wǎng)輸水能力、增加泵站能耗、可能產(chǎn)生爆管。12/3/2022102.1.1概述自來水管道腐蝕12/1/2022102.1.1概述鍋爐爐管的腐蝕溶解氧腐蝕（電化學腐蝕，鐵為陽極，氧為陰極）；給水含鹽量過高加速了溶解氧腐蝕；保持鍋爐薄垢運行，能有效減緩金屬的氧腐蝕；12/3/2022112.1.1概述鍋爐爐管的腐蝕12/1/2022112.1.1概述熱水鍋爐氧腐蝕管線長，補水量過多，使得水中氧氣量增加；水中pH偏低；給水未采取除氧措施；鍋爐水中的氧未析出，附著在鍋爐受熱面上。12/3/2022122.1.1概述熱水鍋爐氧腐蝕12/1/2022122.1.2腐蝕與防護基本原理一、金屬腐蝕金屬腐蝕是指金屬與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學或電化作用，由單質(zhì)變成化合物的過程。金屬腐蝕主要有化學腐蝕、電化學腐蝕。這個過程能否進行是熱力學問題，進行速度如何是動力學問題。12/3/2022132.1.2腐蝕與防護基本原理一、金屬腐蝕12/1/20222.1.2腐蝕與防護基本原理1、金屬的化學腐蝕純氧化還原過程，金屬被氧化，腐蝕介質(zhì)被還原；氣體腐蝕、非電解質(zhì)溶液腐蝕；反應進行中沒有電流產(chǎn)生。（1）金屬氧化及其氧化膜大多數(shù)金屬氧化在其表面上形成一層氧化物固相膜；氧化膜減慢金屬繼續(xù)氧化的速度。12/3/2022142.1.2腐蝕與防護基本原理1、金屬的化學腐蝕12/1/22.1.2腐蝕與防護基本原理12/3/2022152.1.2腐蝕與防護基本原理12/1/2022152.1.2腐蝕與防護基本原理12/3/2022162.1.2腐蝕與防護基本原理12/1/2022162.1.2腐蝕與防護基本原理（2）鋼鐵的氣體腐蝕高溫氧化、脫碳、氫蝕和鑄鐵腫脹。①高溫氧化鐵在鑄造、扎制、熱處理過程中發(fā)生高溫氧化。570℃以下，生成的氧化物為Fe3O4和Fe2O3超過570℃時，在氧化膜內(nèi)層生成FeO。高于800℃，表面上就開始形成多孔、疏松的“氧化皮”。12/3/2022172.1.2腐蝕與防護基本原理（2）鋼鐵的氣體腐蝕12/1/2.1.2腐蝕與防護基本原理②

脫碳脫碳是指在腐蝕過程中，除了生成氧化皮層外，與氧化皮層相連的內(nèi)層滲碳體Fe3C與介質(zhì)中的氧、二氧化碳、水等作用，生成的氣體降低了膜的保護作用。防止：增加氣體介質(zhì)中CO和CH4的含量或在鋼中添加鋁和鎢。12/3/2022182.1.2腐蝕與防護基本原理②脫碳12/1/2022182.1.2腐蝕與防護基本原理③

氫蝕第一階段是可逆氫脆：氫以原子狀態(tài)向鋼的內(nèi)部擴散，沒有起化學反應，也未改變其組織，卻降低了鋼的韌性。在一定條件下韌性又可以部分或全部恢復。第二階段是氫蝕階段：侵入并擴散到鋼中的氫與不穩(wěn)定化合物發(fā)生反應。防止：降低含碳量、加合金元素。12/3/2022192.1.2腐蝕與防護基本原理③氫蝕12/1/2022192.1.2腐蝕與防護基本原理④鑄鐵的腫脹是一種晶間氣體腐蝕。腐蝕性氣體沿晶界、石墨夾雜物和細微裂縫滲入到鑄鐵內(nèi)部，發(fā)生氧化作用。由于氧化物的生成，鑄鐵體積變大，產(chǎn)生腫脹，其強度大大降低。

防止：加適量硅（5%—10%）。12/3/2022202.1.2腐蝕與防護基本原理④鑄鐵的腫脹12/1/2022.1.2腐蝕與防護基本原理（3）防止鋼鐵氣體腐蝕的方法合金化：加入元素Cr、Al、Si，在氧化性介質(zhì)中形成極穩(wěn)定的Cr2O3、Al2O3、SiO2，形成有效的保護層。改善介質(zhì)：通過設法改善介質(zhì)成分。應用保護性覆蓋層：涂層將金屬和氣體介質(zhì)隔離開來。耐高溫氧化的陶瓷覆蓋層：采用熱噴涂或等離子噴涂的方法，在金屬表面形成耐高溫氧化的陶瓷覆蓋層。12/3/2022212.1.2腐蝕與防護基本原理（3）防止鋼鐵氣體腐蝕的方法12.1.2腐蝕與防護基本原理2、金屬的電化學腐蝕金屬在電解質(zhì)介質(zhì)中由于電化學作用發(fā)生的腐蝕；是一種最普通的金屬腐蝕現(xiàn)象；發(fā)生原因：金屬和水溶液兩類導體、金屬表面的微觀區(qū)域存在差異腐蝕過程中有電流流動；腐蝕過程包括：陽極過程、電子轉(zhuǎn)移、陰極過程。12/3/2022222.1.2腐蝕與防護基本原理2、金屬的電化學腐蝕12/1/金屬腐蝕原電池分類依據(jù)電極尺寸：宏觀和微觀腐蝕原電池異種金屬侵入不同的電解質(zhì)溶液異種金屬在同一腐蝕介質(zhì)中接觸（電偶電池）宏觀腐蝕電池濃差腐蝕溫差腐蝕12/3/202223金屬腐蝕原電池分類依據(jù)電極尺寸：宏觀和微觀腐蝕原電池異種金屬腐蝕原電池原理腐蝕原電池原理2.1.2腐蝕與防護基本原理（1）微觀腐蝕原電池腐蝕原電池：金屬腐蝕的短路原電池。產(chǎn)生條件：化學成分不均一；組織結構不均一；物理狀態(tài)不均一；表面氧化膜不完整。引起金屬表面電極電位的不同。電極電位較低作陽極（腐蝕），較高作陰極。12/3/2022252.1.2腐蝕與防護基本原理（1）微觀腐蝕原電池12/1/2.1.2腐蝕與防護基本原理（2）極化極化：電流通過電極，陰極電位減小，陽極電位增大，減小了電池兩極之間的電位差，降低金屬腐蝕速度。陰極極化、陽極極化?；罨瘶O化：電化學反應遲緩造成；濃差極化：電極反應物（或反應生成物）輸運遲緩造成；電阻極化：在電極表面上生成了具有保護作用的氧化膜或不溶性的腐蝕產(chǎn)物等引起的。12/3/2022262.1.2腐蝕與防護基本原理（2）極化12/1/202222.1.2腐蝕與防護基本原理（3）鈍化鈍化就是金屬與介質(zhì)作用后，失去其化學活性，變得更為穩(wěn)定的現(xiàn)象。使金屬發(fā)生鈍化的物質(zhì)稱為鈍化劑。成相膜理論：當金屬溶解時，可在金屬表面生成一層致密的、覆蓋性良好的固體產(chǎn)物。吸附理論：引起金屬鈍化并不一定要形成固相膜，而只要在金屬表面或部分表面上形成氧或含氧粒子的吸附層。使金屬保持鈍化方法：陽極保護、控制氧化劑濃度、加鉻、鋁、硅、鎳等元素。12/3/2022272.1.2腐蝕與防護基本原理（3）鈍化12/1/202222.1.2腐蝕與防護基本原理陽極鈍化或電化學鈍化金屬除依靠與鈍化劑相互作用鈍化外，還可通過陽極極化發(fā)生鈍化。金屬在一定介質(zhì)中進行陽極極化時，當外加電流或電位達到或超過一定值后，金屬發(fā)生從活化態(tài)到鈍化態(tài)的轉(zhuǎn)變，金屬的溶解速度降低到一個很低的值，并且在一定的電位范圍內(nèi)基本保持不變。就是金屬與介質(zhì)作用后，失去其化學活性，變得更為穩(wěn)定的現(xiàn)象。12/3/2022282.1.2腐蝕與防護基本原理陽極鈍化或電化學鈍化12/1/2.1.2腐蝕與防護基本原理（4）氫去極化和氧去極化腐蝕①氫去極化腐蝕以氫離子還原反應為陰極過程的腐蝕稱為氫去極化腐蝕，簡稱析氫腐蝕。氫去極化過程包括以下幾個步驟：水化氫離子脫水H＋·nH2O→H＋＋nH2O形成吸附氫原子H＋＋M(e)→MH（電化學步驟）吸附氫原子脫附MH＋MH→H2＋2M（脫附步驟）氫分子形成氣泡，從表面逸出。12/3/2022292.1.2腐蝕與防護基本原理（4）氫去極化和氧去極化腐蝕12.1.2腐蝕與防護基本原理影響氫去極化腐蝕的主要因素：金屬材料的性狀：金屬材料的性質(zhì)、表面狀態(tài)及金屬陰極相雜質(zhì)。氫過電位。pH值：減小，氫離子濃度增大，氫電極電位變得更正，加速金屬的腐蝕陰極區(qū)的面積：增加，氫過電位減小，陰極極化率降低，析氫反應加快，從而導致腐蝕速度增大。溫度：升高使氫過電位減小，而且溫度升高，陽極反應和陰極反應都將加快。12/3/2022302.1.2腐蝕與防護基本原理影響氫去極化腐蝕的主要因素：12.1.2腐蝕與防護基本原理②氧去極化腐蝕吸氧腐蝕：在中性和堿性溶液中，由于氫離子的濃度較低，析氫反應的電位較負，一般金屬腐蝕過程的陰極反應往往不是析氫反應，而是溶液中的氧的還原反應，此時腐蝕去極化劑是氧分子。吸氧腐蝕形成條件：當金屬的電極電位較氧電極的平衡電位為負。

