材料及其防腐和维护—中芬合著：造纸及其装备科学技术丛书（中文版）第十六卷/“十三五”国家重点出版物 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

内容简介

本文主要围绕着材料，防腐和维护的内容进行相关阐述。主要讲述了材料的结构，特别是金属材料结构的电化学腐蚀及测试方法，材料在不同环境下的腐蚀和腐蚀的方式，以及如何监控防腐，如何处理腐蚀，如何在制浆造纸工业环境进行设备的周期性维保工作等。
本文通过结合赫尔辛基理工大学的材料学课程和现代设备维修MBA论文，采访了大量的纸浆造纸生产商和设备供商，提出了纸浆和造纸工业环境下，腐蚀的形式，腐蚀性环境，和防腐蚀的案例，结合现代预防保养的手段进行日常护理，定期检查和技改修理，从而以确保设备的可靠性维护等。

作者简介

周耘，高级工程师。广纸集团公司常务副总经理，兼任中国造纸学会新闻纸专业委员会主任、广东省造纸学会副理事长。一直从事造纸企业的技术管理、项目管理、生产精益管理等工作。2010年获中国轻工业联合会科学技术进步奖二等奖，2011年获广东省人民政府科学技术奖三等奖。

目录

第1章 简介
1.1 腐蚀与防腐蚀
1.2 维护
参考文献

第2章 制造（construction）材料
2.1 概述
2.1.1 合金的铸造
2.1.2 制造与加工
2.1.3 热处理
2.1.4 表面膜处理
2.2 碳钢与低合金钢
2.2.1 机械性质
2.2.2 抗腐蚀性与应用
2.3 不锈钢
2.3.1 不锈钢的种类
2.3.2 抗腐蚀性及其应用
2.4 镍合金
2.4.1 抗腐蚀性与应用
2.5 钛合金
2.5.1 抗腐蚀性与应用
2.6　焊接
2.6.1焊接技术
2.6.2 焊接问题
2.7 塑料与橡胶
2.7.1 热塑性塑料
2.7.2 热固性塑料
2.7.3 弹性体
2.7.4 抗腐蚀性与应用
2.8 总结
参考文献

第3章 金属腐蚀的电化学与腐蚀测试方法
3.1 电化学基本知识
3.1.1电极极化
3.1.2电极表面
3.2 腐蚀电池
3.3 钝化
3.4 腐蚀研究方法
3.4.1 物理测试因素
3.4.2 电化学方法
3.4.2.1 极化曲线
3.4.2.2 恒电位与恒电流测试
3.4.2.3 极化电阻测试
3.4.2.4 电化学阻抗频谱
3.4.2.5 计算腐蚀速率
3.4.3 测试设备
3.4.4 样品的准备
3.5 现场测试
3.6 总结
参考文献

第4章 腐蚀的形态
4.1 均匀腐蚀
4.2 电偶腐蚀
4.3 冲刷腐蚀
4.4 点蚀与缝隙腐蚀
4.5 晶间腐蚀
4.6 应力腐蚀开裂与腐蚀疲劳
4.7 选择性腐蚀
4.8 氢蚀
4.9 高温腐蚀
4.10 总结
参考文献

第5章 制浆造纸行业中的腐蚀
5.1 水溶液腐蚀
5.1.1酸和碱类
5.1.2氧化剂和还原剂类
5.1.3溶解盐类
5.1.4溶解气体类
5.1.5硫和氯化学品
5.1.6温度和流速
5.1.7制浆中的腐蚀
5.1.8硫酸盐法制浆
5.1.9亚硫酸盐法制浆
5.1.10机械法制浆
5.2漂白工段中的腐蚀
5.3纸机中的腐蚀
5.4化学回收中的腐蚀
5.5保温下的腐蚀
5.6大气腐蚀
5.7微生物腐蚀
5.7.1生物膜的形成
5.7.2微生物腐蚀MIC的机理
5.7.3微生物腐蚀MIC的问题
5.8高温腐蚀
5.8.1混合气体
5.8.2回收锅炉腐蚀
5.8.3高温水中的腐蚀
5.9总结
参考文献

