二氧化碳的腐蚀性及其防护措施
干燥的CO2气体本身没有腐蚀性。CO2较易溶解在水中,二氧化碳溶于水后对部分金属材料有极强的腐蚀性,由此而引起的材料破坏统称CO2腐蚀。在相同的PH值下,由于CO2的总酸度比盐酸高,因此,它对钢铁的腐蚀比盐酸还严重。
CO2腐蚀受到众多因素的影响,概括起来主要可分为:
1.环境因素包括CO2分压(Pco2)、介质温度(T)、水介质矿化度、PH值、水溶液中Cl2、HCO3、Ca、Mg、微量H2S和O2、细菌等的含量,油气混合介质中的蜡含量,介质载荷、流速及流动状态,材料表面垢的结构与性质等。
2.材料因素包括材料种类,材料中合金元素Cr、C、Ni、Si、Mo、Cu、Co等的含量,材料表面膜等。
CO2对设备可形成全面腐蚀(也称均匀腐蚀),也可形成局部腐蚀。形成全面腐蚀时,金属的全部或大部面积上均匀地受到破坏,常用单位时间、单位面积上的材料损失的质量或单位时间内材料损失的平均厚度来表示均匀腐蚀速率。形成局部腐蚀时,钢铁表面某些局部发生严重的腐蚀而其他部分没有腐蚀或依然只发生轻微的腐蚀。不同类型的局部腐蚀形态不同,例如,点蚀出现凹空并且四周光滑,台地腐蚀出现较大面积的凹台,底部平整,周边垂直凹底,流动诱使局部腐蚀形状如凹沟,即平行于物流流动方向的刀形线槽沟。
CO2腐蚀的控制
CO2溶于水对钢铁有强烈的腐蚀性,因此,在化学和石油工业中有必要采取一些防护措施控制CO2的 腐蚀。这些防护措施主要分为:
1.调整碳钢和低合金钢的成分,以增加金属的耐蚀性,甚至采用非金属材料;
2.改变金属的使用环境,以降低环境对金属的腐蚀;
3.使用缓蚀剂;
4.电化学保护;
5. 采用保护性覆盖层
关于二氧化碳的腐蚀性
“CO2腐蚀”这个术语1925年第一次被API(美国石油学会)采用。1943年,首次认为出现在Texas油田的气井下油管的腐蚀为CO2腐蚀。CO2在水介质中能引起钢铁迅速的全面腐蚀和严重的局部腐蚀,管道和设备发生早期腐蚀,往往造成严重的后果。在前苏联,油田设备CO2腐蚀是在1961~1962年开发克拉斯诺尔边疆区油气田时首次发现的,设备内表面的腐蚀速度达5~8mm·a-1,导致设备损坏和产生事故隐患。美国Little Creek油田实施CO2驱油试验期间,在无任何抑制的情况下,不到5个月的时间采油井油管管壁就腐蚀穿孔,腐蚀速度高达12.7mm·a-1。油气田中这种恶性事故是CO2腐蚀的直接结果,它不仅造成巨大的经济损失,而且造成严重的社会后果。类似的CO2腐蚀破坏事故在南海油田、四川油气田都发生过。
在化肥生产等化工设备中,也常发生CO2腐蚀。如镇海石化总厂的大型化肥厂的高压CO2水冷器,将CO2气体冷却到合适温度后进入高压合成系统。该设备是U型管换热器。第一台U型管材质为3074L不锈钢,壁厚3mm,投产后一个半月因发生严重的点蚀,而造成泄漏。第二台管子材料换成2RE69不锈钢,使用40多天又因泄漏管太多而报废。
在制氢装置的给水预热器、冷却器等部件,由于输送含CO2、CO等气体,也经常发生CO2腐蚀破坏事故,主要是露点附近的CO2腐蚀,这种腐蚀呈点蚀状态,压力愈高水分愈多,则露点愈低,腐蚀愈严重。对于碳钢,在压力15×105Pa条件下,腐蚀速度会高达17mm/a。1996年荷兰的Zeist城,煤气管道和煤气储罐(直径3m)发生的爆炸事故,以及1966年6月世界上最早的日本大型有机药品制造装置的管道系统中的碳钢凸绕、喷嘴等的焊接区发生了开裂,造成内部气体喷出,这两类事故后来经调查研究都被认为是在CO2-CO-H2O介质中发生的应力腐蚀裂开造成的。