12/3/2022312.1.2腐蝕與防護基本原理②氧去極化腐蝕12/1/22.1.2腐蝕與防護基本原理氧去極化過程有以下幾個步驟組成：氧通過氣/液界面?zhèn)髻|(zhì)，由空氣進入溶液；溶解氧通過對流擴散均布在溶液中；氧以擴散方式通過電極表面的擴散層，到達金屬的表面；氧在金屬表面進行還原反應。12/3/2022322.1.2腐蝕與防護基本原理氧去極化過程有以下幾個步驟組成2.1.2腐蝕與防護基本原理影響氧去極化腐蝕的主要因素：陽極材料電極電位：降低，氧去極化腐蝕的速度增大。溶解氧濃度：增大，氧去極化腐蝕速度隨之增大。溶液流速：越大，腐蝕速度也就越大。鹽濃度：增大，溶液的電導率增大，腐蝕速度將有所提高。溫度：升高氧的擴散和電極反應速度加快，因此在一定溫度范圍內(nèi)，隨溫度升高腐蝕速度加快。12/3/2022332.1.2腐蝕與防護基本原理影響氧去極化腐蝕的主要因素：1析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較去極化劑性質(zhì)：電氫離子、遷移速度和擴散能力大；中性氧分子，靠擴散和對流傳輸去極化劑濃度：濃度大，酸性溶液中氫離子放電，中性或堿性溶液中水分子釋放氫離子；濃度不大，在一定條件下，溶解度受到限制。陰極控制：活化計劃；濃差極化陰極反應產(chǎn)物：以氫氣溢出，電極表面溶液得到附加攪拌；產(chǎn)物只能靠擴散或遷移離開，無氣泡溢出。12/3/202234析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較去極化劑性質(zhì)：電氫離子、遷移速度和擴散2.1.2腐蝕與防護基本原理3、金屬腐蝕破壞的形態(tài)12/3/2022352.1.2腐蝕與防護基本原理3、金屬腐蝕破壞的形態(tài)12/12.1.2腐蝕與防護基本原理（1）全面腐蝕特征：腐蝕分布在整個金屬表面，結果使金屬構件截面尺寸減小，直至完全破壞?？刂疲汉侠磉x材、留有裕量；施加保護性覆蓋層；緩蝕劑；電化學保護。12/3/2022362.1.2腐蝕與防護基本原理（1）全面腐蝕12/1/2022.1.2腐蝕與防護基本原理（2）局部腐蝕腐蝕集中在金屬表面局部地區(qū)，而其它大部分表面幾乎不腐蝕，稱為局部腐蝕。12/3/2022372.1.2腐蝕與防護基本原理（2）局部腐蝕12/1/20212/3/20223812/1/2022382.1.2腐蝕與防護基本原理①電偶腐蝕電偶腐蝕：兩種金屬在同一介質(zhì)中接觸，腐蝕電位不相等，便有電偶電流流動，電位較低金屬局部腐蝕,電位較高的金屬，溶解速度減小。亦稱接觸腐蝕或雙金屬腐蝕。防止：

正確選取材料，選取電偶序中相距較近的合金；

消除面積效應，減小陰極面積；

添加環(huán)緩蝕劑。12/3/2022392.1.2腐蝕與防護基本原理①電偶腐蝕12/1/20222.1.2腐蝕與防護基本原理②小孔腐蝕小孔腐蝕：金屬表面局部出現(xiàn)向深處發(fā)展的腐蝕小孔，其余地區(qū)不被腐蝕或者只有輕微腐蝕，也稱孔蝕或點蝕。控制：合金的成分和組織：孔蝕的敏感性與合金的成分、組織以及冶金質(zhì)量有密切的關系。介質(zhì)的組成和狀況：盡量降低介質(zhì)中鹵素。緩蝕劑：硝酸鹽、鉻酸鹽、硫酸鹽及堿等。陰極保護：金屬電極電位控制在孔蝕保護電位以下。12/3/2022402.1.2腐蝕與防護基本原理②小孔腐蝕12/1/20222.1.2腐蝕與防護基本原理③縫隙腐蝕

