Corrosion Engineering Principles and Practice - Sách giáo khoa của Pierre R. Roberge

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Sách

2008

771
0
0

Phí lưu trữ

135 Point

Tóm tắt

I. Tổng quan về nguyên lý kỹ thuật ăn mòn Roberge

Cuốn sách Corrosion Engineering Principles and Practice của Pierre R. Roberge là tài liệu học thuật quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật ăn mòn. Được xuất bản bởi McGraw-Hill vào năm 2008, cuốn sách cung cấp nền tảng toàn diện về nguyên lý và thực hành phòng chống ăn mòn. Nội dung bao gồm các cơ chế ăn mòn hóa học và điện hóa học. Tác giả giải thích cách các yếu tố như nồng độ, nhiệt độ, vận tốc dòng chảy và sự hiện diện của chất oxy hóa ảnh hưởng đến quá trình ăn mòn. Cuốn sách áp dụng cho nhiều loại vật liệu khác nhau bao gồm kim loại, gốm sứ, polymer, chất bán dẫn và thủy tinh. Đây là tài liệu tham khảo không thể thiếu cho kỹ sư và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực vật liệu và hóa học công nghiệp.

1.1. Mục đích và phạm vi của cuốn sách

Cuốn sách Corrosion Engineering Principles and Practice nhằm cung cấp kiến thức nền tảng và nâng cao về kỹ thuật ăn mòn cho sinh viên và kỹ sư. Phạm vi bao gồm cả lý thuyết lẫn ứng dụng thực tế trong công nghiệp. Tác giả Pierre R. Roberge tập trung vào việc giải thích cơ chế ăn mòn một cách hệ thống. Cuốn sách cũng đề cập đến các phương pháp kiểm tra và đánh giá ăn mòn. Nội dung được trình bày rõ ràng, dễ hiểu cho người đọc ở nhiều trình độ khác nhau.

1.2. Các loại vật liệu được đề cập trong sách

Cuốn sách đề cập đến nhiều loại vật liệu khác nhau chịu ảnh hưởng của ăn mòn. Bao gồm kim loại như sắt, kẽm, niken và hợp kim. Ngoài ra còn có gốm sứ, polymer và chất bán dẫn. Mỗi loại vật liệu có đặc tính ăn mòn riêng biệt cần được hiểu rõ. Ví dụ, sắt hình thành hydroxit sắt trong môi trường ẩm ướt. Kẽm tạo ra oxide kẽm khi tiếp xúc với không khí ẩm. Việc hiểu đặc tính ăn mòn của từng loại vật liệu giúp lựa chọn giải pháp phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể.

II. Phân tích các vấn đề ăn mòn trong công nghiệp

Ăn mòn là vấn đề nghiêm trọng gây thiệt hại lớn cho nền kinh tế công nghiệp toàn cầu. Quá trình ăn mòn xảy ra khi vật liệu phản ứng với môi trường xung quanh. Các yếu tố ảnh hưởng bao gồm nồng độ hóa chất, nhiệt độ và vận tốc dòng chảy. Sự hiện diện của chất oxy hóa hoặc chất khử cũng tác động đáng kể đến tốc độ ăn mòn. Trong thực tế, nhiều vật liệu có tính chất cơ học tốt nhưng không đáp ứng được yêu cầu chống ăn mòn. Ví dụ, bạc có thể tốt hơn niken cho ống bay hơi cô đặc xút, nhưng chi phí cao hơn nhiều. Thép đôi khi là lựa chọn kinh tế hơn cho việc xử lý xút loãng trong điều kiện ít nghiêm ngặt. Kỹ sư ăn mòn thường phải làm việc trong các tình huống không tối ưu để giải quyết hậu quả của ăn mòn.

2.1. Cơ chế ăn mòn hóa học và điện hóa học

Ăn mòn hóa học xảy ra khi vật liệu phản ứng trực tiếp với môi trường. Ăn mòn điện hóa học liên quan đến quá trình chuyển electron giữa các điện cực. Trong phản ứng với axit clohydric, sắt có hóa trị 2 tạo thành muối sắt. Tuy nhiên, sắt trong hydroxit sắt có hóa trị 3. Điều này cho thấy sự khác biệt trong cơ chế ăn mòn tùy thuộc vào điều kiện phản ứng. Hiểu rõ cơ chế giúp dự đoán và kiểm soát quá trình ăn mòn hiệu quả hơn.