二氧化碳 (CO2)是植物进行光合作用制造有机物质的重要原料。大气中的CO2,通过植物的光合作用以有机碳的形态固定下来;同时,通过氧化过程,又将有机碳氧化,以CO2的形式不断地释放到大气中去。
热带森林每年每平方米面积上能固定1~2千克的CO2,中纬度农田则只能固定 0.2~0.4千克。海洋和森林是CO2的一个储存库,起着调节大气中CO2含量的作用。大气中CO2平均含量按容积比约占320ppm。地球上每年参与光合作用的CO2大约是大气中CO2含量的5%。其中多数为海洋植物所利用,陆地植物次之。
年、日变化 CO2浓度的日变化受作物群体密度大小、光合作用与呼吸作用强弱,以及太阳辐射通量密度、风、温度等的影响。一般空气中 CO2浓度白天低夜间高。白天农田中的浓度可低到200ppm左右,夜间可达330ppm以上。白天,作物群体内CO2不足,靠与上层大气之间进行湍流交换和吸收土壤中所释放的CO2来补充。但是,通过扩散作用而进入农田作物层中的CO2的数量很少,在晴朗无风时农作物尤其感匮乏。CO2的浓度在一年中也有变化。夏季作物生长旺盛,CO2浓度逐渐下降,夏末达到最低值,作物收获以后,浓度又逐渐回升,冬末春初达到最高值。 补偿点和饱和点 CO2补偿点是在辐射能得到满足的条件下,作物光合作用所消耗的CO2与呼吸作用所释放的CO2达到平衡时的CO2浓度。它在光强极低时,随着光强的提高而降低,随着温度的提高而上升。CO2的浓度在补偿点以上时,光合作用强度随浓度的增高而加大。CO2饱和点是在辐射能得到满足的条件下,光合作用的强度达到最大值时的CO2浓度。即CO2浓度超过饱和点以后,光合作用强度不再随CO2浓度的增加而加大。CO2补偿点和饱和点还与植物的种类有关,C3植物补偿点高,饱和点低;C4植物补偿点低,饱和点高。
参与光合作用的CO2来自三方面:叶子周围的空气、根部的吸收的和叶内组织的呼吸放出的。CO2自大气到达叶片光合作用的中心,须经过以下的扩散途径:大气→群体叶层→叶面→气孔→细胞间隙→细胞表面→光合作用中心。CO2输送的表达式如下: 式中Tc为 CO2的输送量, 「CO2】air是空气中 CO2浓度,「CO2】chl为叶绿体中的CO2浓度,rα为空气的阻抗,rS为气孔阻抗,rm为叶内组织阻抗。
调节途径 提高作物对CO2的吸收量,可采用增加空气中的湍流交换、减少 CO2在空气中的输送阻抗、增施有机肥料、通过水分调节气孔的张开度等方法。在密闭环境下施用CO2的方法,已开始用于农业生产,如在温室中用干冰、 CO2充气瓶以及燃烧丙烷、天然气、煤油补充CO2等。
二氧化碳培养箱是通过在培养箱箱体内模拟形成一个类似细胞/组织在生物体内的生长环境,培养箱要求稳定的温度(37°C)、稳定的CO2水平(5%)、恒定的酸碱度(pH值:7.2-7.4)、较高的相对饱和湿度(95%),来对细胞/组织进行体外培养的一种装置。
应用范围
其广泛应用于细胞、组织培养和某些特殊微生物的培养,常见于细胞动力学研究、哺乳动物细胞分泌物的收集、各种物理、化学因素的致癌或毒理效应、抗原的研究和生产、培养杂交瘤细胞生产抗体、体外授精(IVF)、干细胞、组织工程、药物筛选等研究领域。
用户对二氧化碳培养箱都有两条最基本的要求:
一是要求二氧化碳培养箱能够对温度、二氧化碳浓度和湿度提供最精确稳定的控制,以便于其研究工作的进展;