縫隙腐蝕：腐蝕發(fā)生在縫隙內(nèi)。發(fā)生和發(fā)展機理與孔蝕很相似，存在縫隙是表面缺陷，縫隙內(nèi)是缺氧區(qū)，成為陽極而迅速被腐蝕。防止：消除縫隙。盡可能避免形成縫隙和積液的死角。對不可避免的縫隙，要采取相應的保護措施。盡量控制介質(zhì)中溶解氧的濃度，使溶氧濃度低于5×10－6mol/L，這樣在縫隙處就很難形成氧濃差電池。12/3/2022412.1.2腐蝕與防護基本原理③縫隙腐蝕12/1/202.1.2腐蝕與防護基本原理④晶間腐蝕晶間腐蝕：金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中沿著材料的晶粒邊界或晶界附近發(fā)生腐蝕，使晶粒之間喪失結合力的一種局部破壞的腐蝕現(xiàn)象。腐蝕從表面沿著晶界深入內(nèi)部，外表看不出腐蝕跡象，可用金相顯微鏡看出呈網(wǎng)狀腐蝕，失去強度。貧化理論：晶界與晶內(nèi)的電極電位的形成，形成一晶界區(qū)為陽極，晶粒本體為陰極的微觀腐蝕電池。晶間腐蝕的控制：材料本身的成分和組織。奧氏體不銹鋼敏化型晶間腐蝕為例：降低鋼的含碳量；穩(wěn)定化處理；重新固溶處理。12/3/2022422.1.2腐蝕與防護基本原理④晶間腐蝕12/1/202晶間腐蝕晶間腐蝕2.1.2腐蝕與防護基本原理⑤選擇性腐蝕選擇性腐蝕：多元合金在電解質(zhì)溶液中由于組元之間化學性質(zhì)的不均勻，構成腐蝕電池。含有不同成分的金屬材料，在一定的條件下，其中一部分元素被腐蝕浸出，只剩下其余組分構成的海綿狀物質(zhì)，強度和延性喪失，稱為選擇性腐蝕，例如黃銅在腐蝕介質(zhì)中被鋅浸出，灰口鑄鐵脫鐵。12/3/2022442.1.2腐蝕與防護基本原理⑤選擇性腐蝕12/1/2022.1.2腐蝕與防護基本原理（3）應力作用下的腐蝕①應力腐蝕開裂:腐蝕和拉應力同時作用下使金屬產(chǎn)生破裂，稱為應力腐蝕。大致過程為：金屬表面生成的保護膜在拉應力作用下，產(chǎn)生局部腐蝕，產(chǎn)生孔蝕或縫隙腐蝕，孔蝕或縫隙腐蝕一方面向縱深發(fā)展，一方面由于拉應力作用使縫隙兩端的膜反復破裂，腐蝕沿著與拉應力垂直的方向前進，造成裂縫，嚴重時發(fā)生斷裂。發(fā)生應力腐蝕的三個必要條件：敏感的合金、特定的介質(zhì)和一定的靜應力。12/3/2022452.1.2腐蝕與防護基本原理（3）應力作用下的腐蝕12/12.1.2腐蝕與防護基本原理應力腐蝕的機理：陽極溶解機理：應力腐蝕裂紋的形成與擴展是陽極通道的形成與其延伸的過程。氫脆機理：陰極析氫反應在金屬表面形成的吸附氫原子滲入內(nèi)部引起氫脆，是導致應力腐蝕的主要原因。12/3/2022462.1.2腐蝕與防護基本原理應力腐蝕的機理：12/1/202.1.2腐蝕與防護基本原理防止：正確選材:避免構成應力腐蝕體系，減輕應力腐蝕的敏感性。合理設計、改進制造工藝：盡量減小應力集中效應。改善環(huán)境介質(zhì)：消除或減少介質(zhì)中促進應力腐蝕的有害物質(zhì)，加入適當?shù)木徫g劑。電化學保護：外加電流極化，使金屬的電位遠離應力腐蝕敏感區(qū)12/3/2022472.1.2腐蝕與防護基本原理防止：12/1/2022472.1.2腐蝕與防護基本原理②腐蝕疲勞腐蝕疲勞：腐蝕介質(zhì)和交變應力協(xié)同作用所引起的材料破壞的現(xiàn)象。特點：沒有真實的疲勞極限；在任何腐蝕介質(zhì)中都可能發(fā)生；性能與載荷頻率、應力以及載荷波形有密切關系；裂紋往往是多源的。防止：正確選材；合理設計、改進制造工藝和結構設計應避免應力集中；改善介質(zhì)條件；電化學保護。12/3/2022482.1.2腐蝕與防護基本原理②腐蝕疲勞12/1/20222.1.2腐蝕與防護基本原理③磨損腐蝕磨損腐蝕：流體介質(zhì)與金屬之間或金屬零件間的相對運動，引起金屬局部區(qū)域加速腐蝕破壞的現(xiàn)象，簡稱磨蝕。磨蝕又可分為湍流腐蝕、空泡腐蝕和摩振腐蝕。湍流腐蝕空泡腐蝕摩振腐蝕12/3/2022492.1.2腐蝕與防護基本原理③磨損腐蝕12/1/20222.1.2腐蝕與防護基本原理（4）微生物腐蝕由于介質(zhì)中存在著某些微生物而使金屬的腐蝕過程加速的現(xiàn)象，稱之為微生物腐蝕，也簡稱為細菌腐蝕。并非微生物本身對金屬的腐蝕，而是它們生命活動的結果直接或間接地對金屬腐蝕過程產(chǎn)生影響。①影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：代謝產(chǎn)物具有腐蝕作用。如硫酸、有機酸和硫化物。改變環(huán)境介質(zhì)條件。如：pH值、溶解氧等。影響電極極化過程。破壞非金屬保護覆蓋層或緩蝕劑的穩(wěn)定性。12/3/2022502.1.2腐蝕與防護基本原理（4）微生物腐蝕12/1/202.1.2腐蝕與防護基本原理②常見的細菌腐蝕：厭氧性細菌腐蝕：硫酸鹽還原菌（SRB），使硫酸鹽還原成硫化物，生成硫化氫，進而與鐵反應形成硫化鐵，加速了鋼鐵的腐蝕。好氧性細菌的腐蝕：如硫氧化菌、鐵細菌、硫代硫酸鹽氧化菌等。以硫氧化菌為例，它將硫和含硫化合物氧化成硫酸，造成腐蝕性極強的環(huán)境，導致材料的快速腐蝕。厭氧與好氧聯(lián)合作用下的腐蝕：兩類細菌的腐蝕與繁衍相輔相成，更加速了金屬的腐蝕。細菌聯(lián)合作用腐蝕的情況很普遍。12/3/2022512.1.2腐蝕與防護基本原理②常見的細菌腐蝕：12/1/2.1.2腐蝕與防護基本原理③細菌腐蝕的控制：使用殺菌劑或抑菌劑：根據(jù)細菌種類及介質(zhì)選擇高效、低毒和無腐蝕性的藥劑。改變環(huán)境條件：提高介質(zhì)的pH值及溫度（pH>9.0，溫度T>50℃）、排泄積水、改善通氣條件、減少有機物營養(yǎng)源等。覆蓋防護層：采用涂覆非金屬覆蓋層或金屬鍍層使構件表面光滑、在有機涂層中加入適量殺菌劑等方法。陰極保護：陰極保護使構件表面附近形成堿性環(huán)境，抑制細菌活動。12/3/2022522.1.2腐蝕與防護基本原理③細菌腐蝕的控制：12/1/自然環(huán)境中的腐蝕大氣腐蝕（空氣中的水和氧）濕度、溫度、大氣成分影響因素土壤腐蝕（土壤是一種特殊的電解質(zhì)：多相形、多孔性、不均勻性、相對固定性）、氧去極化，防止措施：覆蓋層保護、改變土壤環(huán)境、陰極保護淡水腐蝕：氧去極化過程12/3/202253自然環(huán)境中的腐蝕大氣腐蝕（空氣中的水和氧）濕度、溫度、大氣成2.1.2腐蝕與防護基本原理二、非金屬材料的腐蝕1、非金屬無機材料的腐蝕2、有機非金屬材料（高分子材料）的腐蝕物理腐蝕化學腐蝕微生物腐蝕應力腐蝕12/3/2022542.1.2腐蝕與防護基本原理二、非金屬材料的腐蝕12/1/2.1.3設備腐蝕防護技術一、腐蝕防護設計1、腐蝕防護設計正確選材防蝕方法的選擇（材料選擇、電化學保護、涂層保護、改變環(huán)境）防蝕結構設計防蝕強度設計滿足防蝕要求的加工方法12/3/2022552.1.3設備腐蝕防護技術一、腐蝕防護設計12/1/2022.1.3設備腐蝕防護技術（1）防蝕結構設計原則：①構件形狀盡量簡單、合理簡單的結構件易于采取防腐措施、排除故障，便于維修、保養(yǎng)和檢查。12/3/2022562.1.3設備腐蝕防護技術（1）防蝕結構設計12/1/202.1.3設備腐蝕防護技術②避免殘留液和沉積物造成腐蝕應力求將容器、設備內(nèi)部的液體排凈，避免滯留的液體、沉積物遺留在出口管及底部造成濃差腐蝕或沉積物腐蝕。12/3/2022572.1.3設備腐蝕防護技術②避免殘留液和沉積物造成腐蝕12.1.3設備腐蝕防護技術③防止電偶腐蝕材料相同；電偶序相近；大陽極小陰極的有利結合，避免大陰極小陽極的危險連接。12/3/2022582.1.3設備腐蝕防護技術③防止電偶腐蝕12/1/2022.1.3設備腐蝕防護技術④防止縫隙腐蝕

連接除焊接外還有鉚接、銷釘連接、螺栓連接、法蘭連接等。12/3/2022592.1.3設備腐蝕防護技術④防止縫隙腐蝕12/1/2022.1.3設備腐蝕防護技術為了防止縫隙腐蝕，可采用如下措施：以焊接代替鉚接。改善鉚接狀況。在鉚縫中可填入一層不吸潮的墊片。容器底部的處置。不要直接與多孔基礎（如土壤）接觸，要用支座等與之隔離開。法蘭連接處墊片不宜過長，盡量采用不吸濕的材料作墊片。避免加料時溶液飛濺到器壁，引起沉積物下的縫隙腐蝕。因此加料口應盡量接近容器內(nèi)的液面。12/3/2022602.1.3設備腐蝕防護技術為了防止縫隙腐蝕，可采用如下措施2.1.3設備腐蝕防護技術⑤防止液體的湍流腐蝕

設計時應注意避免過度的湍流、渦流。避免外形和形狀的突變，會引起超流速與湍流的發(fā)生。管線的彎曲半徑應盡可能大，避免直角彎曲。在高流速接頭部位，不要采用T型分叉結構，應采用曲線逐漸過渡結構。

12/3/2022612.1.3設備腐蝕防護技術⑤防止液體的湍流腐蝕12/12.1.3設備腐蝕防護技術⑥避免應力過分集中尖角以圓角過渡；施焊時把焊口加工成相同的厚度。減少聚集的、交叉的和閉合的焊縫；施焊時保證被焊接金屬結構能自由伸縮。內(nèi)孔焊接法比漲管法好，既減少縫隙，又減小應力腐蝕破裂。12/3/2022622.1.3設備腐蝕防護技術⑥避免應力過分集中12/1/22.1.3設備腐蝕防護技術⑦設備和構筑物的位置要合理設備裝置的布置應盡量避免相互之間可能產(chǎn)生的不利或有害影響，如貯液設備、液體輸送設備或排泄設備應與電控設備留有一定的安全距離。電氣控制等設備應盡可能避開具有腐蝕性的環(huán)境，如在含有或可能泄漏Cl2、HCl、H2S等腐蝕性和有毒性氣體的局部環(huán)境中，要盡量避免布置電氣設備或未做防腐處理的其他設備。12/3/2022632.1.3設備腐蝕防護技術⑦設備和構筑物的位置要合理12.1.3設備腐蝕防護技術（2）防蝕強度設計

主要考慮材料的腐蝕裕量、局部腐蝕強度和材料腐蝕強度變化。①腐蝕裕量的選擇：根據(jù)材料腐蝕速度取恰當裕量。②局部腐蝕的強度設計：對于晶間腐蝕、孔蝕、縫隙腐蝕等，正確選材或控制環(huán)境介質(zhì)，注意結構設計等。對于應力腐蝕斷裂、腐蝕疲勞，有可能做出合適可靠的設計。12/3/2022642.1.3設備腐蝕防護技術（2）防蝕強度設計12/1/202.1.3設備腐蝕防護技術③材料耐蝕強度特性的變化

在加工及施工處理時，可能會引起材料耐蝕強度特性的變化，應加以注意。如某些不銹鋼在焊接時，由于敏化溫度影響而造成晶間腐蝕，使材料強度下降，可能會在使用中造成斷裂事故。（3）其它防蝕設計

