燃油加注設(shè)備的腐蝕及防護(hù)措施研究

邢志娜 李 偉 王菊香 劉 潔

（海軍航空工程學(xué)院飛行器工程系 山東煙臺(tái)）

一、引言

加注設(shè)備是導(dǎo)彈地面設(shè)備中不可缺少的一部分，主要功用是向彈加注定量的合格推進(jìn)劑。高性能的加注系統(tǒng)，能快速準(zhǔn)確地完成加注任務(wù)，縮短導(dǎo)彈的戰(zhàn)斗準(zhǔn)備時(shí)間，提高導(dǎo)彈的快速反應(yīng)能力。海軍的加注設(shè)備所在地區(qū)多為溫濕多雨或高溫高濕的沿海地區(qū)，特別是南海地區(qū)屬于典型的高溫高濕地區(qū)。因此，加注設(shè)備工作環(huán)境的腐蝕性較強(qiáng)、使用條件惡劣。加注設(shè)備的絕大部分零件或構(gòu)件都是由各種金屬材料加工制作的，而金屬材料在空氣、水和加注對(duì)象的接觸中，均會(huì)產(chǎn)生不同程度的腐蝕，致使零件失效，引發(fā)設(shè)備故障或事故，造成嚴(yán)重后果。因此，加注設(shè)備的腐蝕及其防護(hù)問題日益受到部隊(duì)技術(shù)人員和科研人員的高度重視。以某型燃油加注設(shè)備為例，分析加注設(shè)備的腐蝕形式及原理并提出相應(yīng)的腐蝕防護(hù)措施。

二、燃油加注設(shè)備的腐蝕破壞分析

加注設(shè)備一般由設(shè)備本體、液路系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及附件工具組成。液路系統(tǒng)是加注設(shè)備發(fā)揮戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的重要保證，由于液路系統(tǒng)管道復(fù)雜、含泵機(jī)組與加注對(duì)象直接接觸，從而成為加注設(shè)備防腐的重中之重。某型燃油加注設(shè)備的液路系統(tǒng)構(gòu)成見圖1，其中槽罐是貯存推進(jìn)劑的容器，是腐蝕防護(hù)的重點(diǎn)部位。另外，閥門、管路、流量計(jì)等都屬于過流部件，也應(yīng)重點(diǎn)防護(hù)。除此以外，設(shè)備本體的表面腐蝕也是影響設(shè)備使用壽命的重要內(nèi)容。為此，重點(diǎn)分析需要防護(hù)的部位及防腐蝕措施。

圖1 某型燃油加注設(shè)備液路系統(tǒng)構(gòu)成圖

1.槽罐的微生物腐蝕

微生物種類繁多，在自然界無(wú)處不在，很難避免其進(jìn)入燃油加注系統(tǒng)并在其中繁殖生長(zhǎng)，造成污染。微生物活動(dòng)會(huì)造成航空煤油變質(zhì)、過濾器阻塞、設(shè)備腐蝕、儀表失靈等嚴(yán)重后果，影響工作品質(zhì)和安全。

某型燃油加注設(shè)備的加注對(duì)象是航空煤油。一般微生物優(yōu)先選擇利用C10-C18碳鏈的烴類進(jìn)行繁殖生長(zhǎng)，所以煤油受微生物污染比汽油更普遍。在液路系統(tǒng)中，槽罐是與航空煤油長(zhǎng)期接觸的部件，因而該部件是防護(hù)微生物腐蝕的重點(diǎn)對(duì)象。其中，硫酸鹽還原菌（SRB）產(chǎn)生的硫化氫對(duì)槽罐的腐蝕就是很嚴(yán)重的。SRB對(duì)材料產(chǎn)生腐蝕作用的機(jī)理主要是陰極去極化理論，陽(yáng)極4Fe→4Fe2++8e；陰極 8H++8e→8H。