2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ ăn mòn của vật liệu trong môi trường công nghiệp. Nồng độ hóa chất là yếu tố quan trọng, nồng độ cao thường tăng tốc ăn mòn. Nhiệt độ cũng tác động đáng kể, nhiệt độ cao làm tăng năng lượng hoạt hóa. Vận tốc dòng chảy ảnh hưởng đến sự khuấy trộn và tiếp xúc bề mặt. Sự thông khí và hiện diện chất ô nhiễm đặc biệt cũng đóng vai trò quan trọng. Kỹ sư cần xem xét tất cả các yếu tố này khi thiết kế hệ thống chống ăn mòn.

III. Giải pháp và phương pháp phòng chống ăn mòn

Phòng chống ăn mòn hiệu quả hơn nhiều so với sửa chữa hậu quả do ăn mòn gây ra. Cuốn sách của Roberge trình bày nhiều phương pháp bảo vệ vật liệu khác nhau. Phương pháp phổ biến bao gồm phủ bảo vệ, xử lý bề mặt và lựa chọn vật liệu phù hợp. Mạ kẽm là kỹ thuật được sử dụng rộng rãi để bảo vệ sắt thép. Phản ứng giữa kẽm với nước và oxy tạo thành hydroxit kẽm. Lớp oxide kẽm này bảo vệ bề mặt kim loại bên trong. Việc chọn vật liệu phù hợp cần cân nhắc giữa hiệu suất chống ăn mòn và chi phí. Cuốn sách cung cấp hướng dẫn chi tiết về cách đánh giá và lựa chọn giải pháp tối ưu cho từng trường hợp cụ thể trong công nghiệp.

3.1. Kỹ thuật mạ kẽm và xử lý bề mặt

Mạ kẽm là phương pháp bảo vệ phổ biến cho sắt thép trong nhiều ứng dụng. Kẽm phản ứng với nước và oxy trong không khí ẩm tạo thành hydroxit kẽm. Sản phẩm này là lớp phủ trắng thường thấy trên xô mạ kẽm và máng xối. Lớp oxide kẽm bảo vệ bề mặt kim loại khỏi quá trình ăn mòn tiếp theo. Quá trình này tương tự với việc bảo vệ vòi sen mạ crôm không hoàn hảo. Xử lý bề mặt bao gồm nhiều kỹ thuật khác như sơn phủ và anod hóa.

3.2. Lựa chọn vật liệu dựa trên cân nhắc kinh tế

IV. Kết luận và ứng dụng thực tế của kỹ thuật ăn mòn

Kỹ thuật ăn mòn có vai trò thiết yếu trong xã hội công nghiệp hiện đại. Kiến thức về nguyên lý và thực hành chống ăn mòn giúp bảo vệ tài sản và hạ tầng. Cuốn sách Corrosion Engineering Principles and Practice cung cấp nền tảng vững chắc cho kỹ sư và nhà nghiên cứu. Ứng dụng thực tế trải rộng từ xây dựng cầu đường đến sản xuất hóa chất. Kỹ sư dân dụng quan tâm đến thiết kế cầu bền vững trước tác động của ăn mòn. Trong ngành hóa chất, hiểu biết về ăn mòn giúp thiết kế hệ thống an toàn và hiệu quả. Phòng chống ăn mòn không chỉ là vấn đề kỹ thuật mà còn là trách nhiệm kinh tế và môi trường. Đầu tư vào nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật ăn mòn mang lại lợi ích lâu dài cho xã hội.

4.1. Ứng dụng trong ngành xây dựng và hạ tầng

Ngành xây dựng ứng dụng rộng rãi kiến thức về kỹ thuật ăn mòn. Kỹ sư dân dụng thiết kế cầu và công trình chịu được tác động của môi trường. Việc lựa chọn vật liệu phù hợp giúp kéo dài tuổi thọ công trình. Mạ kẽm và phủ bảo vệ được sử dụng cho kết cấu thép ngoài trời. Hệ thống thoát nước và ống dẫn cần được bảo vệ khỏi ăn mòn hóa học. Cuốn sách cung cấp hướng dẫn thực tế cho các ứng dụng xây dựng này.

4.2. Ứng dụng trong ngành hóa chất và sản xuất công nghiệp

Ngành hóa chất là lĩnh vực ứng dụng quan trọng của kỹ thuật ăn mòn. Thiết bị bay hơi, bình phản ứng và đường ống tiếp xúc với hóa chất ăn mòn. Việc hiểu đặc tính ăn mòn của hóa chất giúp chọn vật liệu phù hợp. Ví dụ, niken và bạc được sử dụng cho thiết bị cô đặc xút. Thép phù hợp cho xử lý hóa chất loãng trong điều kiện ít khắc nghiệt hơn. Kiến thức về ăn mòn giúp tối ưu hóa thiết kế và giảm chi phí vận hành.