使用防蝕涂料、電化學保護、緩蝕劑或電鍍、化學鍍、化學轉(zhuǎn)化膜等其它工藝性防腐蝕措施等。12/3/2022652.1.3設備腐蝕防護技術③材料耐蝕強度特性的變化122.1.3設備腐蝕防護技術二、設備的電化學保護根據(jù)金屬電化學腐蝕原理對金屬設備進行保護的一種有效方法。按照作用原理不同，分為陰極保護和陽極保護。（1）陰極保護使被保護的金屬設備發(fā)生陰極極化以減小或防止陽極的溶解速度，。陰極保護通常有兩種：外加電流的陰極保護和犧牲陽極的陰極保護。12/3/2022662.1.3設備腐蝕防護技術二、設備的電化學保護12/1/22.1.3設備腐蝕防護技術陰極保護的原理就是向被保護的金屬通入陰極電流，消除金屬因成分不同造成的電位差，使腐蝕電流降為零，從而保護金屬免遭電化學腐蝕。12/3/2022672.1.3設備腐蝕防護技術陰極保護的原理就是向被保護的金屬2.1.3設備腐蝕防護技術①外加電流的陰極保護優(yōu)點：可用在要求大保護電流的條件下，當使用不溶性陽極時，其裝置耐用。缺點：經(jīng)常維護、檢修，要配備直流電源設備；附近有其它金屬設備時可能產(chǎn)生干擾腐蝕，需要經(jīng)常的操作費用。輔助陽極被保護設備直流電源腐蝕性介質(zhì)圖外加電流陰極保護示意圖（箭頭表示電流方向）12/3/2022682.1.3設備腐蝕防護技術①外加電流的陰極保護輔助陽極被2.1.3設備腐蝕防護技術②犧牲陽極陰極保護優(yōu)點：不用外加電流；施工簡單，管理方便，對附近設備沒有干擾，適用于安裝電源困難、需要局部保護的場合。缺點：只適于需要小保護電流的場合。且電流調(diào)節(jié)困難，陽極消耗大，需定期更換。連接螺栓絕熱層腐蝕性介質(zhì)犧牲陽極被保護設備屏蔽層圖犧牲陽極保護示意圖（箭頭表示電流方向）12/3/2022692.1.3設備腐蝕防護技術②犧牲陽極陰極保護連接螺栓絕熱2.1.3設備腐蝕防護技術使用陰極保護時應考慮以下幾方面的問題腐蝕介質(zhì)必須是電解質(zhì)溶液，能夠離子導電。被保護設備在其腐蝕介質(zhì)中要易于陰極極化.鈍態(tài)金屬設備不宜采用陰極保護。結構、形狀復雜的金屬設備不宜采用陰極保護。由氫脆敏感性材料制作的金屬設備不宜采用陰極保護。12/3/2022702.1.3設備腐蝕防護技術使用陰極保護時應考慮以下幾方面的2.1.3設備腐蝕防護技術（2）陽極保護將被保護的金屬設備進行陽極極化，使其由活化態(tài)轉(zhuǎn)入鈍化態(tài)，從而減輕或防止金屬設備腐蝕。陽極保護適用于那些電位正移時，金屬設備在所處的介質(zhì)中有鈍化行為的金屬-介質(zhì)體系。否則陽極極化將會加速腐蝕。Fe－H2O體系的電位E－pH簡圖

12/3/2022712.1.3設備腐蝕防護技術（2）陽極保護Fe－H2O體系2.1.3設備腐蝕防護技術陽極保護的適用條件與特點某些活性陰離子含量高的介質(zhì)中不宜采用陽極保護。與陰極保護一樣，陽極保護也存在遮蔽效應。與陰極保護相比，成本高、工藝復雜。因為陽極保護需要輔助陰極、直流電源、測量及控制保護電位的設備。被保護設備直流電源輔助陰極腐蝕性介質(zhì)圖陽極保護示意圖（箭頭表示電流方向）12/3/2022722.1.3設備腐蝕防護技術陽極保護的適用條件與特點被保護設2.1.3設備腐蝕防護技術（3）陰極保護與陽極保護的比較陰極保護適用范圍廣；陽極保護則是有條件的。陰極保護效果取決于陰極極化的程度，極化電流不代表腐蝕速度的大??；陽極保護通過陽極極化建立鈍態(tài)，極化電流的大小能反映腐蝕速度的快慢。陰極保護時，電位的偏移只會影響保護效果，不會造成腐蝕速度的顯著變化（自鈍化金屬除外）。陽極保護時，電位的偏離可能造成腐蝕速度加快。12/3/2022732.1.3設備腐蝕防護技術（3）陰極保護與陽極保護的比較12.1.3設備腐蝕防護技術當介質(zhì)具有強氧化性時，采用陰極保護需要大電流陰極極化。采用陽極保護時，由于鈍化膜建立容易，易于進行陽極保護，且效果較好。陰極保護時析氫反應對具有氫脆敏感性的設備有造成氫脆的可能性。陽極保護時，析氫發(fā)生在輔助陰極上，被保護設備不會有產(chǎn)生氫脆的可能性。陰極保護時，輔助電極是陽極，在強氧化性介質(zhì)中容易腐蝕，選擇合適的陽極材料是一大難事。陽極保護時，輔助電極是陰極，其本身就處于被保護狀態(tài)。12/3/2022742.1.3設備腐蝕防護技術當介質(zhì)具有強氧化性時，采用陰極保2.1.3設備腐蝕防護技術三、設備環(huán)境介質(zhì)的控制兩種途徑：控制環(huán)境介質(zhì)中的有害成分和緩蝕劑1、控制環(huán)境介質(zhì)中的有害成分①除去介質(zhì)中的有害成分除氧是改善金屬耐蝕性的有效途徑。加熱除氧法化學除氧法：聯(lián)氨、亞硫酸鈉等。12/3/2022752.1.3設備腐蝕防護技術三、設備環(huán)境介質(zhì)的控制12/1/2.1.3設備腐蝕防護技術②控制介質(zhì)的pH值③降低氣體介質(zhì)的濕度用干燥劑吸收水分；采用冷凝法除去水分或提高溫度降低濕度，使水蒸氣無法凝結。321410pH腐蝕速度圖pH值對金屬腐蝕速度的影響1—Au、Pt；2—Al、Zn、Pb；3—Fe、Cd、Mg、Ni等12/3/2022762.1.3設備腐蝕防護技術②控制介質(zhì)的pH值3214102.1.3設備腐蝕防護技術2、緩蝕劑緩蝕劑是一種在很低的濃度下，能阻止或減緩金屬在腐蝕性介質(zhì)中腐蝕速度的化學物質(zhì)或復合物。必須具備的條件：用量極少、防蝕效果好和不改變介質(zhì)的其他化學性質(zhì)。①分類按化學組成：無機緩蝕劑（硝酸鹽、鉻酸鹽、碳酸鹽、鉬酸鹽等）和有機緩蝕劑（醛類、胺類、雜環(huán)化合物等）。按對電極過程的影響：陽極緩蝕劑（鉻酸鹽、硅酸鈉、苯甲酸鈉等）、陰極緩蝕劑（SbCl3、AsCl3、鋅鹽、聚磷酸鹽及多數(shù)有機緩蝕劑）、混合型緩蝕劑（瓊脂、生物堿、亞硝酸二環(huán)己胺等）。12/3/2022772.1.3設備腐蝕防護技術2、緩蝕劑12/1/2022772.1.3設備腐蝕防護技術②

緩蝕機理吸附理論：極性基團定向吸附排列在金屬的表面，形成連續(xù)吸附層，使金屬與腐蝕介質(zhì)隔離，起到緩蝕作用。成膜理論：分子與金屬或腐蝕性介質(zhì)的離子發(fā)生化學作用，在金屬表面生成具有保護作用的、不溶或難溶的化合物膜層，起到緩蝕的作用。電極過程抑制理論：抑制金屬在介質(zhì)中形成的腐蝕電池的陽極過程、陰極過程或同時抑制這兩個過程，使腐蝕速度減慢，起到了緩蝕的作用。12/3/2022782.1.3設備腐蝕防護技術②緩蝕機理12/1/202272.1.3設備腐蝕防護技術③

