燃油加注設備的腐蝕及防護措施研究

邢志娜 李 偉 王菊香 劉 潔

（海軍航空工程學院飛行器工程系 山東煙臺）

一、引言

加注設備是導彈地面設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劑。高性能的加注系統，能快速準確地完成加注任務，縮短導彈的戰斗準備時間，提高導彈的快速反應能力。海軍的加注設備所在地區多為溫濕多雨或高溫高濕的沿海地區，特別是南海地區屬于典型的高溫高濕地區。因此，加注設備工作環境的腐蝕性較強、使用條件惡劣。加注設備的絕大部分零件或構件都是由各種金屬材料加工制作的，而金屬材料在空氣、水和加注對象的接觸中，均會產生不同程度的腐蝕，致使零件失效，引發設備故障或事故，造成嚴重后果。因此，加注設備的腐蝕及其防護問題日益受到部隊技術人員和科研人員的高度重視。以某型燃油加注設備為例，分析加注設備的腐蝕形式及原理并提出相應的腐蝕防護措施。

二、燃油加注設備的腐蝕破壞分析

加注設備一般由設備本體、液路系統、氣路系統、電氣系統及附件工具組成。液路系統是加注設備發揮戰術技術性能的重要保證，由于液路系統管道復雜、含泵機組與加注對象直接接觸，從而成為加注設備防腐的重中之重。某型燃油加注設備的液路系統構成見圖1，其中槽罐是貯存推進劑的容器，是腐蝕防護的重點部位。另外，閥門、管路、流量計等都屬于過流部件，也應重點防護。除此以外，設備本體的表面腐蝕也是影響設備使用壽命的重要內容。為此，重點分析需要防護的部位及防腐蝕措施。

圖1 某型燃油加注設備液路系統構成圖

1.槽罐的微生物腐蝕

微生物種類繁多，在自然界無處不在，很難避免其進入燃油加注系統并在其中繁殖生長，造成污染。微生物活動會造成航空煤油變質、過濾器阻塞、設備腐蝕、儀表失靈等嚴重后果，影響工作品質和安全。

某型燃油加注設備的加注對象是航空煤油。一般微生物優先選擇利用C10-C18碳鏈的烴類進行繁殖生長，所以煤油受微生物污染比汽油更普遍。在液路系統中，槽罐是與航空煤油長期接觸的部件，因而該部件是防護微生物腐蝕的重點對象。其中，硫酸鹽還原菌（SRB）產生的硫化氫對槽罐的腐蝕就是很嚴重的。SRB對材料產生腐蝕作用的機理主要是陰極去極化理論，陽極4Fe→4Fe2++8e；陰極 8H++8e→8H。

SRB引起的陰極去極化作用SO42-+8H→S2-+4H2O

腐蝕產物Fe2++S2-→FeS

3Fe2++6OH-→3Fe（ OH）2

總反應 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離不開水，對于槽罐內的燃油來說，水分主要有2個來源。一是燃油中本身就含有少量的游離水；二是清洗槽罐時操作不嚴謹、罐口密封不嚴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，航空煤油在儲運和使用的過程中，只要環境提供合適的溫度、水和氧等適宜的環境條件，微生物就會在航煤中大量繁殖，從而造成嚴重的微生物腐蝕。

2.泵的汽蝕

泵的汽蝕現象是指由于泵內壓力低于輸送流體的飽和蒸汽壓時，造成流體氣化，而后又在壓力升高的地方發生迅速凝結、潰滅，從而產生水力沖擊，使泵內部件發生腐蝕的現象。通常以泵的有效汽蝕余量NPSHa來量化泵的汽蝕性能。NPSHa是流體從進液池經吸液管到達泵入口時，單位重量的流體所具有的總水頭減去相應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——泵進口處水流的絕對壓力，Pa

v入口——泵進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，從而誘發汽蝕。泵的汽蝕過程中，由于氣泡的生成、潰滅，對泵腔和葉輪產生很大的撞擊，涉及許多物理、化學現象，并產生噪聲、振動。汽蝕對過流部件材料的侵蝕作用會使泵的性能下降，嚴重影響泵的工作效率和使用壽命，在作業中甚至會導致中斷流體的輸送，進而影響流體運輸的安全性和可靠性。

3.密封裝置的腐蝕

加注設備的密封裝置主要包括各種密封圈和機械密封。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、聚四氟乙烯（PTFE）密封環2種，在苛刻服役環境中，氟橡膠O形密封圈腐蝕后會出現軟化、發粘、變形、鼓脹、發泡、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，如果不能正常發揮功效，將直接導致管道的泄露，從而影響整個加注設備的運轉，甚至造成火災或污染。所以，密封圈的腐蝕與防護也不容忽視。

機械密封是泵的軸封裝置中的一種，其結構見圖2。機械密封的腐蝕形式主要有腐蝕失效、熱損失效和磨損失效。針對本型設備的工作環境，機械密封主要存在腐蝕失效和磨損失效。換句話說，由于機械密封的動、靜環及靜環座和軸套與其輔助密封圈的接觸處沒有明顯的相對運動，因此該處液相對靜止形成積液死角，從而使機械密封的各部件容易產生縫隙腐蝕、摩振腐蝕、接觸腐蝕等特種腐蝕，而且3種腐蝕一般同時存在，交替進行，導致腐蝕面深而寬。