21/04/2026

Trích đoạn nội dung tài liệu

com LIBROS UNIVERISTARIOS Y SOLUCIONARIOS DE MUCHOS DE ESTOS LIBROS LOS SOLUCIONARIOS CONTIENEN TODOS LOS EJERCICIOS DEL LIBRO RESUELTOS Y EXPLICADOS DE FORMA CLARA VISITANOS PARA DESARGALOS GRATIS. Corrosion Engineering Principles and Practice Pierre R. New York Chicago San Francisco Lisbon London Madrid Mexico City Milan New Delhi San Juan Seoul Singapore Sydney Toronto Copyright © 2008 by The McGraw-Hill Companies, Inc. All rights reserved. Manufactured in the United States of America. Except as permitted under the United States Copyright Act of 1976, no part of this publication may be reproduced or distributed in any form or by any means, or stored in a database or retrieval system, without the prior written permission of the publisher. 0-07-164087-8 The material in this eBook also appears in the print version of this title: 0-07-148243-1. All trademarks are trademarks of their respective owners. Rather than put a trademark symbol after every occurrence of a trademarked name, we use names in an editorial fashion only, and to the benefit of the trademark owner, with no intention of infringement of the trademark. Where such designations appear in this book, they have been printed with initial caps. McGraw-Hill eBooks are available at special quantity discounts to use as premiums and sales promotions, or for use in corporate training programs. For more information, please contact George Hoare, Special Sales, at george_hoare@mcgraw-hill. TERMS OF USE This is a copyrighted work and The McGraw-Hill Companies, Inc. (“McGraw-Hill”) and its licensors reserve all rights in and to the work. Use of this work is subject to these terms. Except as permitted under the Copyright Act of 1976 and the right to store and retrieve one copy of the work, you may not decompile, disassemble, reverse engineer, reproduce, modify, create derivative works based upon, transmit, distribute, disseminate, sell, publish or sublicense the work or any part of it without McGraw-Hill’s prior consent. You may use the work for your own noncommercial and personal use; any other use of the work is strictly prohibited. Your right to use the work may be terminated if you fail to comply with these terms. THE WORK IS PROVIDED “AS IS.” McGRAW-HILL AND ITS LICENSORS MAKE NO GUARANTEES OR WARRANTIES AS TO THE ACCURACY, ADEQUACY OR COMPLETENESS OF OR RESULTS TO BE OBTAINED FROM USING THE WORK, INCLUDING ANY INFORMATION THAT CAN BE ACCESSED THROUGH THE WORK VIA HYPERLINK OR OTHERWISE, AND EXPRESSLY DISCLAIM ANY WARRANTY, EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIM- ITED TO IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY OR FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. McGraw-Hill and its licensors do not warrant or guarantee that the functions contained in the work will meet your requirements or that its operation will be uninterrupted or error free. Neither McGraw- Hill nor its licensors shall be liable to you or anyone else for any inaccuracy, error or omission, regardless of cause, in the work or for any damages resulting therefrom. McGraw-Hill has no responsibility for the content of any information accessed through the work. Under no circumstances shall McGraw-Hill and/or its licensors be liable for any indirect, incidental, special, punitive, consequential or similar damages that result from the use of or inability to use the work, even if any of them has been advised of the possibility of such damages. This limitation of liability shall apply to any claim or cause whatsoever whether such claim or cause arises in contract, tort or otherwise.1036/0071482431 Professional Want to learn more? We hope you enjoy this McGraw-Hill eBook! If you’d like more information about this book, its author, or related books and websites, please click here. For more information about this title, click here Contents Preface . xiii 1 The Study of Corrosion .1 Why Study Corrosion? .2 The Study of Corrosion .3 Needs for Corrosion Education .4 The Functions and Roles of a Corrosion Engineer .5 The Corrosion Engineer’s Education .6 Strategic Impact and Cost of Corrosion Damage .1 Why Metals Corrode .2 Matter Building Blocks .3 Acidity and Alkalinity (pH) .4 Corrosion as a Chemical Reaction .1 Corrosion in Acids .2 Corrosion in Neutral and Alkaline Solutions .5 Surface Area Effect .2 Standard Electrode Potentials .1 The Aluminum-Air Power Source . 