影響緩蝕作用的因素及緩蝕劑的應用影響因素：緩蝕劑濃度、溫度、介質(zhì)流速、pH值等。水溶性緩蝕劑：可作為酸、堿、鹽及中性水溶液介質(zhì)的緩蝕劑。油溶性緩蝕劑：溶解在油、脂中制成各種防銹油、防銹脂。氣相緩蝕劑：用作密閉包裝中的緩蝕劑。12/3/2022792.1.3設備腐蝕防護技術③影響緩蝕作用的因素及緩蝕劑的2.1.3設備腐蝕防護技術四、電鍍、化學鍍、化學轉(zhuǎn)化膜防護1、電鍍是使電解液中的金屬離子在直流電作用下，于陰極（待鍍零件）表面沉積出金屬而成為鍍層的工藝過程。2、化學鍍是利用一種合適的還原劑，使溶液中的金屬離子還原并沉積在基體表面的過程。它也被稱為自催化鍍或無電電鍍。優(yōu)點：不需要通以直流電，將鍍件直接浸入化學鍍液；在金屬、半導體、非導體材料上直接進行；表面上可以獲得均勻鍍層；鍍層孔隙少、致密，具有很好的耐磨性，很高的硬度。缺點：鍍液的維護要求較高、需加熱設備、成本高、鍍層有較大脆性。12/3/2022802.1.3設備腐蝕防護技術四、電鍍、化學鍍、化學轉(zhuǎn)化膜防護2.1.3設備腐蝕防護技術3、化學轉(zhuǎn)化膜轉(zhuǎn)化膜：金屬表面的原子層與某些特定介質(zhì)的陰離子反應后，在金屬表面生成的膜層。轉(zhuǎn)化膜可分為電化學轉(zhuǎn)化膜和化學轉(zhuǎn)化膜。電化學轉(zhuǎn)化膜：將待處理的金屬作為陽極，在酸性或堿性電解液中采用控制陽極電流或電壓的方法進行陽極氧化來獲得膜層的。化學轉(zhuǎn)化膜：將待處理的金屬在適宜的金屬鹽溶液中，通過簡單的浸漬，在金屬表面生成的膜層。12/3/2022812.1.3設備腐蝕防護技術3、化學轉(zhuǎn)化膜12/1/20222.1.3設備腐蝕防護技術五、浸鍍、滲鍍、包鍍及熱噴涂防護浸鍍：把金屬制件浸入熔融金屬液中形成鍍層。滲鍍：將一種或幾種元素從表面擴散到基體金屬中去，形成滲層，以改變表面層的化學成分及組織，從而改善金屬材料表面性能。包鍍：將被保護金屬坯料放在保護金屬板中間，加以熱軋，靠機械力、熱擴散使保護金屬與被保護金屬粘合在一起。熱噴涂：是利用高溫熱源，通過特殊設備-噴槍，將涂層材料加熱至熔融或接近熔融狀態(tài)，高速噴至工件表面，并形成防護層的過程。12/3/2022822.1.3設備腐蝕防護技術五、浸鍍、滲鍍、包鍍及熱噴涂防護2.1.3設備腐蝕防護技術六、襯里防護技術1、玻璃鋼襯里玻璃鋼：利用玻璃纖維的增強、粘合樹脂的耐蝕作用；增加涂層厚度、增加涂層機械性能。玻璃鋼襯里：具有較高的機械強度和整體性、耐蝕性高。2、橡膠襯里橡膠襯里：有良好的物理、機械、耐蝕和耐磨性能；粘附力強、施工容易、檢修方便、襯后設備增重少等特點。常用的合成橡膠：丁苯橡膠、氯丁橡膠、丁腈橡膠、丁基橡膠和磺化聚乙烯橡膠等。12/3/2022832.1.3設備腐蝕防護技術六、襯里防護技術12/1/2022.1.3設備腐蝕防護技術七、有機涂料防護涂料防護：通過手工刷涂或機械噴涂等方法，在設備的內(nèi)外表面上粘合一層有機涂料覆蓋層，將腐蝕介質(zhì)與基體表面隔離開來的一種防護技術。常用的耐蝕材料：醇酸樹脂涂料，酚醛樹脂防腐涂料，呋喃樹脂防腐涂料，環(huán)氧樹脂防腐涂料，瀝青防腐涂料，乙烯樹脂防腐涂料，橡膠防腐涂料，有機硅耐熱防腐涂料，富鋅防腐涂料，塑料防腐涂料等。12/3/2022842.1.3設備腐蝕防護技術七、有機涂料防護12/1/202呋喃樹脂材料呋喃砂漿砌花崗巖地面呋喃膠泥砌磚板池槽12/3/202285呋喃樹脂材料呋喃砂漿砌花崗巖地面呋喃膠泥砌磚板池槽12/1/酚醛樹脂酚醛樹脂防腐材料對濃度小于70%的硫酸、任何濃度的鹽酸、氫氟酸、醋酸、大部分有機酸及大多數(shù)有機溶劑、二氧化硫、氯化氫及大部分PH<7的酸性鹽類等均耐蝕。用于玻璃鋼襯里、磚板襯里。

酚醛膠泥襯砌

酚醛浸漬石墨板防腐蝕12/3/202286酚醛樹脂酚醛樹脂防腐材料對濃度小于70%的硫酸、任何濃度硫化橡膠襯里

襯膠-鹽酸專用汽車槽罐

12/3/202287硫化橡膠襯里襯膠-鹽酸專用汽車槽罐

玻璃鋼12/3/202288玻璃鋼12/1/202288聚四氟乙烯簡稱F4，享有‘塑料王”的美譽，采用F4襯里，F(xiàn)30噴涂及PO滾塑等新工藝12/3/202289聚四氟乙烯簡稱F4，享有‘塑料王”的美譽，采用F4襯里，F(xiàn)32.1.4材料的選擇1、材料選取的基本原則材料的耐蝕性能要滿足要求；材料的物理、機械和加工工藝性能要滿足要求；要力求最好的經(jīng)濟效益。12/3/2022902.1.4材料的選擇1、材料選取的基本原則12/1/202.1.4材料的選擇2、選材時應考慮的因素設備或構件的工作環(huán)境；參考已有的腐蝕數(shù)據(jù)資料；從事故調(diào)查的分析記錄中吸取教益；腐蝕試驗；經(jīng)濟與耐用的綜合考慮；防護措施；加工性能、焊接性能，加工后是否會降低其耐蝕性能，否則會前功盡棄；12/3/2022912.1.4材料的選擇2、選材時應考慮的因素12/1/202.2設備的保溫熱水供應系統(tǒng)中的加熱設備、貯熱設備、蒸汽管道、熱水管道及某些凝結水管道都必須保溫。保溫良好的管網(wǎng)的熱損失一般為總輸送熱量的5％～8％，而保溫結構費用約為管網(wǎng)成本的25％～40％，由此可見，熱水供應系統(tǒng)中的設備和管道的保溫對保證熱水的水溫、節(jié)能、節(jié)水和節(jié)約投資都有重要意義。12/3/2022922.2設備的保溫熱水供應系統(tǒng)中的加熱設備、貯熱設備、蒸汽2.2.1保溫的目的保溫的目的主要包括3個方面：(1)減少熱損失，節(jié)能，降低總費用平時運行費用(曲線A)保溫費用(曲線B)總費用曲線C12/3/2022932.2.1保溫的目的保溫的目的主要包括3個方面：12/12.2.1保溫的目的(2)滿足熱水用戶的使用要求設備和管道的保溫設計應首先滿足用戶的使用要求，保證最不利用水點對水溫的要求(3)滿足一定的勞動衛(wèi)生條件，保障人身安全，避免燙傷蒸汽管道保溫層外表面允許的最高溫度與外表面的材質(zhì)有關，當保溫層外表面包上金屬皮時，外表面溫度不得超過55℃，當保溫層外表面為非金屬材料時，外表面溫度不得超過60℃;凝結水管道及附件保溫層外表面允許的最高溫度與環(huán)境溫度有關，當環(huán)境溫度小于5℃時，保溫層外表面允許的最高溫度為40℃；其他情況下為50℃。為滿足上述要求，下列情況應設置保溫：1)當管道或設備外表面的溫度>50℃時；2)要求介質(zhì)溫度保持穩(wěn)定的管道和設備；3)為防止管道、設備中的介質(zhì)凍結或結晶時；4)管道、設備內(nèi)介質(zhì)溫度較高，需經(jīng)常操作維護而又容易引起燙傷的部位；5)寒冷地區(qū)敷設在地溝、吊頂、閣樓層以及室外架空的管道。12/3/2022942.2.1保溫的目的(2)滿足熱水用戶的使用要求設備和管2.2.2保溫材料保溫材料的基本要求（保溫材料熱物理性能表參考教材）導熱系數(shù)：導熱系數(shù)越小越好。耐溫性：有一定的使用溫度范圍，性能穩(wěn)定，能長期使用。容重：小，并有一定的孔隙率，減輕保溫管道的重量，減少支架抗壓強度：應大于0．3MPa。無毒腐蝕作用可燃物少吸水率低易于制造成型價格便宜為了使保溫層不受損壞，延長使用壽命，在保溫層外面通常還要加一層保護層內(nèi)含可燃物及有機物極少，有良好的防水性能，耐壓強度好，不易燃燒，不易開裂或脫皮，導熱系數(shù)低，一般不超過0。33W／(m·K)。12/3/2022952.2.2保溫材料保溫材料的基本要求（保溫材2.2.3保溫結構與施工管道和設備的保溫結構由保溫層和保護層兩部分組成。保溫結構的設計直接影響到保溫效果、投資費用和使用年限等。對保溫結構的選用要求做到以下幾點：(1)保證設備和管道的熱損失不超過允許值(2)保溫結構應有足夠的機械強度(3)處理好保溫結構和管道、設備的熱伸縮4)在滿足上述條件的情況下，保溫材料宜就地取材，做到簡單、可靠，節(jié)省材料(5)為縮短工期、保證質(zhì)量，保溫結構盡可能采用工廠預制成型，減少現(xiàn)場制作(6)保溫結構的保護層，應根據(jù)安裝的環(huán)境條件和防雨防潮要求選用，并作到外表平整、美觀12/3/2022962.2.3保溫結構與施工管道和設備的保溫結構由保溫層和保2.2.3保溫結構與施工常用的保溫結構的形式有綁扎式、澆灌結構式、整體壓制式和噴涂式幾種。綁扎式結構是將保溫材料用鐵絲固定在管道上，外包以保護層，適用于成型保溫材料如預制瓦、管殼和棉毛氈等。這類保溫結構應用較廣，結構簡單，施工方便，外形平整美觀，使用年限較長。澆灌式保溫結構主要用于地下無溝敷設。用于北方地區(qū)地下水位低、土質(zhì)干燥的地方，是一種比較經(jīng)濟的型式。近年來，國內(nèi)生產(chǎn)的硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，用于1100C以下的設備和管道上作保溫材料，也可采用現(xiàn)場澆灌、發(fā)泡成型。這類保溫結構整體性好，保溫效果也好，同時可延長管道的使用壽命。整體壓制式保溫結構是將瀝青珍珠巖在熱態(tài)下，在工廠內(nèi)用機械力量把它直接擠壓在管子上，制成整體式保溫管。瀝青珍珠巖使用于介質(zhì)溫度不超過150℃的設備和管道。噴涂式保溫結構是現(xiàn)代化的一種施工技術，它適用于大面積和特殊設備的保溫。具有勞動強度低、原材料消耗少、保溫結構的整體性好和保溫效果好等特點。其保溫材料一般有膨脹珍珠巖、硅酸鋁纖維以及聚氨酯泡沫塑料除了上述幾種保溫結構外，過去還有膠泥式、填充式，因其施工方法繁瑣落后，費工費時，保溫性能差，近年來已很少使用12/3/2022972.2.3保溫結構與施工常用的保溫結構的形式有綁扎式、澆2.2.3保溫結構與施工常見保護層有金屬和非金屬兩種，金屬保護層有鋁皮、鍍鋅鐵皮等，使用年限長，可達20年以上。非金屬保護層有鋁箔玻璃布保護層、鋁箔牛皮紙保護層、玻璃絲布保護層、油氈玻纖布保護層、油氈鐵絲網(wǎng)瀝青膠泥保護層、石棉水泥保護層、玻璃鋼外殼保護層等。12/3/2022982.2.3保溫結構與施工常見保護層有金屬和非金屬兩種，1防腐工程展示湖南株洲冶煉廠十萬噸鋅電解廠房地面主體