圖2 機械密封裝置

4.加注設備的表面腐蝕

加注設備表面的腐蝕形式主要是與環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，又以點蝕和縫隙腐蝕為常見。二者的腐蝕機理都是“自催化酸化作用”，即由于Cl-與腐蝕產物形成高氯化物，產生閉塞電池引起腐蝕空間內酸化加速腐蝕的作用。腐蝕過程：

陽極反應Fe→Fe2++2e

陰極反應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-

基層部隊使用裝備時多少存在“重使用、輕管理”的現象。具體表現：裝備有庫不入，長期戶外存放；裝備使用完后，尤其是海訓后，不能做到及時擦洗入庫；當涂層出現刮擦、脫落、銹蝕等問題需要補涂時，除銹、補涂不規范，達不到防腐保養的要求。

三、加注設備的腐蝕防護措施研究

1.槽罐的微生物腐蝕防護措施

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

（1）定期清洗。定期清洗主要是從金屬表面除掉沉積物（結垢或粘膜），如果槽罐中受污染區域不大，可采用擦除、打磨、沖刷等人工機械清洗方式。如果受污染區域較大或受污染區域無法接近，則可以使用化學清洗的方式對槽罐進行清潔。上述方法不但能耗大、運行費用高,而且殺菌過程容易產生副產品，形成二次污染。因此，中高壓脈沖電場殺菌技術作為一種新的高效環保的技術正逐漸取代原有的殺菌方法。

（2）定期化驗燃油質量。應該嚴格控制燃油質量。按規定，航空煤油需要每季度進行貯存化驗，其中水分、總酸值、固體顆粒污染物等指標與微生物腐蝕相關，要特別重視上述指標的變化，當其中某項指標超過國標GB 6537-2006規定的數值時，表明存在微生物腐蝕的可能性，需要進一步檢測。

（3）添加殺菌劑。為預防燃油微生物污染，在燃油中預先添加一定量的殺菌劑進行保護。燃油被微生物污染后，用殺菌劑對微生物進行殺滅，以避免更嚴重的污染發生。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。若要添加應滿足幾點要求：能充分溶于油中，并能遷移到水相；對航空燃油本身性能無影響；燃燒時對發動機性能無影響；毒性必須使人能夠接受，且不污染環境；必須具有合適的抗菌譜。

2.泵的汽蝕防護措施

表1給出該設備的加注對象航空煤油的飽和蒸氣壓，該指標與其氣化有直接關系。為了避免汽蝕的發生，應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，飽和蒸汽壓會逐漸增大，發生汽蝕的可能性也就越大。因此在實際操作中控制流體的輸送溫度，特別是我國南方常年高溫高濕，要特別注意溫度對泵汽蝕的影響，在流體溫度40℃以上時應采取冷卻、散熱措施，降低流體溫度或避開高溫時段操作。同時，盡量使泵在額定工況（及其附近）運行，從而使實際運行中的必需汽蝕余量（NPSHr）值最小。必要時可采用降速甚至調節閥調節來實現。控制泵的實際轉速不得高于額定轉速。

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措施

針對密封裝置的腐蝕防護，重在日常監控。首先，按照規定檢修密封裝置時，發現液體滴漏，應及時更換密封部件。嚴禁敲擊密封件，以防止局部相變而為腐蝕提供條件。安裝密封裝置時，應嚴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地帶。若設備長期停用，應將泵及管路內積液及時排空。

4.加注設備的表面腐蝕防護措施

根據金屬的大氣腐蝕特點，加注設備的表面腐蝕防護要從兩方面入手，一是采用新型涂層或改進涂刷技術，提高表面涂層的防腐水平；二是加強設備的維護保養，延長涂層的使用壽命。

在提高涂層防腐水平上，使用長效防腐涂層體系是簡單有效地方法手段，在諸多長效防腐涂層體系，以環氧富鋅底漆/環氧云鐵中間漆/丙烯酸聚氨脂面漆體系應用最為廣泛。此外，實際工程中采用新型涂刷技術也可以有效地提高表面涂層的防腐水平，具有較好的應用前景的技術主要有熱噴涂技術和納米涂料技術。在加強設備維護保養上，要改善貯存條件加強封存保養，經常擦洗裝備保持裝備表面的潔凈，及時修補表面損壞的涂層。

四、結論

隨著加注設備服役時間的延長，腐蝕問題越來越被重視。以某型燃油加注設備為對象，研究分析設備中的槽罐、泵及密封裝置等重點部位的腐蝕機理及特點，并提出相應防護措施。在設備使用過程中，要嚴格按照操作規程進行操作，不允許出現違規操作的現象，另外應該做好設備定期的檢測維護。總之，設備的防腐工作要將防腐技術和科學管理密切結合起來，對腐蝕進行全面控制、監測，以達到最大限度地控制腐蝕。