62 iii iv Contents 4.5 Reference Half-Cells (Electrodes) .1 Conversion between References .2 Silver/Silver Chloride Reference Electrode .3 Copper/Copper Sulfate Reference Electrode .6 Measuring the Corrosion Potential .8 Potential-pH Diagram .1 E-pH Diagram of Water .2 E-pH Diagrams of Metals . 84 5 Corrosion Kinetics and Applications of Electrochemistry to Corrosion .1 What Is Overpotential? .1 Water Resistivity Measurements .2 Soil Resistivity Measurements .5 Graphical Presentation of Kinetic Data (Evans Diagrams) .1 Activation Controlled Processes .2 Concentration Controlled Processes .6 Examples of Applied Electrochemistry to Corrosion .1 Electrochemical Polarization Corrosion Testing . 144 6 Recognizing the Forms of Corrosion .2 General or Uniform Attack .6 Hydrogen-Induced Cracking .4 Velocity Induced Corrosion .5 Mechanically Assisted Corrosion .1 Stress Corrosion Cracking . 205 7 Corrosion Failures, Factors, and Cells .2 Information to Look For .2 Fluid Velocity Effects .3 Impurities in the Environment .4 Presence of Microbes .5 Presence of Stray Currents .3 Identifying the Corrosion Factors .4 Examples of Corrosion Cells .3 Differential Aeration: Oxygen Concentration Cells .5 Stray Current Cells .7 Surface Film Cells .8 Microbial Corrosion Cells .2 Crevice Corrosion Mitigation .3 Galvanic Corrosion Mitigation .4 Fretting Corrosion Mitigation .5 Mitigation of Stress Corrosion Cracking .6 Visualizing Corrosion Cells . 254 vi Contents 8 Corrosion by Water .1 Importance of Water .2 Corrosion and Water Quality and Availability .3 Condition Assessment Techniques .3 Types of Water .4 Cooling Water Systems .1 Once-Through Systems .5 Steam Generating Systems .1 Treatment of Boiler Feedwater Makeup .2 Fossil Fuel Steam Plants .3 Supercritical Steam Plants .4 Waste Heat Boilers .5 Nuclear Boiling Water Reactors .6 Nuclear Pressurized Water Reactors .7 Corrosion Costs to the Power Industry .1 Langelier Saturation Index .8 Ion-Association Model .1 Limiting Halite Deposition in a Wet High-Temperature Gas Well .2 Identifying Acceptable Operating Range for Ozonated Cooling Systems .3 Optimizing Calcium Phosphate Scale Inhibitor Dosage in a High-TDS Cooling System . 327 Contents vii 9 Atmospheric Corrosion .2 Types of Corrosive Atmospheres .3 Factors Affecting Atmospheric Corrosion .1 Relative Humidity and Dew Point .3 Deposition of Aerosol Particles .4 Measurement of Atmospheric Corrosivity Factors .1 Time of Wetness .5 Atmospheric Corrosivity Classification Schemes .1 Environmental Severity Index .2 ISO Classification of Corrosivity of Atmospheres .3 Maps of Atmospheric Corrosivity .6 Atmospheric Corrosion Tests .7 Corrosion Behavior and Resistance .1 Iron, Steel, and Stainless Steel .2 Copper and Copper Alloys .3 Nickel and Nickel Alloys .4 Aluminum and Aluminum Alloys .5 Zinc and Zinc Alloys . 383 10 Corrosion in Soils and Microbiologically Influenced Corrosion .2 Corrosion in Soils .1 Soil Classification .2 Soil Parameters Affecting Corrosivity .3 Soil Corrosivity Classifications .4 Auxiliary Effects of Corrosion Cells .5 Examples of Buried Systems .6 Corrosion of Materials Other Than Steel .3 Microbiologically Influenced Corrosion .1 Planktonic or Sessile .2 Microbes Classification .3 Monitoring Microbiologically Influenced Corrosion . 428 11 Materials Selection, Testing, and Design Considerations .2 Complexity of Corrosion Conscious Materials Selection .1 Multiple Forms of Corrosion .2 Multiple Material/ Environment Combinations .3 Precision of Corrosion Data .4 Complexity of Materials/ Performance Interactions .1 Life-Cycle Costing .4 Materials Selection Road Map .1 Identify Initial Slate of Candidate Materials .2 Screen Materials Based on Past Experience .3 Conduct Environmental Assessment .4 Evaluate Materials Based on Potential Corrosion Failure Modes .5 Select Corrosion Prevention and Control Methods .1 Designing Adequate Drainage .2 Adequate Joining and Attachments . 