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給水排水工程專業(yè)基礎課程環(huán)境與市政工程學院水工藝設備基礎2006-12給水排水教研室給水排水工程專業(yè)第2章材料設備的腐蝕防護與保溫主要內(nèi)容：材料設備的腐蝕與防護設備的保溫重點：掌握水工藝設備及常用材料的腐蝕與防護的基本原理與方法。難點：設備、材料的腐蝕原理與方法。12/3/2022110第2章材料設備的腐蝕防護與保溫主要內(nèi)容：12/1/202材料腐蝕分類金屬材料腐蝕非金屬材料腐蝕化學腐蝕電化學腐蝕高溫腐蝕常溫腐蝕材料類型腐蝕機理腐蝕環(huán)境分類依據(jù)12/3/2022111材料腐蝕分類金屬材料腐蝕非金屬材料腐蝕化學腐蝕電化學腐蝕高溫金屬材料腐蝕分類大氣腐蝕土壤腐蝕自然環(huán)境依據(jù)腐蝕的環(huán)境狀態(tài)（自然環(huán)境和工業(yè)環(huán)境）淡水腐蝕海水腐蝕微生物腐蝕酸性溶液堿性溶液工業(yè)環(huán)境鹽類溶液工業(yè)水中液態(tài)金屬12/3/2022112金屬材料腐蝕分類大氣腐蝕土壤腐蝕自然環(huán)境依據(jù)腐蝕的環(huán)境狀態(tài)淡金屬材料腐蝕分類電偶腐蝕點蝕局部腐蝕依據(jù)腐蝕形態(tài)（全面腐蝕、局部腐蝕、力與環(huán)境因素共同作用下的腐蝕）縫隙腐蝕晶間腐蝕選擇性腐蝕氫致開裂應力腐蝕共同作用腐蝕疲勞腐蝕磨損均勻的不均勻的全面腐蝕12/3/2022113金屬材料腐蝕分類電偶腐蝕點蝕局部腐蝕依據(jù)腐蝕形態(tài)（全面腐蝕、設備材料腐蝕圖片12/3/2022114設備材料腐蝕圖片12/1/20226設備材料腐蝕圖片12/3/2022115設備材料腐蝕圖片12/1/202272.1材料設備的腐蝕與防護1、腐蝕概念

腐蝕是材料與它所處環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生作用而引起材料的變質(zhì)和破壞。材料環(huán)境介質(zhì)發(fā)生作用腐蝕問題無處不在。2.1.1概述12/3/20221162.1材料設備的腐蝕與防護1、腐蝕概念2.1.1概述122.1.1概述2、腐蝕的危害經(jīng)濟損失巨大資源和能源浪費嚴重引發(fā)災難性事故造成環(huán)境污染（跑、冒、滴、漏）阻礙新技術的發(fā)展12/3/20221172.1.1概述2、腐蝕的危害12/1/202292.1.1概述自來水管道腐蝕化學和生物腐蝕(沉積物、銹蝕物、粘垢)；管壁變薄、出現(xiàn)局部的凹坑和麻點(黑水、紅水、綠水)；水質(zhì)變壞、降低管網(wǎng)輸水能力、增加泵站能耗、可能產(chǎn)生爆管。12/3/20221182.1.1概述自來水管道腐蝕12/1/2022102.1.1概述鍋爐爐管的腐蝕溶解氧腐蝕（電化學腐蝕，鐵為陽極，氧為陰極）；給水含鹽量過高加速了溶解氧腐蝕；保持鍋爐薄垢運行，能有效減緩金屬的氧腐蝕；12/3/20221192.1.1概述鍋爐爐管的腐蝕12/1/2022112.1.1概述熱水鍋爐氧腐蝕管線長，補水量過多，使得水中氧氣量增加；水中pH偏低；給水未采取除氧措施；鍋爐水中的氧未析出，附著在鍋爐受熱面上。12/3/20221202.1.1概述熱水鍋爐氧腐蝕12/1/2022122.1.2腐蝕與防護基本原理一、金屬腐蝕金屬腐蝕是指金屬與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學或電化作用，由單質(zhì)變成化合物的過程。金屬腐蝕主要有化學腐蝕、電化學腐蝕。這個過程能否進行是熱力學問題，進行速度如何是動力學問題。12/3/20221212.1.2腐蝕與防護基本原理一、金屬腐蝕12/1/20222.1.2腐蝕與防護基本原理1、金屬的化學腐蝕純氧化還原過程，金屬被氧化，腐蝕介質(zhì)被還原；氣體腐蝕、非電解質(zhì)溶液腐蝕；反應進行中沒有電流產(chǎn)生。（1）金屬氧化及其氧化膜大多數(shù)金屬氧化在其表面上形成一層氧化物固相膜；氧化膜減慢金屬繼續(xù)氧化的速度。12/3/20221222.1.2腐蝕與防護基本原理1、金屬的化學腐蝕12/1/22.1.2腐蝕與防護基本原理12/3/20221232.1.2腐蝕與防護基本原理12/1/2022152.1.2腐蝕與防護基本原理12/3/20221242.1.2腐蝕與防護基本原理12/1/2022162.1.2腐蝕與防護基本原理（2）鋼鐵的氣體腐蝕高溫氧化、脫碳、氫蝕和鑄鐵腫脹。①高溫氧化鐵在鑄造、扎制、熱處理過程中發(fā)生高溫氧化。570℃以下，生成的氧化物為Fe3O4和Fe2O3超過570℃時，在氧化膜內(nèi)層生成FeO。高于800℃，表面上就開始形成多孔、疏松的“氧化皮”。12/3/20221252.1.2腐蝕與防護基本原理（2）鋼鐵的氣體腐蝕12/1/2.1.2腐蝕與防護基本原理②

脫碳脫碳是指在腐蝕過程中，除了生成氧化皮層外，與氧化皮層相連的內(nèi)層滲碳體Fe3C與介質(zhì)中的氧、二氧化碳、水等作用，生成的氣體降低了膜的保護作用。防止：增加氣體介質(zhì)中CO和CH4的含量或在鋼中添加鋁和鎢。12/3/20221262.1.2腐蝕與防護基本原理②脫碳12/1/2022182.1.2腐蝕與防護基本原理③