SRB引起的陰極去極化作用SO42-+8H→S2-+4H2O

腐蝕產(chǎn)物Fe2++S2-→FeS

3Fe2++6OH-→3Fe（ OH）2

總反應(yīng) 4Fe+SO42-+4H2O→FeS+3Fe（ OH）2+2OH-

影響槽罐的微生物腐蝕的因素主要有水分和溫度。首先微生物生命活動(dòng)離不開水，對(duì)于槽罐內(nèi)的燃油來(lái)說(shuō)，水分主要有2個(gè)來(lái)源。一是燃油中本身就含有少量的游離水；二是清洗槽罐時(shí)操作不嚴(yán)謹(jǐn)、罐口密封不嚴(yán)或未將清洗用水徹底干燥，從而引入了天然水和殘存水。其次，航空煤油在儲(chǔ)運(yùn)和使用的過程中，只要環(huán)境提供合適的溫度、水和氧等適宜的環(huán)境條件，微生物就會(huì)在航煤中大量繁殖，從而造成嚴(yán)重的微生物腐蝕。

2.泵的汽蝕

泵的汽蝕現(xiàn)象是指由于泵內(nèi)壓力低于輸送流體的飽和蒸汽壓時(shí)，造成流體氣化，而后又在壓力升高的地方發(fā)生迅速凝結(jié)、潰滅，從而產(chǎn)生水力沖擊，使泵內(nèi)部件發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象。通常以泵的有效汽蝕余量NPSHa來(lái)量化泵的汽蝕性能。NPSHa是流體從進(jìn)液池經(jīng)吸液管到達(dá)泵入口時(shí)，單位重量的流體所具有的總水頭減去相應(yīng)水溫的氣化壓力水頭后的剩余水頭，是由泵的安裝條件所確定的汽蝕余量，即式（1）。

式中p入口——泵進(jìn)口處水流的絕對(duì)壓力，Pa

v入口——泵進(jìn)口斷面水流的平均流速，m/s

p汽——所抽水溫度的汽化壓力，Pa

ρ——液體的密度，kg/m3

NPSHa——允許汽蝕余量，m

該加注系統(tǒng)采用的是自吸式不銹鋼渦流泵，渦流泵的入口處，液流由外緣流向葉片凹槽根部，流量分布不均，沖擊較大，壓力下降較大，容易使NPSHa過低，從而誘發(fā)汽蝕。泵的汽蝕過程中，由于氣泡的生成、潰滅，對(duì)泵腔和葉輪產(chǎn)生很大的撞擊，涉及許多物理、化學(xué)現(xiàn)象，并產(chǎn)生噪聲、振動(dòng)。汽蝕對(duì)過流部件材料的侵蝕作用會(huì)使泵的性能下降，嚴(yán)重影響泵的工作效率和使用壽命，在作業(yè)中甚至?xí)?dǎo)致中斷流體的輸送，進(jìn)而影響流體運(yùn)輸?shù)陌踩院涂煽啃浴?/p>

3.密封裝置的腐蝕

加注設(shè)備的密封裝置主要包括各種密封圈和機(jī)械密封。在本型裝備中，密封圈主要采用的是非金屬密封件，有石墨環(huán)、聚四氟乙烯（PTFE）密封環(huán)2種，在苛刻服役環(huán)境中，氟橡膠O形密封圈腐蝕后會(huì)出現(xiàn)軟化、發(fā)粘、變形、鼓脹、發(fā)泡、開裂等損傷形式，從而引起密封失效，影響密封性能。密封圈一般用在閥門與管道的連接的部位，如果不能正常發(fā)揮功效，將直接導(dǎo)致管道的泄露，從而影響整個(gè)加注設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至造成火災(zāi)或污染。所以，密封圈的腐蝕與防護(hù)也不容忽視。

機(jī)械密封是泵的軸封裝置中的一種，其結(jié)構(gòu)見圖2。機(jī)械密封的腐蝕形式主要有腐蝕失效、熱損失效和磨損失效。針對(duì)本型設(shè)備的工作環(huán)境，機(jī)械密封主要存在腐蝕失效和磨損失效。換句話說(shuō)，由于機(jī)械密封的動(dòng)、靜環(huán)及靜環(huán)座和軸套與其輔助密封圈的接觸處沒有明顯的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此該處液相對(duì)靜止形成積液死角，從而使機(jī)械密封的各部件容易產(chǎn)生縫隙腐蝕、摩振腐蝕、接觸腐蝕等特種腐蝕，而且3種腐蝕一般同時(shí)存在，交替進(jìn)行，導(dǎo)致腐蝕面深而寬。