第6章 腐蚀的防护
6.1 设计
6.1.1容器
6.1.2连接
6.1.3 管道
6.1.4 户外建设
6.2 材料选择
6.2.1 碳钢
6.2.2 不锈钢
6.2.3 镍合金
6.2.4 钛
6.3 调整环境
6.3.1 除掉溶解空气
6.3.2 缓蚀剂
6.3.3 生物污损的控制
6.4 保护性涂层
4.1 抗腐蚀漆
6.4.2 涂料膜保护机理
6.4.3 有机涂料
6.4.4 金属镀层
6.4.4.1 热镀
6.4.4.2 涂镀、内衬与焊接
6.4.4.3 热喷镀
6.4.4.4 电镀
6.4.5 无机涂层
6.4.5.1 陶瓷涂层与内衬
6.4.5.2 转化涂层
6.5 电化学保护
6.5.1 阳极保护
6.5.2 阴极保护
6.6 小结
参考文献

第7章 腐蚀的监控
7.1物理监测技术
7.2电化学方法
7.2.1电位监测
7.2.2线性偏振技术
7.2.3原电池电流测量
7.2.4塔菲尔方法
7.2.5电化学阻抗谱
7.2.6电化学噪音
7.3其他方法
7.3.1氢气流量监控
7.3.2化学分析
7.4数据收集和分析

第8章 腐蚀管理
8.1设计和材料选择
8.2操作
8.3检查
8.4维护
参考文献

第9章 制浆造纸工业的维护概念
9.1工业维护
9.2维护的过去和今天
9.3维护人员的管理
9.3.1有效的保养计划
9.3.2不同行业下的维护人力
9.3.3维护成本考虑
9.4可靠性和可维护性
9.4.1可靠性和故障
9.4.2可靠性维修工作
9.4.3状态评估
9.5设备的可用性和效率
9.5.1时间损失分析
9.5.2生产潜力
9.6团队和多专业的进步
9.6.1工艺的多样变化
9.6.2所有者，经营者
9.6.3工艺干扰的成本和收益
9.7不同年代的发展趋势
9.7.1纸浆和造纸工业工厂规模和数量的主要趋势
9.8 Idhammar的维护管理趋势
9.8.1可靠性为中心的维修
9.8.2通过生产和维护提高设备效率
9.8.3电脑维护管理
9.8.4废物维修
9.8.5自主性维护
9.9计划维修
9.9.1选择维护计划
9.10维护管理的案例
9.10.1某国际造纸厂的维护
9.10.2挪威工厂的预防性维护
9.10.3瑞典的维修培训
9.11国际维修回顾
9.11.1加拿大回顾
9.11.2北美调查
9.12与其他成本相比的保养费用
9.12.1与纸浆产品成本相比的维修费用
9.12.2与投资成本相比维修费用
9.12.3与故障成本相比维修费用
9.13设备供应商在保养的角色
9.13.1单一设备供应商
9.14厂商的交钥匙工程
9.14.1纸浆和造纸厂的行动计划
9.15结论
参考文献