氫蝕第一階段是可逆氫脆：氫以原子狀態(tài)向鋼的內(nèi)部擴散，沒有起化學反應，也未改變其組織，卻降低了鋼的韌性。在一定條件下韌性又可以部分或全部恢復。第二階段是氫蝕階段：侵入并擴散到鋼中的氫與不穩(wěn)定化合物發(fā)生反應。防止：降低含碳量、加合金元素。12/3/20221272.1.2腐蝕與防護基本原理③氫蝕12/1/2022192.1.2腐蝕與防護基本原理④鑄鐵的腫脹是一種晶間氣體腐蝕。腐蝕性氣體沿晶界、石墨夾雜物和細微裂縫滲入到鑄鐵內(nèi)部，發(fā)生氧化作用。由于氧化物的生成，鑄鐵體積變大，產(chǎn)生腫脹，其強度大大降低。

防止：加適量硅（5%—10%）。12/3/20221282.1.2腐蝕與防護基本原理④鑄鐵的腫脹12/1/2022.1.2腐蝕與防護基本原理（3）防止鋼鐵氣體腐蝕的方法合金化：加入元素Cr、Al、Si，在氧化性介質(zhì)中形成極穩(wěn)定的Cr2O3、Al2O3、SiO2，形成有效的保護層。改善介質(zhì)：通過設法改善介質(zhì)成分。應用保護性覆蓋層：涂層將金屬和氣體介質(zhì)隔離開來。耐高溫氧化的陶瓷覆蓋層：采用熱噴涂或等離子噴涂的方法，在金屬表面形成耐高溫氧化的陶瓷覆蓋層。12/3/20221292.1.2腐蝕與防護基本原理（3）防止鋼鐵氣體腐蝕的方法12.1.2腐蝕與防護基本原理2、金屬的電化學腐蝕金屬在電解質(zhì)介質(zhì)中由于電化學作用發(fā)生的腐蝕；是一種最普通的金屬腐蝕現(xiàn)象；發(fā)生原因：金屬和水溶液兩類導體、金屬表面的微觀區(qū)域存在差異腐蝕過程中有電流流動；腐蝕過程包括：陽極過程、電子轉(zhuǎn)移、陰極過程。12/3/20221302.1.2腐蝕與防護基本原理2、金屬的電化學腐蝕12/1/金屬腐蝕原電池分類依據(jù)電極尺寸：宏觀和微觀腐蝕原電池異種金屬侵入不同的電解質(zhì)溶液異種金屬在同一腐蝕介質(zhì)中接觸（電偶電池）宏觀腐蝕電池濃差腐蝕溫差腐蝕12/3/2022131金屬腐蝕原電池分類依據(jù)電極尺寸：宏觀和微觀腐蝕原電池異種金屬腐蝕原電池原理腐蝕原電池原理2.1.2腐蝕與防護基本原理（1）微觀腐蝕原電池腐蝕原電池：金屬腐蝕的短路原電池。產(chǎn)生條件：化學成分不均一；組織結構不均一；物理狀態(tài)不均一；表面氧化膜不完整。引起金屬表面電極電位的不同。電極電位較低作陽極（腐蝕），較高作陰極。12/3/20221332.1.2腐蝕與防護基本原理（1）微觀腐蝕原電池12/1/2.1.2腐蝕與防護基本原理（2）極化極化：電流通過電極，陰極電位減小，陽極電位增大，減小了電池兩極之間的電位差，降低金屬腐蝕速度。陰極極化、陽極極化?；罨瘶O化：電化學反應遲緩造成；濃差極化：電極反應物（或反應生成物）輸運遲緩造成；電阻極化：在電極表面上生成了具有保護作用的氧化膜或不溶性的腐蝕產(chǎn)物等引起的。12/3/20221342.1.2腐蝕與防護基本原理（2）極化12/1/202222.1.2腐蝕與防護基本原理（3）鈍化鈍化就是金屬與介質(zhì)作用后，失去其化學活性，變得更為穩(wěn)定的現(xiàn)象。使金屬發(fā)生鈍化的物質(zhì)稱為鈍化劑。成相膜理論：當金屬溶解時，可在金屬表面生成一層致密的、覆蓋性良好的固體產(chǎn)物。吸附理論：引起金屬鈍化并不一定要形成固相膜，而只要在金屬表面或部分表面上形成氧或含氧粒子的吸附層。使金屬保持鈍化方法：陽極保護、控制氧化劑濃度、加鉻、鋁、硅、鎳等元素。12/3/20221352.1.2腐蝕與防護基本原理（3）鈍化12/1/202222.1.2腐蝕與防護基本原理陽極鈍化或電化學鈍化金屬除依靠與鈍化劑相互作用鈍化外，還可通過陽極極化發(fā)生鈍化。金屬在一定介質(zhì)中進行陽極極化時，當外加電流或電位達到或超過一定值后，金屬發(fā)生從活化態(tài)到鈍化態(tài)的轉(zhuǎn)變，金屬的溶解速度降低到一個很低的值，并且在一定的電位范圍內(nèi)基本保持不變。就是金屬與介質(zhì)作用后，失去其化學活性，變得更為穩(wěn)定的現(xiàn)象。12/3/20221362.1.2腐蝕與防護基本原理陽極鈍化或電化學鈍化12/1/2.1.2腐蝕與防護基本原理（4）氫去極化和氧去極化腐蝕①氫去極化腐蝕以氫離子還原反應為陰極過程的腐蝕稱為氫去極化腐蝕，簡稱析氫腐蝕。氫去極化過程包括以下幾個步驟：水化氫離子脫水H＋·nH2O→H＋＋nH2O形成吸附氫原子H＋＋M(e)→MH（電化學步驟）吸附氫原子脫附MH＋MH→H2＋2M（脫附步驟）氫分子形成氣泡，從表面逸出。12/3/20221372.1.2腐蝕與防護基本原理（4）氫去極化和氧去極化腐蝕12.1.2腐蝕與防護基本原理影響氫去極化腐蝕的主要因素：金屬材料的性狀：金屬材料的性質(zhì)、表面狀態(tài)及金屬陰極相雜質(zhì)。氫過電位。pH值：減小，氫離子濃度增大，氫電極電位變得更正，加速金屬的腐蝕陰極區(qū)的面積：增加，氫過電位減小，陰極極化率降低，析氫反應加快，從而導致腐蝕速度增大。溫度：升高使氫過電位減小，而且溫度升高，陽極反應和陰極反應都將加快。12/3/20221382.1.2腐蝕與防護基本原理影響氫去極化腐蝕的主要因素：12.1.2腐蝕與防護基本原理②氧去極化腐蝕吸氧腐蝕：在中性和堿性溶液中，由于氫離子的濃度較低，析氫反應的電位較負，一般金屬腐蝕過程的陰極反應往往不是析氫反應，而是溶液中的氧的還原反應，此時腐蝕去極化劑是氧分子。吸氧腐蝕形成條件：當金屬的電極電位較氧電極的平衡電位為負。

12/3/20221392.1.2腐蝕與防護基本原理②氧去極化腐蝕12/1/22.1.2腐蝕與防護基本原理氧去極化過程有以下幾個步驟組成：氧通過氣/液界面?zhèn)髻|(zhì)，由空氣進入溶液；溶解氧通過對流擴散均布在溶液中；氧以擴散方式通過電極表面的擴散層，到達金屬的表面；氧在金屬表面進行還原反應。12/3/20221402.1.2腐蝕與防護基本原理氧去極化過程有以下幾個步驟組成2.1.2腐蝕與防護基本原理影響氧去極化腐蝕的主要因素：陽極材料電極電位：降低，氧去極化腐蝕的速度增大。溶解氧濃度：增大，氧去極化腐蝕速度隨之增大。溶液流速：越大，腐蝕速度也就越大。鹽濃度：增大，溶液的電導率增大，腐蝕速度將有所提高。溫度：升高氧的擴散和電極反應速度加快，因此在一定溫度范圍內(nèi)，隨溫度升高腐蝕速度加快。12/3/20221412.1.2腐蝕與防護基本原理影響氧去極化腐蝕的主要因素：1析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較去極化劑性質(zhì)：電氫離子、遷移速度和擴散能力大；中性氧分子，靠擴散和對流傳輸去極化劑濃度：濃度大，酸性溶液中氫離子放電，中性或堿性溶液中水分子釋放氫離子；濃度不大，在一定條件下，溶解度受到限制。陰極控制：活化計劃；濃差極化陰極反應產(chǎn)物：以氫氣溢出，電極表面溶液得到附加攪拌；產(chǎn)物只能靠擴散或遷移離開，無氣泡溢出。12/3/2022142析氫腐蝕和吸氧腐蝕比較去極化劑性質(zhì)：電氫離子、遷移速度和擴散2.1.2腐蝕與防護基本原理3、金屬腐蝕破壞的形態(tài)12/3/20221432.1.2腐蝕與防護基本原理3、金屬腐蝕破壞的形態(tài)12/12.1.2腐蝕與防護基本原理（1）全面腐蝕特征：腐蝕分布在整個金屬表面，結果使金屬構件截面尺寸減小，直至完全破壞。控制：合理選材、留有裕量；施加保護性覆蓋層；緩蝕劑；電化學保護。12/3/20221442.1.2腐蝕與防護基本原理（1）全面腐蝕12/1/2022.1.2腐蝕與防護基本原理（2）局部腐蝕腐蝕集中在金屬表面局部地區(qū)，而其它大部分表面幾乎不腐蝕，稱為局部腐蝕。12/3/20221452.1.2腐蝕與防護基本原理（2）局部腐蝕12/1/20212/3/202214612/1/2022382.1.2腐蝕與防護基本原理①電偶腐蝕電偶腐蝕：兩種金屬在同一介質(zhì)中接觸，腐蝕電位不相等，便有電偶電流流動，電位較低金屬局部腐蝕,電位較高的金屬，溶解速度減小。亦稱接觸腐蝕或雙金屬腐蝕。防止：

