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三、沖刷腐蝕的機理

由機械磨損和電化學(xué)腐蝕的相互作用引起的金屬材料的腐蝕速率就是沖刷腐蝕的速率。目前認為：沖刷腐蝕所造成的總的金屬材料損失量，不僅僅是單純腐蝕及純沖刷失重的簡(jiǎn)單疊加，而是腐蝕電化學(xué)與沖刷力學(xué)因素相互影響產(chǎn)生交互作用所致。

1）沖刷影響腐蝕的機理：流體沖刷造成材料局部酸化，加速材料腐蝕速率，并阻止產(chǎn)物膜的形成。流體噴射引起流體形態(tài)的劇烈變化，促進(jìn)傳質(zhì)過(guò)程，加速材料腐蝕過(guò)程。造成了材料表面材料鈍化膜/保護膜的減薄、破裂或使材料發(fā)生塑性變形，位錯聚集 ，局部 能量升高 ，從而加速腐蝕。

2）腐蝕影響沖刷的機理：腐蝕作用粗化并破壞材料硬化表面，暴露出材料基體，降低了材料的機械性能，促進(jìn)沖刷作用效果。電化學(xué)腐蝕作用造成了材料表面的不均勻性，在顆粒的沖擊下導致產(chǎn)物膜易脫落，使得基體暴露于沖刷環(huán)境，腐蝕速率顯著(zhù)增加。晶界、相界面處優(yōu)先發(fā)生腐蝕侵蝕，這些部位更加容易被固體顆粒沖刷剝落。

特別地，有研究發(fā)現沖刷與腐蝕的交互作用也會(huì )存在負值現象。這是因為在材料表面形成致密的鈍化膜/保護膜，并迅速生長(cháng)和硬化，抑制材料傳質(zhì)過(guò)程，降低了固相顆粒的磨損效果，腐蝕速率顯著(zhù)下降。交互作用負值的出現會(huì )直接影響到材料總失重量的降低，對于提高材料沖刷腐蝕性能是有益的。

四、影響沖刷腐蝕的因素

沖刷腐蝕的影響因素眾多，包括材料物理化學(xué)性質(zhì)、介質(zhì)特性、流體力學(xué)等。因此，根據不同的腐蝕體系和具體情況，沖刷腐蝕表現表現出不同的影響主控因素。

01 流速

流速對沖刷腐蝕的影響作用最為顯著(zhù)，會(huì )直接影響到?jīng)_刷腐蝕機理及其變化。例如：增大流速既可以增大腐蝕也可以減緩腐蝕，取決于流速對腐蝕機理的影響。在單相和雙相流動(dòng)氯化物體系中，隨著(zhù)流速的增大而協(xié)同效應增強，腐蝕速度增大；當流速增大到某一個(gè)臨界值時(shí)，試樣表面出現坑、點(diǎn)等局部腐蝕。然而某些情況下增大流速也會(huì )減緩腐蝕，例如依靠沖刷掉腐蝕產(chǎn)物來(lái)阻止某些局部腐蝕的形成、在高流速條件下加入緩蝕劑來(lái)減緩腐蝕等。

02 流態(tài)

流體流態(tài)對沖刷腐蝕具有十分重要的影響，主要通過(guò)以下兩方面作用：一、由于很多電化學(xué)腐蝕過(guò)程是擴散控制或混合控制體系，因而與反應物向材料表面的傳輸以及腐蝕產(chǎn)物向溶液本體的傳輸過(guò)程會(huì )受流體流態(tài)影響；另一方面，不同流體流態(tài)（層流或紊流）下所引起的流體力學(xué)損傷形式和效果也不相同。

通常認為，流態(tài)包括層流和湍流，湍流在金屬表面的液體攪動(dòng)程度要比層流劇烈得多，若存在凸出物、沉積物、縫隙、突然改變流向的截面以及其它能破壞層流的障礙，沖刷腐蝕往往更加嚴重。

03 溫度

在溫度較高時(shí)，流體中沙粒的運動(dòng)受液體流動(dòng)的影響較小，導致更多沙粒撞擊金屬表面；熱力學(xué)驅動(dòng)力增大，金屬反應活性升高。微觀(guān)觀(guān)察顯示：在溶液溫度上升的條件下，電極表面腐蝕區域范圍擴大，裂縫和腐蝕點(diǎn)數目增多。因此，高溫流體往往造成的沖刷腐蝕嚴重。