精彩书摘

第1章 简介

腐蚀是大部分建筑材料的自然分解过程。把这个过程经常联系起来的物质是金属，但腐蚀还包括塑料、混凝土、木材等。即使多数人在日常生活中熟悉腐蚀与防腐，但他们经常在大范围的操作中忽略这种现象。发达国家的一些关于腐蚀成本的研究表明，它能占到国民生产总值的3－4%，而运用现有防腐技术与知识能做到三分之一的止损。上述的腐蚀成本还未包括隐性损失，诸如全球范围内或环保方面的能量与原材料的损失：
－ 1971年，T.P.Hoar撰写的防护腐蚀委员会的报告总结英国因腐蚀造成的代价相当于国民生产总值（GNP）的3.5%。
－ 巴特尔与北美特种钢工业估计1996年美国经济的年度金属腐蚀损失约3千亿美元报告预计有三分之一的损失（即1千亿美元）可以避免，方法是通过更广泛的应用防腐蚀材料，维护方面从设计上应用适当的抗腐蚀作业方法。这个估算部分来自于Battelle科学者的成果的修正，巴特尔与标准和技术自然科学研究所主导了这个研究，研究的命题是“美国金属腐蚀的经济效应”。1978年的原文使用了在1975年在美国金属腐蚀花费估算为820亿美元（占4.9%的国民生产总值）这个数据。通过使用可用的保护手段，大约330亿美元可以避免。
-在北欧浆纸工业，腐蚀的代价大约每一吨浆25-30美元，其中直接损失占了40%的上述总损失，诸如产量损失或质量不达标更难量化。
腐蚀损失并不总能避免。避免腐蚀有时也不都经济。腐蚀问题首先是经济问题。这需要腐蚀与防腐的待价之间的平衡。
腐蚀科学与技术是跨学科的领域。主题是化学、电化学与材料科学。腐蚀学工程师必须懂得制造过程，及明白它们运作过程中的环境。运作过程的环境可以是化学过程或建设项目。腐蚀学工程师必须懂得其内部运作，以及不同的变化因素会有什么影响。腐蚀学工程师还必须有足够常识去决定哪种防腐措施最为经济，可使用常规方法计算出防腐投资的收益性。因为防腐蚀工程学不是一门精确的科学，所以在很多工程领域，随着时间积累的经验更有价值，成功的防腐蚀需要以下领域的知识：
－ 设备设计与建造
－ 材料学
－ 化学
－ 工厂运行
－ 检测学。