正確選取材料，選取電偶序中相距較近的合金；

消除面積效應，減小陰極面積；

添加環(huán)緩蝕劑。12/3/20221472.1.2腐蝕與防護基本原理①電偶腐蝕12/1/20222.1.2腐蝕與防護基本原理②小孔腐蝕小孔腐蝕：金屬表面局部出現(xiàn)向深處發(fā)展的腐蝕小孔，其余地區(qū)不被腐蝕或者只有輕微腐蝕，也稱孔蝕或點蝕?？刂疲汉辖鸬某煞趾徒M織：孔蝕的敏感性與合金的成分、組織以及冶金質(zhì)量有密切的關系。介質(zhì)的組成和狀況：盡量降低介質(zhì)中鹵素。緩蝕劑：硝酸鹽、鉻酸鹽、硫酸鹽及堿等。陰極保護：金屬電極電位控制在孔蝕保護電位以下。12/3/20221482.1.2腐蝕與防護基本原理②小孔腐蝕12/1/20222.1.2腐蝕與防護基本原理③縫隙腐蝕

縫隙腐蝕：腐蝕發(fā)生在縫隙內(nèi)。發(fā)生和發(fā)展機理與孔蝕很相似，存在縫隙是表面缺陷，縫隙內(nèi)是缺氧區(qū)，成為陽極而迅速被腐蝕。防止：消除縫隙。盡可能避免形成縫隙和積液的死角。對不可避免的縫隙，要采取相應的保護措施。盡量控制介質(zhì)中溶解氧的濃度，使溶氧濃度低于5×10－6mol/L，這樣在縫隙處就很難形成氧濃差電池。12/3/20221492.1.2腐蝕與防護基本原理③縫隙腐蝕12/1/202.1.2腐蝕與防護基本原理④晶間腐蝕晶間腐蝕：金屬材料在特定的腐蝕介質(zhì)中沿著材料的晶粒邊界或晶界附近發(fā)生腐蝕，使晶粒之間喪失結合力的一種局部破壞的腐蝕現(xiàn)象。腐蝕從表面沿著晶界深入內(nèi)部，外表看不出腐蝕跡象，可用金相顯微鏡看出呈網(wǎng)狀腐蝕，失去強度。貧化理論：晶界與晶內(nèi)的電極電位的形成，形成一晶界區(qū)為陽極，晶粒本體為陰極的微觀腐蝕電池。晶間腐蝕的控制：材料本身的成分和組織。奧氏體不銹鋼敏化型晶間腐蝕為例：降低鋼的含碳量；穩(wěn)定化處理；重新固溶處理。12/3/20221502.1.2腐蝕與防護基本原理④晶間腐蝕12/1/202晶間腐蝕晶間腐蝕2.1.2腐蝕與防護基本原理⑤選擇性腐蝕選擇性腐蝕：多元合金在電解質(zhì)溶液中由于組元之間化學性質(zhì)的不均勻，構成腐蝕電池。含有不同成分的金屬材料，在一定的條件下，其中一部分元素被腐蝕浸出，只剩下其余組分構成的海綿狀物質(zhì)，強度和延性喪失，稱為選擇性腐蝕，例如黃銅在腐蝕介質(zhì)中被鋅浸出，灰口鑄鐵脫鐵。12/3/20221522.1.2腐蝕與防護基本原理⑤選擇性腐蝕12/1/2022.1.2腐蝕與防護基本原理（3）應力作用下的腐蝕①應力腐蝕開裂:腐蝕和拉應力同時作用下使金屬產(chǎn)生破裂，稱為應力腐蝕。大致過程為：金屬表面生成的保護膜在拉應力作用下，產(chǎn)生局部腐蝕，產(chǎn)生孔蝕或縫隙腐蝕，孔蝕或縫隙腐蝕一方面向縱深發(fā)展，一方面由于拉應力作用使縫隙兩端的膜反復破裂，腐蝕沿著與拉應力垂直的方向前進，造成裂縫，嚴重時發(fā)生斷裂。發(fā)生應力腐蝕的三個必要條件：敏感的合金、特定的介質(zhì)和一定的靜應力。12/3/20221532.1.2腐蝕與防護基本原理（3）應力作用下的腐蝕12/12.1.2腐蝕與防護基本原理應力腐蝕的機理：陽極溶解機理：應力腐蝕裂紋的形成與擴展是陽極通道的形成與其延伸的過程。氫脆機理：陰極析氫反應在金屬表面形成的吸附氫原子滲入內(nèi)部引起氫脆，是導致應力腐蝕的主要原因。12/3/20221542.1.2腐蝕與防護基本原理應力腐蝕的機理：12/1/202.1.2腐蝕與防護基本原理防止：正確選材:避免構成應力腐蝕體系，減輕應力腐蝕的敏感性。合理設計、改進制造工藝：盡量減小應力集中效應。改善環(huán)境介質(zhì)：消除或減少介質(zhì)中促進應力腐蝕的有害物質(zhì)，加入適當?shù)木徫g劑。電化學保護：外加電流極化，使金屬的電位遠離應力腐蝕敏感區(qū)12/3/20221552.1.2腐蝕與防護基本原理防止：12/1/2022472.1.2腐蝕與防護基本原理②腐蝕疲勞腐蝕疲勞：腐蝕介質(zhì)和交變應力協(xié)同作用所引起的材料破壞的現(xiàn)象。特點：沒有真實的疲勞極限；在任何腐蝕介質(zhì)中都可能發(fā)生；性能與載荷頻率、應力以及載荷波形有密切關系；裂紋往往是多源的。防止：正確選材；合理設計、改進制造工藝和結構設計應避免應力集中；改善介質(zhì)條件；電化學保護。12/3/20221562.1.2腐蝕與防護基本原理②腐蝕疲勞12/1/20222.1.2腐蝕與防護基本原理③磨損腐蝕磨損腐蝕：流體介質(zhì)與金屬之間或金屬零件間的相對運動，引起金屬局部區(qū)域加速腐蝕破壞的現(xiàn)象，簡稱磨蝕。磨蝕又可分為湍流腐蝕、空泡腐蝕和摩振腐蝕。湍流腐蝕空泡腐蝕摩振腐蝕12/3/20221572.1.2腐蝕與防護基本原理③磨損腐蝕12/1/20222.1.2腐蝕與防護基本原理（4）微生物腐蝕由于介質(zhì)中存在著某些微生物而使金屬的腐蝕過程加速的現(xiàn)象，稱之為微生物腐蝕，也簡稱為細菌腐蝕。并非微生物本身對金屬的腐蝕，而是它們生命活動的結果直接或間接地對金屬腐蝕過程產(chǎn)生影響。①影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面：代謝產(chǎn)物具有腐蝕作用。如硫酸、有機酸和硫化物。改變環(huán)境介質(zhì)條件。如：pH值、溶解氧等。影響電極極化過程。破壞非金屬保護覆蓋層或緩蝕劑的穩(wěn)定性。12/3/20221582.1.2腐蝕與防護基本原理（4）微生物腐蝕12/1/202.1.2腐蝕與防護基本原理②常見的細菌腐蝕：厭氧性細菌腐蝕：硫酸鹽還原菌（SRB），使硫酸鹽還原成硫化物，生成硫化氫，進而與鐵反應形成硫化鐵，加速了鋼鐵的腐蝕。好氧性細菌的腐蝕：如硫氧化菌、鐵細菌、硫代硫酸鹽氧化菌等。以硫氧化菌為例，它將硫和含硫化合物氧化成硫酸，造成腐蝕性極強的環(huán)境，導致材料的快速腐蝕。厭氧與好氧聯(lián)合作用下的腐蝕：兩類細菌的腐蝕與繁衍相輔相成，更加速了金屬的腐蝕。細菌聯(lián)合作用腐蝕的情況很普遍。12/3/20221592.1.2腐蝕與防護基本原理②常見的細菌腐蝕：12/1/2.1.2腐蝕與防護基本原理③細菌腐蝕的控制：使用殺菌劑或抑菌劑：根據(jù)細菌種類及介質(zhì)選擇高效、低毒和無腐蝕性的藥劑。改變環(huán)境條件：提高介質(zhì)的pH值及溫度（pH>9.0，溫度T>50℃）、排泄積水、改善通氣條件、減少有機物營養(yǎng)源等。覆蓋防護層：采用