474 Contents ix 12 Corrosion as a Risk .3 Risk and Corrosion Control .4 Key Performance Indicators .1 Cost of Corrosion Key Performance Indicator .2 Corrosion Inhibition Level Key Performance Indicator .3 Completed Maintenance Key Performance Indicator .4 Selecting Key Performance Indicators .5 Risk Assessment Methods .1 Hazard and Operability .2 Failure Modes, Effects, and Criticality Analysis .3 Risk Matrix Methods .4 Fault Tree Analysis .5 Event Tree Analysis .6 Risk-Based Inspection .1 Probability of Failure Assessment .2 Consequence of Failure Assessment .3 Application of Risk-Based Inspection .7 Industrial Example: Transmission Pipelines .1 External Corrosion Damage Assessment .2 Internal Corrosion Damage Assessment .4 In-Line Inspection .1 Cathodic Protection Historical Notes .2 How Cathodic Protection Works in Water .1 Sacrificial Cathodic Protection .2 Impressed Current Cathodic Protection .3 How Cathodic Protection Works in Soils .1 Sacrificial Cathodic Protection .2 Impressed Current Cathodic Protection .4 Anode Backfill .4 How Cathodic Protection Works in Concrete .1 Impressed Current Cathodic Protection .2 Sacrificial Cathodic Protection .5 Cathodic Protection Components .3 Rectified Current Sources .4 Other Current Sources .5 Wires and Cables .6 Potential to Environment .7 Current Requirement Tests .1 Tests for a Coated System .2 Tests for a Bare Structure .8 Stray Current Effects .9 Monitoring Pipeline Cathodic Protection Systems .1 Close Interval Potential Surveys .3 Direct and Alternating Current Voltage Gradient Surveys .10 Simulation and Optimization of Cathodic Protection Designs .1 Modeling Ship Impressed Current Cathodic Protection .2 Modeling Cathodic Protection in the Presence of Interference .1 Types of Coatings .2 Why Coatings Fail .3 Soluble Salts and Coating Failures .4 Economic Aspects of Coatings Selection and Maintenance .1 Jointing Compounds and Sealants .2 Corrosion Prevention Compounds .3 Volatile Corrosion Inhibitors .2 Ceramics and Glass .3 Hot-Dip Galvanizing .9 Coating Inspection and Testing .1 Condition of the Substrate .2 Condition of the Existing Coating System .1 Principles of Coating Adhesion .4 Wet Abrasive Blasting .5 Other Surface Preparation Methods . 661 15 High-Temperature Corrosion .1 Standard Free Energy of Formation .2 Vapor Species Diagrams .3 2D Isothermal Stability Diagrams .1 Scale as a Diffusion Barrier .2 Basic Kinetic Models .3 Pilling-Bedworth Ratio .4 Practical High-Temperature Corrosion Problems .6 Gaseous Halogen Corrosion .7 Fuel Ash and Salt Deposits .8 Corrosion by Molten Salts .9 Corrosion in Liquid Metals . 715 C SI Units Conversion Table .1 How to Read This Table .2 Using the Table . 725 Preface W hen I carried out my first corrosion investigation, some 25 years ago, on what turned out to be a 90-10 copper-nickel tubing Type I pitting problem it never occurred to me that this was indeed to trigger an important transition in my career. Well, that seems to be how many corrosion engineers have stumbled onto what was later to become a central focus of their work. There are many reasons for this. One common factor that often attracts an investigator’s attention is the drastic contrast that exists between the importance and seriousness of a corrosion problem and the size of the damage itself. In my first corrosion investigation a metallurgical microscope of reasonable magnification was required to examine the tubing samples provided. Yet, these microscopic pits were causing a major havoc to the air-cooling system of a relatively modern facility where my laboratory and office were located. Eventually the whole air- conditioning system unit had to be replaced at a cost of over $200,000. The precise root cause of the problem still remains a mystery since a few other systems operating with a common water intake and of the same design and vintage are still in operation today and never suffered Type I pitting problems. My first case also revealed another aspect of many corrosion investigations that is quite fascinating. It has to do with the complexity of the interactions that eventually culminate in a failure or a need to repair. The belief was widespread at the time that many of the corrosion problems could be alleviated with the help of well-designed and calibrated expert systems. In many countries the development of these systems was funded on the premise that these software tools would artificially improve the level of expertise of technical personnel. Of course, this optimistic view could not possibly consider many of the hidden factors that are behind many corrosion situations: unreported system changes, rapid and frequent changes in technical personnel and many other factors that may remain invisibly at work on a micro scale for years before giving the final blow to a system.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