1.1 腐蚀与防腐蚀
腐蚀是在金属与其环境之间的一种物理化学互相作用，结果使金属发生了不想要的变化。变化可能导致金属、技术系统、环境与产品的负面影响。
现代腐蚀理论有两个基础部分：混合电位理论与表面膜的形成。大部分腐蚀过程属于电化学。不同的金属与溶液非均质性与几何因素会导致引起腐蚀的电位差。一些因素是不可避
免的，但合适的制造与安装流程可以避免其它因素。
腐蚀是阴极降解反应的结果。阴极反应消耗了从阳极释放并转移到阴极的电子。腐蚀电池是一个闭合电路。这个电池电压是驱动力，电池电流强度符合欧姆定律。系统内电压更高与电阻更低可以得到更高的电流强度。另一个阴极或阳极能支持更多反应，但总的阴极电流强度必须等于总阳极电流强度。这种要求即是混合电位理论。腐蚀过程是从原子通过反应离开金属表面开始的。这些金属离子能与电解质中的物质（species）反应，形成反应物。在合适的条件下，这些反应物能在金属上形成表面膜。如果表面膜制止了进一步的腐蚀，则金属就会处于钝态，或金属自身是钝态的。
腐蚀形式按它们对金属的破坏表现来进行分类的。虽然腐蚀的起因可能不清楚，但是目视检查能区分大部分腐蚀形式。既然很多腐蚀形式是不关联的，其术语也随时间不断变化，腐蚀形式也就没有一个统一被接受的分类列表。最基础的分类将腐蚀形式分成均匀腐蚀与局部腐蚀。在均匀腐蚀的情况下，大部分金属表面在腐蚀环境下其重量是均匀下降的。均匀腐蚀导致材料成吨损失，但局部腐蚀则存在更大隐患，它的一个问题是对钝态金属造成危胁。钝态表面膜本可保护大部分金属表面防止均匀腐蚀，但局部腐蚀往往发生在钝态表面膜相对脆弱的地方，或发生在腐蚀环境更严峻的地方。
在腐蚀环境中很多变化的数量是巨大的。例如，各种造纸过程是相似的，但每个工厂的腐蚀情况却有自己的特点，这个区别仅仅是温度或pH值的一些小变化。工厂的操作参数经常随生产效率的变化、新化学品的引入或原材料的组成变化。大部分腐蚀现象在水溶液中发生。水的环境变化万千，从薄的水膜到本体溶液都可能，还包括自然环境与化学品。水溶液的腐蚀性取决于溶解气体、溶解盐、有机组分与微生物的存在。水溶液的表征参数有溶解质的浓度、pH值、硬度、电导率等，影响腐蚀环境的因素是众多的，包括加速腐蚀与减缓腐蚀的因素。腐蚀问题的最好解决方案都是从研究溶液中的细微的化学变化而来的。
控制腐蚀的基本方法是良好的设计与选择合适的材料。腐蚀从图纸阶段开始就要做好防腐工作。从结构上防止腐蚀的原理很简单，但有时却很难做到。工序流程中的容器与设备的设计可能很复杂，必须符合政策法规。良好设计的目的是为了确保一个系统的寿命达到足够可靠的标准，且不用高估其材料的厚度。在特定的结构中可以接受的腐蚀伤害的类别、程度与速率，会因具体的应用而有所不同。人们可以获得一些针对防腐蚀的普及的好的设计与设计细节。最基本的规则是防止异质性，但良好的设计中防腐小细节非常多。大部分工程材料是热动力学上不稳定的。于是它们会腐蚀。很多因素会限制选材的可能性，但抗腐蚀方面却不会成为主要因素，经常在特定应用上只将材料的机械性质用来决定它是否合适。合铸与煅造过程给了一种金属其物理与机械的性质，用于得到必须产品的煅造与加工的方法也影响到金属性质。这些是金属的主要性质。抗腐蚀性取决于非常薄的表面膜。表面膜的稳定性取决于腐蚀表现。选材的重要性切不可低估。选择最优材料经常是解决腐蚀问题的最好方法，尤其当流程环境改变能导致产品降解时更是如此。
完全阻止腐蚀经常是不实际的。更好的目标是将腐蚀速率降到一个可以接受的程度。现存在一些防腐方法，最可行的解决方法由经济性因素决定。
腐蚀控制已经不只是解决类似管道泄露这种基本问题，而是包含了不会额外造成严重腐蚀问题的设计、建造与运行设备的手段。因此有效的腐蚀控制需要通过管理方法，在各部分通力合作下来实施。既然1/3的腐蚀消耗是可以避免的，例如能通过好的抗腐蚀措施来弥补，那么对于做好防腐措施的信息分享就非常重要。
腐蚀的控制与处理方法对工厂运营非常重要，因为设备与结构的腐蚀对运行与建筑安全有广泛影响。因为腐蚀将最终弱化对象直至需要被更换或强化之，经济性就成了另一个基本的考虑方向。腐蚀管理部门的任务应包括流程与设备设计，材质选择、建造安装、运行、维护与衡量经济状况。所有机构应开发与应用腐蚀控制方法来满足各种特定要求。防腐蚀是一项预防性与可预见性维护项目的中重要组成部分。