二是要求二氧化碳培养箱能够对培养箱内的微生物污染进行有效的防范,并且能够定期消除污染,以保护研究成果,防止样品损失。
微处理控制系统是维持培养箱内温度、湿度和CO2 浓度稳态的操作系统。微处理控制系统和其它各种功能附件(如高低温自动调节和警报装置、CO2警报装置、密码保护设置等)的运用,使得二氧化碳培养箱的操作和控制都非常的简便。
如:LEEC 的PID 微处理器触摸屏控制系统,它能严格控制气体的浓度并将其损耗降至极低水平,以保证培养环境恒定不变,且能保证长期培养过程中箱内温度精确,并有液晶显示,图形化过程监控、干预事件记录等。此外报警系统也是不可少,它能让你及时知道培养箱出现的情况,并做出反应,从而最大限度地降低了损失,保证实验的连续性。有些培养箱有声/光报警装置,温度变化达±0.5℃,或CO2 浓度变化达±5%时,即会自动报警;有些具有CO2 浓度异常报警显示功能;有些具有低压、断电报警功能。这些装置都是为了方便使用者,以减少繁琐枯燥的实验过程而设计的。
二氧化碳气体保护焊是焊接方法中的一种,是以二氧化碳气为保护气体,进行焊接的方法。在应用方面操作简单,适合自动焊和全方位焊接。在焊接时不能有风,适合室内作业。
方法介绍
二氧化碳气体保护电弧焊(简称CO2焊)是以二氧化碳气为保护气体,
进行焊接的方法。(有时采用CO2+Ar的混合气体)。在应用方面操作简单,适合自动焊和全方位焊接。焊接时抗风能力差,适合室内作业。由于它成本低,二氧化碳气体易生产,广泛应用于各大小企业。由于二氧化碳气体的0热物理性能的特殊影响,使用常规焊接电源时,焊丝端头熔化金属不可能形成平衡的轴向自由过渡,通常需要采用短路和熔滴缩颈爆断、因此,与MIG焊自由过渡相比,飞溅较多。但如采用优质焊机,参数选择合适,可以得到很稳定的焊接过程,使飞溅降低到最小的程度。由于所用保护气体价格低廉,采用短路过渡时焊缝成形良好,加上使用含脱氧剂的焊丝即可获得无内部缺陷的高质量焊接接头。因此这种焊接方法目前已成为黑色金属材料最重要焊接方法之一。
1)焊丝直径
焊丝的直径通常是根据焊件的厚薄、施焊的位置和效率等要求选择。焊接薄板或中厚板的全位置焊缝时,多采用1.6mm以下的焊丝(称为细丝CO2气保焊)。
2)焊接电流
焊接电流的大小主要取决于送丝速度。送丝的速度越快,则焊接的电流就越大。焊接电流对焊缝的熔深的影响最大。当焊接电流为60~250A,即以短路过渡形式焊接时,焊缝熔深一般为1mm~2mm;只有在300A以上时,熔深才明显的增大。
(3)电弧电压
短路过渡时,则电弧电压可用下式计算:
U=0.04I+16±2(V)
此时,焊接电流一般在200A以下,焊接电流和电弧电压的最佳配合值见表2。当电流在200A以上时,则电弧电压的计算公式如下。
U=0.04I+20±2(V)
4)焊接速度
半自动焊接时,熟练的焊工的焊接速度为18m/h~36m/h;自动焊时,焊接速度可高达150m/h。
(5)焊丝的伸出长度
一般情况下焊丝的伸出长度约为焊丝直径的10倍左右,并随焊接电流的增加而增加。
(6)气体的流量
正常焊接时,200A以下薄板焊接,CO2的流量为10L/min~25L/min;200A以上厚板焊接,CO2的流量为15L/min~25L/min;粗丝大规范自动焊为25L/min~50L/min。
具体工艺参数
电流:一般为:150-350安培,常用规范为200-300安培。