圖2 機(jī)械密封裝置

4.加注設(shè)備的表面腐蝕

加注設(shè)備表面的腐蝕形式主要是與環(huán)境接觸的外表面的大氣腐蝕，潮濕大氣腐蝕是最具普遍性的腐蝕。其中近海大氣則是沿海地區(qū)裝備表面腐蝕的重要因素，主要是由于近海大氣中Cl?較高，具有促進(jìn)金屬腐蝕的作用。金屬表面的腐蝕形式有均勻腐蝕和局部腐蝕，其中局部腐蝕的危害較大。而局部腐蝕中，又以點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕為常見。二者的腐蝕機(jī)理都是“自催化酸化作用”，即由于Cl-與腐蝕產(chǎn)物形成高氯化物，產(chǎn)生閉塞電池引起腐蝕空間內(nèi)酸化加速腐蝕的作用。腐蝕過程：

陽(yáng)極反應(yīng)Fe→Fe2++2e

陰極反應(yīng)1/2O2+H2O+2e→2OH-

高氯化物的形成Fe2++Cl→FeCl2

高氯化物的水解FeCl2+H2O→Fe（OH）2+2H++2Cl-

基層部隊(duì)使用裝備時(shí)多少存在“重使用、輕管理”的現(xiàn)象。具體表現(xiàn)：裝備有庫(kù)不入，長(zhǎng)期戶外存放；裝備使用完后，尤其是海訓(xùn)后，不能做到及時(shí)擦洗入庫(kù)；當(dāng)涂層出現(xiàn)刮擦、脫落、銹蝕等問題需要補(bǔ)涂時(shí)，除銹、補(bǔ)涂不規(guī)范，達(dá)不到防腐保養(yǎng)的要求。

三、加注設(shè)備的腐蝕防護(hù)措施研究

1.槽罐的微生物腐蝕防護(hù)措施

航空煤油這類有機(jī)物的微生物滋生是比較常見的現(xiàn)象，對(duì)槽罐的微生物腐蝕必須采取有效措施加以控制，目前研究的重點(diǎn)主要集中在材料本身和微生物方面。通常做好日常維護(hù)工作能夠有效防止槽罐的微生物腐蝕。在日常維護(hù)工作應(yīng)做到：定期清洗和排放槽罐中的沉淀、定期化驗(yàn)燃油質(zhì)量和按規(guī)定使用生物殺菌劑。

（1）定期清洗。定期清洗主要是從金屬表面除掉沉積物（結(jié)垢或粘膜），如果槽罐中受污染區(qū)域不大，可采用擦除、打磨、沖刷等人工機(jī)械清洗方式。如果受污染區(qū)域較大或受污染區(qū)域無(wú)法接近，則可以使用化學(xué)清洗的方式對(duì)槽罐進(jìn)行清潔。上述方法不但能耗大、運(yùn)行費(fèi)用高,而且殺菌過程容易產(chǎn)生副產(chǎn)品，形成二次污染。因此，中高壓脈沖電場(chǎng)殺菌技術(shù)作為一種新的高效環(huán)保的技術(shù)正逐漸取代原有的殺菌方法。

（2）定期化驗(yàn)燃油質(zhì)量。應(yīng)該嚴(yán)格控制燃油質(zhì)量。按規(guī)定，航空煤油需要每季度進(jìn)行貯存化驗(yàn)，其中水分、總酸值、固體顆粒污染物等指標(biāo)與微生物腐蝕相關(guān)，要特別重視上述指標(biāo)的變化，當(dāng)其中某項(xiàng)指標(biāo)超過國(guó)標(biāo)GB 6537-2006規(guī)定的數(shù)值時(shí)，表明存在微生物腐蝕的可能性，需要進(jìn)一步檢測(cè)。

（3）添加殺菌劑。為預(yù)防燃油微生物污染，在燃油中預(yù)先添加一定量的殺菌劑進(jìn)行保護(hù)。燃油被微生物污染后，用殺菌劑對(duì)微生物進(jìn)行殺滅，以避免更嚴(yán)重的污染發(fā)生。需要注意的是，為了保證航空煤油的燃燒推力，目前還沒有采用這種方法。若要添加應(yīng)滿足幾點(diǎn)要求：能充分溶于油中，并能遷移到水相；對(duì)航空燃油本身性能無(wú)影響；燃燒時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能無(wú)影響；毒性必須使人能夠接受，且不污染環(huán)境；必須具有合適的抗菌譜。