1.2 维护
维护是一项包含劳动与设备的复杂现象。它的目的是以最小代价使设备处于最优状态，来达到最长的运行时间。这意味着使用可用之人，从设备中获得最大业绩。在制浆造纸厂如何做到呢？这首先取决于工厂的运行年龄与规模，自动化程度，与维护人员必须投入的时间。造纸厂日常工作中，维护人员的人数与工作效率，实践中预防性维护的级别，维护满意程度的定义标准，都是重要的考虑对象。维护大全应包含所有这些科目，有不同的方法去评估结果。本书尽可能包含足够内容，成为制浆造纸厂维护人员的手册。作者尝试提供一个涵盖美国、加拿大与北欧纸厂的维护参数，为维护经理提供指引，为成本控制者提供设备效率与人员效率的评估新观点，为设备供应商提供建议。
自1980年代起，对维护工作的研究热潮汹涌。关于这方面的课题的会议与文章大量增加。对维护的关注度提高的主要原因是成本控制与边际效应的提高。当生产一吨浆的成本几乎等于售价时，运行预算就会被仔细检查，人们力图将所有成本降到最低。在任何工厂运行预算中维护费用都要占很大一部分。没有单一的工具能测量维护效果。对于一个机构而言，一个集中化的维护人力资源系统也许是最合适的，而在另一个时间，分散型人力资源系统更好。本述评讨论一些维护分析方法，每个工厂都可以选择最合适自己的方法。
随着造纸厂流程变得越来越“封闭”，废气或废物排放量降低，维护与生产人员的工作要求将发生巨大变化。维护有时以生产的角度看可能不受重视，这种观念现在正在过时，如今维护工作即生产本身的一部分。维护已不再仅仅是“成本“。本书将集中展示关于制浆造纸厂的维护参数的重要性。
预防性维护的现代方法包括常规性巡视，设备在严重干扰生产、修理、彻底检修与重新评估来确定设备可靠性之前进行周期性检查。预防性维护的一部分工作是腐蚀与防护与管理工作，它值得得到比之前更多的关心。腐蚀不应该成为次要问题而被担搁或遗忘。使用常规性巡视、检查、计划性检修的有效方法减轻腐蚀，可以创造巨大效益。将腐蚀管理包含在预防性维护计划中，并不是一件困难的事。

前言/序言

序

芬兰造纸科学技术水平处于世界前列，近期修订出版了《造纸科学技术丛书》。该丛书共20卷，涵盖了产业经济、造纸资源、制浆造纸工艺、环境控制、生物质精炼等科学技术领域，引起了我们业内学者、企业家和科技工作者的关注。
姜丰伟、曹振雷、胡楠三人与芬兰学者马格努斯·丹森合著的该丛书第一卷“制浆造纸经济学”中文版将于2012年出版。该书在翻译原著的基础上加入中方的研究内容：遵循产学研相结合的原则，结合国情从造纸行业的实际问题出发，通过调查研究，以战略眼光去寻求解决问题的路径。
这种合著方式的实践使参与者和知情者得到启示，产生了把这一工作扩展到整个丛书的想法，并得到了造纸协会和学会的支持，也得到了芬兰造纸工程师协会的响应。经研究决定，从芬方购买丛书余下十九卷的版权，全部译成中文，并加入中方撰写的书稿，既可以按第一卷“同一本书”的合著方式出版，也可以部分卷书为芬方原著的翻译版，当然更可以中方独立撰写若干卷书，但从总体上来说，中文版的丛书是中芬合著。
该丛书为“中芬合著：造纸及其装备科学技术丛书（中文版）”，增加“及其装备”四字是因为芬方原著仅从制浆造纸工艺技术角度介绍了一些装备，而对装备的研究开发、制造和使用的系统理论、结构和方法等方面则写得很少，想借此机会“检阅”我们造纸及其装备行业的学习、消化吸收和自主创新能力，同时体现对国家“十二五”高端装备制造业这一战略性新兴产业的重视。因此，上述独立撰写的若干卷书主要是装备。初步估计，该“丛书”约30卷，随着合著工作的进展可能稍许调整和完善。
中芬合著“丛书”中文版的工作量大，也有较大的难度，但对造纸及其装备行业的意义是显而易见的：首先，能为业内众多企业家、科技工作者、教师和学生提供学习和借鉴的平台，体现知识对行业可持续发展的贡献；其次，对我们业内学者的学术成果是一次展示和评价，在学习国外先进科学技术的基础上，不断提升自主创新能力，推动行业的科技进步；第三，对我国造纸及其装备行业教科书的更新也有一定的促进作用。
显然，组织实施这一“丛书”的撰写、编辑和出版工作，是一个较大的系统工程，将在该产业的发展史上留下浓重的一笔，对轻工其他行业也有一定的借鉴作用。希望造纸及其装备行业的企业家和科技工作者积极参与，以严谨的学风精心组织、翻译、撰写和编辑，以我们的艰辛努力服务于行业的可持续发展，做出应有的贡献。

中国轻工业联合会会长 步正发