04 固體顆粒

一般來(lái)說(shuō)，顆粒硬度越高，半徑越大，沖刷腐蝕越嚴重；顆粒濃度越大，沖刷腐蝕速率的絕對值增大。

但是，過(guò)大的顆粒濃度反而會(huì )產(chǎn)生屏蔽效應，使得沖刷腐蝕效率降低，而且多角顆粒往往比球形顆粒造成更大的沖刷腐蝕。

05 沖刷角度

在含固相顆粒的流體中，流體沖刷作用對沖刷磨損影響較大。流體沖刷角對沖刷腐蝕的影響主要表現為剪切應力和正應力。剪切應力通過(guò)削薄甚至移除鋼表面的氧化膜而增強沖刷腐蝕，而正應力則是通過(guò)撞擊或損傷電極表面而產(chǎn)生孔洞。當沖刷角小于45°時(shí)，剪切應力占主導地位；大于45°時(shí)，正應力占主導地位。

06 金屬表面狀態(tài)

金屬材料表面的鈍化膜、粗糙度等方面，也會(huì )對沖刷腐蝕造成影響。

金屬材料表面在沖刷腐蝕中能否形成產(chǎn)生保護性質(zhì)的鈍化膜以及鈍化膜破裂后能否快速修復，是金屬表面在沖刷腐蝕中一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題。若沖刷速度低時(shí)，沖刷所造成的機械破壞作用較小，同時(shí)沖刷過(guò)程加速了氧的運輸，這對金屬表面的鈍化膜的修復作用大于破壞作用，從而材料出現自鈍化現象，減弱了沖刷腐蝕；當沖刷速度高時(shí)，沖刷的機械作用占主導地位，鈍化膜被破壞的速度大于膜修復的速度，造成材料表面被活化，增強了沖刷腐蝕。

金屬材料的表面粗糙度也是一個(gè)很重要的因素。若流體中含Cl-，表面粗糙度較高的材料的點(diǎn)蝕電位較低。經(jīng)過(guò)泥漿沖刷后，粗糙度較高的材料的點(diǎn)蝕電位會(huì )升高，較光滑試樣的點(diǎn)蝕電位會(huì )降低。點(diǎn)蝕電位降低會(huì )增加材料發(fā)生點(diǎn)蝕的可能性。

07pH值

流體的pH值不同，沖刷腐蝕的速率也不同。例如在流速保持一定的條件下，流體的pH值降低到3.6，在銅鎳合金表面無(wú)法形成保護膜，耐沖刷腐蝕的能力降低。這是由于金屬材料表面生成膜的成分及其性質(zhì)不同導致的。

08壓力

若流體中存在CO2、H2S等腐蝕介質(zhì)，壓力是影響材料沖刷腐蝕程度的第一要素，隨壓力的升高，腐蝕效果會(huì )逐漸增強，從而通過(guò)增加腐蝕速率促進(jìn)沖刷腐蝕的效果。

五、對沖刷腐蝕的防腐措施

1）升級金屬材料：在流速高的部位以及流道方向有突變的地方，更換硬度更高的管材，降低沖蝕效果。

2）調整管件尺寸：加大彎頭的彎曲半徑，或通過(guò)前后安裝同心異徑管來(lái)增大彎頭的流通直徑，以降低流速。

3）改善管件結構：加厚受磨損的部位，或用盲三通代替彎頭。當顆粒運動(dòng)到盲端會(huì )聚集成一層保護層，避免了與彎管劇烈摩擦和沖擊過(guò)程，降低沖蝕的效果。

4）優(yōu)化工藝參數：若降低流速，流體對管件的沖蝕依然存在等問(wèn)題，應充分分析的基礎上，判斷判斷流體對管件的沖蝕位置，使該位置避開(kāi)最高應力區和連接焊縫區，最好是在最低應力區。

5）凈化流體介質(zhì)：將流體中存在的顆粒雜質(zhì)過(guò)濾，以及脫離液體中存在的氣體。

6）添加緩蝕劑：通過(guò)藥劑成膜隔離來(lái)減緩沖蝕與腐蝕的交互作用，進(jìn)而降低沖刷腐蝕。

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