腐蚀在生锈过程中造成大规模损失?腐蚀问题探讨

腐蚀的破坏性影响众所周知。由于空气中的水分,金属部件和设备在储存、组装或工厂关闭期间容易生锈和腐蚀。多年来,金属防腐最常用的方法一直是使用防腐蚀涂层。尽管不能否认防腐蚀涂层的重要性,但也不应低估采用其他方法控制和预防腐蚀的必要性。腐蚀不会在干燥的空气中发生。基本问题在于,空气中存在的看不见的水蒸气会在任何比周围空气露点温度更低的表面上凝结。此外,室内温度的突然变化也会影响内部湿度环境,导致任何表面出现凝结。这随后会导致腐蚀。

除去少量水分,节省大量投入
湿度控制或除湿是控制仓库或储存区域中湿度的有效方法。控制相对湿度不仅能够限制铁和钢的生锈,而且能够保护其他对湿度敏感的材料。本文将重点讨论腐蚀现象的上述方面,以及如何通过湿度控制来预防腐蚀。

当湿度成为痛点!
飞机、汽车零部件、轴承、电池、化学品、纸箱、文件、发动机、电子元件、皮革制品、地图、金属零件、组装件、齿轮箱、胶片、食品、药品、手表精密零件、备件和船舶都需要在原材料、半成品或包装前阶段进行储存。
在储存过程中,商品面临的恼人的敌人是“腐蚀”。事实上,腐蚀每年给国家造成惊人的损失。对于任何组织来说,腐蚀导致的无用部件和零件等的维护和更换需要投入大量宝贵的资源。

“腐蚀问题”即“湿度问题”
腐蚀并不会在干燥空气中发生,真正的罪魁祸首是空气中无形的水蒸气,它会导致螺栓生锈,损害产品质量,并给存储带来难题。空气中总是弥漫着一定量的水蒸气,这种湿度是以相对湿度来衡量的。而问题的根源在于,当水蒸气遇到比周围空气露点温度更低的表面时,会凝结成水珠。因此,无论是生锈的机器零件、有缺陷的塑料制品、出错的计算机数据,还是质量不佳的新闻纸,它们背后都有一个共同的“元凶”——湿度。这个隐形杀手甚至在看似干燥的空调区域内也能制造出一片混乱。
此外,室内温度的突然变化也会扰动内部湿度环境,导致任何表面凝结水珠,进而引发腐蚀。

腐蚀现象
腐蚀,指的是金属或合金与其环境发生化学或电化学反应,从而导致的破坏过程。多数情况下,这种反应具有电化学性质,即金属表面的特定区域通过能够传导电流的溶液产生电流流动。这种电化学反应会导致金属在某些区域发生破坏性改变,即腐蚀现象。
尽管腐蚀是多种因素共同作用的结果,但其中最为关键的三个因素为:

  • 纯净与杂质区域之间的电压差异
  • 温度与湿度的物理条件
  • 空气中的氧气含量

较高的湿度可能导致金属表面凝结更多的水分。随着相对湿度的提升,水分子浓度亦随之增加。水层分子厚度的累积最终促进了离子传导的发生,从而加速了腐蚀过程。对于铁或钢而言,亚铁离子与水中氢氧根离子的反应会生成亚铁氢氧化物,进一步与氧气作用则产生铁氢氧化物,即我们常说的锈。

加速与加剧腐蚀的因素
在绝对纯净的空气中,即使相对湿度高达99%,铁的腐蚀也几乎不会发生。然而,一旦存在如二氧化硫或木炭固体颗粒等污染物,相对湿度只要达到45%或以上,腐蚀过程就可能启动。但实际情况中,我们很难遇到绝对纯净的空气。无论是清洁空气还是污染空气,其临界湿度水平都约为45%。但当金属表面同时暴露于污染空气和高相对湿度环境下时,腐蚀的速度会显著加快。工业污染物,如二氧化硫,更会加剧腐蚀的速率。
在这三个影响腐蚀的关键因素中,空气中的氧气是金属表面无法避免的接触物质,而由于环境污染,对金属表面纯净空气和污染空气的控制也极为有限。虽然可以通过表面处理来避免水与金属表面的接触,但最为有效的手段还是控制环境中的湿度。
因此,我们必须将相对湿度控制在一定范围内,不仅要防止凝结现象的发生,更要将其降低到腐蚀不会发生的临界水平以下。

有机腐蚀
这种腐蚀形式最为人们所知,其表现形式包括霉菌、霉斑以及真菌等。
霉菌、霉斑和真菌都是不同种类的细菌,它们广泛存在于室外空气中,且体积微小,极易被带入室内并附着在各种材料表面。这些孢子在未达到适宜的温度和湿度条件之前,会保持休眠状态。一般而言,当相对湿度低于60%时,孢子不会发芽。不过,不同种类的霉菌发芽所需的温度条件可能大相径庭。
一旦条件成熟,孢子发芽,霉菌便会迅速繁殖。其生长速度主要受到温度和湿度的影响。材料表面的凝结水分成为了细菌生长的有利环境。此外,高温环境下微生物的活性会增强,但即使在极低的温度下,微生物也会保持一定的活跃程度。
微生物的生长对材料极具破坏性,它不仅导致材料分解,还会使产品的机械性能降低。为了有效阻止细菌生长,大多数情况下需要将相对湿度控制在35%以下。