电压:一般范围值:22-40伏特,常用规范为26-32伏特。
干伸长度:焊丝从导电嘴前端伸出的长度,一般为焊丝直径的10-15倍,即10-15毫米长。
焊接速度:每分钟焊接的焊缝长度,单焊道按时每分钟300-500毫米,个别达到25000毫米/分钟(比如截齿的焊丝用的LQ605),摆动焊接时,120-200毫米/分钟。
优点介绍
1.焊接成本低。其成本只有埋弧焊、焊条电弧焊的40~50%。
2.生产效率高。其生产率是焊条电弧焊的1~4倍。
3.操作简便。明弧,对工件厚度不限,可进行全位置焊接而且可以向下焊接。
4.焊缝抗裂性能高。焊缝低氢且含氮量也较少。
5.焊后变形较小。角变形为千分之五,不平度只有千分之三。
6.焊接飞溅小。当采用超低碳合金焊丝或药芯焊丝,或在CO2中加入Ar,都可以降低焊接飞溅。
焊接烟尘防治
焊接烟尘成分及特点
焊接烟尘是由金属及非金属物质在过热条件下产生的蒸气经氧化和冷凝而形成的。因此电焊烟尘的化学成分,取决于焊接材料(焊丝、焊条、焊剂等)和被焊接材料成分及其蒸发的难易。不同成分的焊接材料和被焊接材料,在施焊时将产生不同成分的焊接烟尘。
焊接烟尘的特点有:
(1) 焊接烟尘粒子小,烟尘呈碎片状,粒径为1μm左右。 (2) 焊接烟尘的粘性大。
(3) 焊接烟尘的温度较高。在排风管道和滤芯内,空气温度为60~80℃。
(4) 焊接过程的发尘量较大。一般来说,1个焊工操作1d所产生的烟尘量约60~150g。几种焊接(切割)方法施焊时(切割时)每分钟的发尘量和熔化每千克焊接材料的发尘量
焊接方法的发尘量
二氧化碳焊
实芯焊丝(直径1.6mm8
药芯焊丝(直径1.6mm)
CO2气保焊焊烟危害
CO2气保焊接区域的污染按形成方式不同,分为化学污染和物理污染两大类。
化学污染是指CO2气保焊接过程中产生的有害气体和烟尘。进行CO2气保焊接时,在焊接区域,电弧周围会产生一些有害物质。
CO2气保焊接产生的有害物质可分为两类,一类是有害气体,主要是二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、二氧化氮(NO2)和臭氧(O3)。一类是烟尘,其主要成分是三氧化二铁(Fe2O3)、二氧化硅(SiO2)和氧化锰(MnO)等。这些有害物质,除了二氧化碳是为了保护电弧和熔池,从焊枪中喷出的,焊接没有用完而残存在焊接区域周围,其余的有害物质都是从焊接电弧和焊接熔池中产生出来的。
物理污染主要包括:CO2气保焊高温电弧光产生的紫外线、红外线等。
CO2气保焊焊烟净化
自然通风
滤筒式移动焊烟净化器。高负压焊烟除尘器自然通风成本最低,主要采用纯自然的方法,通过开窗通风,设置百叶窗等方法减少车间焊烟的浓度。
滤筒式移动焊烟净化器,将万向吸气臂对准焊烟产生的点。通过系统产生的负压,将焊烟中产生的粉尘和有毒有害气体吸入净化器中,进行收集。滤筒式移动焊烟净化器有着广泛的应用。它方便灵活,便于移动。能满足各种灵活的工况。
高负压焊烟除尘器,主要将50mm口径的软管与焊机头直接连接。焊机工作时除尘器工作,焊机停止时除尘器也停止。这样保证在使用最小风量的同时,有效的处理焊烟。另外高负压焊烟除尘器可以连接最长20m的软管,可以有效的和自动焊机头等连接。克服了移动式吸气臂需要手工移动位置的不足。正在的做到了自动化,并且收集净化效果显着。
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