2.泵的汽蝕防護(hù)措施

表1給出該設(shè)備的加注對(duì)象航空煤油的飽和蒸氣壓，該指標(biāo)與其氣化有直接關(guān)系。為了避免汽蝕的發(fā)生，應(yīng)保障渦流泵葉片入口處的壓力大于燃油在輸送溫度下的飽和蒸氣壓。由表1可以看出隨著流體溫度的上升，飽和蒸汽壓會(huì)逐漸增大，發(fā)生汽蝕的可能性也就越大。因此在實(shí)際操作中控制流體的輸送溫度，特別是我國(guó)南方常年高溫高濕，要特別注意溫度對(duì)泵汽蝕的影響，在流體溫度40℃以上時(shí)應(yīng)采取冷卻、散熱措施，降低流體溫度或避開高溫時(shí)段操作。同時(shí)，盡量使泵在額定工況（及其附近）運(yùn)行，從而使實(shí)際運(yùn)行中的必需汽蝕余量（NPSHr）值最小。必要時(shí)可采用降速甚至調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂票玫膶?shí)際轉(zhuǎn)速不得高于額定轉(zhuǎn)速。

表1 航空燃油在不同溫度下的飽和蒸汽壓

3.密封裝置的腐蝕防護(hù)措施

針對(duì)密封裝置的腐蝕防護(hù)，重在日常監(jiān)控。首先，按照規(guī)定檢修密封裝置時(shí)，發(fā)現(xiàn)液體滴漏，應(yīng)及時(shí)更換密封部件。嚴(yán)禁敲擊密封件，以防止局部相變而為腐蝕提供條件。安裝密封裝置時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格地清洗干凈后在安裝，并注意與組件之間裝配尺寸，防止造成不必要的縫隙和管徑突變等腐蝕易發(fā)地帶。若設(shè)備長(zhǎng)期停用，應(yīng)將泵及管路內(nèi)積液及時(shí)排空。

4.加注設(shè)備的表面腐蝕防護(hù)措施

根據(jù)金屬的大氣腐蝕特點(diǎn)，加注設(shè)備的表面腐蝕防護(hù)要從兩方面入手，一是采用新型涂層或改進(jìn)涂刷技術(shù)，提高表面涂層的防腐水平；二是加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，延長(zhǎng)涂層的使用壽命。

在提高涂層防腐水平上，使用長(zhǎng)效防腐涂層體系是簡(jiǎn)單有效地方法手段，在諸多長(zhǎng)效防腐涂層體系，以環(huán)氧富鋅底漆/環(huán)氧云鐵中間漆/丙烯酸聚氨脂面漆體系應(yīng)用最為廣泛。此外，實(shí)際工程中采用新型涂刷技術(shù)也可以有效地提高表面涂層的防腐水平，具有較好的應(yīng)用前景的技術(shù)主要有熱噴涂技術(shù)和納米涂料技術(shù)。在加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)上，要改善貯存條件加強(qiáng)封存保養(yǎng)，經(jīng)常擦洗裝備保持裝備表面的潔凈，及時(shí)修補(bǔ)表面損壞的涂層。

四、結(jié)論

隨著加注設(shè)備服役時(shí)間的延長(zhǎng)，腐蝕問題越來(lái)越被重視。以某型燃油加注設(shè)備為對(duì)象，研究分析設(shè)備中的槽罐、泵及密封裝置等重點(diǎn)部位的腐蝕機(jī)理及特點(diǎn)，并提出相應(yīng)防護(hù)措施。在設(shè)備使用過程中，要嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作，不允許出現(xiàn)違規(guī)操作的現(xiàn)象，另外應(yīng)該做好設(shè)備定期的檢測(cè)維護(hù)?？傊?，設(shè)備的防腐工作要將防腐技術(shù)和科學(xué)管理密切結(jié)合起來(lái)，對(duì)腐蝕進(jìn)行全面控制、監(jiān)測(cè)，以達(dá)到最大限度地控制腐蝕。