有机腐蚀实例
酿酒厂和蒸馏厂
墙壁、麦芽存储区、发酵室和酵母室内真菌的滋生,不仅破坏了生产环境的卫生标准,更对产品质量构成潜在威胁。因此,有效的防腐措施在这些场所显得尤为重要。
种子存储
在存储过程中,种子若受到霉菌和真菌的侵袭,将变得不宜食用且发芽率降低。
档案材料
博物馆和图书馆中珍藏的地图、胶片底片、书籍或画作一旦受到霉菌和霉烂的侵蚀,不仅其使用价值大打折扣,还会缩短其保存寿命。
化学品与药品
真菌的生长会破坏有机化合物和药用物质的结构,使其失去原有的效用,变得毫无价值。

无机腐蚀实例
海事行业
船只上的机械设备、发动机、锅炉以及电气、电子系统,乃至近海设施,均需有效防护,以抵御腐蚀的侵袭。
电力行业
发电厂可能因临时停用、长期冷备用或存储备用涡轮机而处于停机状态。此时,整个发电厂急需有效的防腐措施,以维护设施安全。
喷砂作业
清洁后的表面常因迅速生锈而影响油漆的附着效果。
零件存储
无论是精密小件还是大型备件,生锈问题都可能导致高达50%的拒收率,严重影响生产进度。滚珠轴承等金属部件和精密设备,因空气中的水分而极易生锈和腐蚀,影响其性能和使用寿命。
数据中心
环境湿度的快速波动和意外变化,都可能导致腐蚀问题,对设备运行和数据安全构成威胁。

如何应对这一问题?
腐蚀或生锈的速度在相对湿度超过某一特定值时相当可观。然而,在临界湿度以下,腐蚀速度几乎可以忽略不计。大多数情况下,临界湿度约为45%,某些情况下甚至更低。但在实际操作中,为存储钢质部件和机械而维持的相对湿度不应超过35-40%。相对湿度超过45%时,腐蚀速度会急剧增加。因此,控制相对湿度至关重要。

控制相对湿度的方法
为在封闭空间内维持所需的相对湿度水平,必须向该空间供应足够干燥的空气,以抵消进入空间的湿气。从空气中物理去除湿气的过程称为除湿。降低相对湿度有多种可行的方法,包括:

  • 加热空气
  • 应用真空技术
  • 采用制冷方式
  • 运用化学除湿法

然而,通过加热和应用真空进行干燥并不现实,因此并不常用。制冷干燥法在实际应用中也不多见。虽然除湿制冷系统可以通过冷凝有效去除湿气,但它也存在一些固有的局限性,除非在应用需求上做出重大调整。

这些局限性主要有:

  • 它主要适用于将相对湿度维持在45%及以上
  • 由于压缩过程中产生的热量会不断释放到封闭空间内,因此系统会持续向其中泵入热量
  • 在高温环境下,冷凝系统的效率会降低,从而导致控制相对湿度时能耗增加

化学除湿法因其高效性而成为控制相对湿度的理想选择。它基于物理吸附原理,能够有效降低空气的湿度和露点。化学/干燥剂除湿的核心原理在于,将干燥剂暴露于湿润空气中,使其吸收并固定其中的湿气,从而达到除湿的效果。



基于吸附原理的除湿设备选择

需控制相对湿度的封闭空间大小、供风量以及所需的除湿程度各不相同。因此,必须提供一系列设备以满足特定场合的需求。
基于吸附原理的除湿系统的工作原理是,吸附床在两个区域之间旋转:一个是“处理”区域,用于对供应空气进行除湿;另一个是“再生”区域,用于去除吸附的湿气并再生吸附床,以便进行新的处理循环。
为了构建从小型到大型封闭空间(如存储棚、仓库等)的除湿系统,市面上提供了一系列不同规格和容量的设备。百瑞空气(Bry-Air)提供多种选择以满足用户的不同需求,具体如下:
精巧型除湿机FFB系列是应对所有严重湿气问题的最小机型。该除湿机造型紧凑,通过连续“物理吸附”过程去除湿气,在空间和能耗方面均表现出色,能够在生产、加工、存储和包装过程中,无论环境条件如何变化,都将相对湿度维持在低至1%的恒定水平。
定制化Environliners也是是应对湿度存储挑战的理想之选。作为一款移动式湿度控制存储装置,它专为安全存放发动机、齿轮箱等小型设备而设计。Environliners采用模块化PVC构建,灵活性强,能轻松将任何空间转化为高效湿度控制区,有效保护存储物品免受湿气、锈蚀和霉菌侵害,实现经济实用的存储解决方案。


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