燃油加注设备的腐蚀及防护措施研究

邢志娜 李 伟 王菊香 刘 洁

（海军航空工程学院飞行器工程系 山东烟台）

一、引言

加注设备是导弹地面设备中不可缺少的一部分，主要功用是向弹加注定量的合格推进剂。高性能的加注系统，能快速准确地完成加注任务，缩短导弹的战斗准备时间，提高导弹的快速反应能力。海军的加注设备所在地区多为温湿多雨或高温高湿的沿海地区，特别是南海地区属于典型的高温高湿地区。因此，加注设备工作环境的腐蚀性较强、使用条件恶劣。加注设备的绝大部分零件或构件都是由各种金属材料加工制作的，而金属材料在空气、水和加注对象的接触中，均会产生不同程度的腐蚀，致使零件失效，引发设备故障或事故，造成严重后果。因此，加注设备的腐蚀及其防护问题日益受到部队技术人员和科研人员的高度重视。以某型燃油加注设备为例，分析加注设备的腐蚀形式及原理并提出相应的腐蚀防护措施。

二、燃油加注设备的腐蚀破坏分析

加注设备一般由设备本体、液路系统、气路系统、电气系统及附件工具组成。液路系统是加注设备发挥战术技术性能的重要保证，由于液路系统管道复杂、含泵机组与加注对象直接接触，从而成为加注设备防腐的重中之重。某型燃油加注设备的液路系统构成见图1，其中槽罐是贮存推进剂的容器，是腐蚀防护的重点部位。另外，阀门、管路、流量计等都属于过流部件，也应重点防护。除此以外，设备本体的表面腐蚀也是影响设备使用寿命的重要内容。为此，重点分析需要防护的部位及防腐蚀措施。

图1 某型燃油加注设备液路系统构成图

1.槽罐的微生物腐蚀

微生物种类繁多，在自然界无处不在，很难避免其进入燃油加注系统并在其中繁殖生长，造成污染。微生物活动会造成航空煤油变质、过滤器阻塞、设备腐蚀、仪表失灵等严重后果，影响工作品质和安全。

某型燃油加注设备的加注对象是航空煤油。一般微生物优先选择利用C10-C18碳链的烃类进行繁殖生长，所以煤油受微生物污染比汽油更普遍。在液路系统中，槽罐是与航空煤油长期接触的部件，因而该部件是防护微生物腐蚀的重点对象。其中，硫酸盐还原菌（SRB）产生的硫化氢对槽罐的腐蚀就是很严重的。SRB对材料产生腐蚀作用的机理主要是阴极去极化理论，阳极4Fe→4Fe2++8e；阴极 8H++8e→8H。

SRB引起的阴极去极化作用SO42-+8H→S2-+4H2O

腐蚀产物Fe2++S2-→FeS

3Fe2++6OH-→3Fe（ OH）2

总反应 4Fe+SO42-+4H2O→FeS+3Fe（ OH）2+2OH-

影响槽罐的微生物腐蚀的因素主要有水分和温度。首先微生物生命活动离不开水，对于槽罐内的燃油来说，水分主要有2个来源。一是燃油中本身就含有少量的游离水；二是清洗槽罐时操作不严谨、罐口密封不严或未将清洗用水彻底干燥，从而引入了天然水和残存水。其次，航空煤油在储运和使用的过程中，只要环境提供合适的温度、水和氧等适宜的环境条件，微生物就会在航煤中大量繁殖，从而造成严重的微生物腐蚀。

2.泵的汽蚀

泵的汽蚀现象是指由于泵内压力低于输送流体的饱和蒸汽压时，造成流体气化，而后又在压力升高的地方发生迅速凝结、溃灭，从而产生水力冲击，使泵内部件发生腐蚀的现象。通常以泵的有效汽蚀余量NPSHa来量化泵的汽蚀性能。NPSHa是流体从进液池经吸液管到达泵入口时，单位重量的流体所具有的总水头减去相应水温的气化压力水头后的剩余水头，是由泵的安装条件所确定的汽蚀余量，即式（1）。

式中p入口——泵进口处水流的绝对压力，Pa

v入口——泵进口断面水流的平均流速，m/s

p汽——所抽水温度的汽化压力，Pa

ρ——液体的密度，kg/m3

NPSHa——允许汽蚀余量，m

该加注系统采用的是自吸式不锈钢涡流泵，涡流泵的入口处，液流由外缘流向叶片凹槽根部，流量分布不均，冲击较大，压力下降较大，容易使NPSHa过低，从而诱发汽蚀。泵的汽蚀过程中，由于气泡的生成、溃灭，对泵腔和叶轮产生很大的撞击，涉及许多物理、化学现象，并产生噪声、振动。汽蚀对过流部件材料的侵蚀作用会使泵的性能下降，严重影响泵的工作效率和使用寿命，在作业中甚至会导致中断流体的输送，进而影响流体运输的安全性和可靠性。

3.密封装置的腐蚀

加注设备的密封装置主要包括各种密封圈和机械密封。在本型装备中，密封圈主要采用的是非金属密封件，有石墨环、聚四氟乙烯（PTFE）密封环2种，在苛刻服役环境中，氟橡胶O形密封圈腐蚀后会出现软化、发粘、变形、鼓胀、发泡、开裂等损伤形式，从而引起密封失效，影响密封性能。密封圈一般用在阀门与管道的连接的部位，如果不能正常发挥功效，将直接导致管道的泄露，从而影响整个加注设备的运转，甚至造成火灾或污染。所以，密封圈的腐蚀与防护也不容忽视。

机械密封是泵的轴封装置中的一种，其结构见图2。机械密封的腐蚀形式主要有腐蚀失效、热损失效和磨损失效。针对本型设备的工作环境，机械密封主要存在腐蚀失效和磨损失效。换句话说，由于机械密封的动、静环及静环座和轴套与其辅助密封圈的接触处没有明显的相对运动，因此该处液相对静止形成积液死角，从而使机械密封的各部件容易产生缝隙腐蚀、摩振腐蚀、接触腐蚀等特种腐蚀，而且3种腐蚀一般同时存在，交替进行，导致腐蚀面深而宽。

图2 机械密封装置

4.加注设备的表面腐蚀

加注设备表面的腐蚀形式主要是与环境接触的外表面的大气腐蚀，潮湿大气腐蚀是最具普遍性的腐蚀。其中近海大气则是沿海地区装备表面腐蚀的重要因素，主要是由于近海大气中Cl?较高，具有促进金属腐蚀的作用。金属表面的腐蚀形式有均匀腐蚀和局部腐蚀，其中局部腐蚀的危害较大。而局部腐蚀中，又以点蚀和缝隙腐蚀为常见。二者的腐蚀机理都是“自催化酸化作用”，即由于Cl-与腐蚀产物形成高氯化物，产生闭塞电池引起腐蚀空间内酸化加速腐蚀的作用。腐蚀过程：

阳极反应Fe→Fe2++2e

阴极反应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-

基层部队使用装备时多少存在“重使用、轻管理”的现象。具体表现：装备有库不入，长期户外存放；装备使用完后，尤其是海训后，不能做到及时擦洗入库；当涂层出现刮擦、脱落、锈蚀等问题需要补涂时，除锈、补涂不规范，达不到防腐保养的要求。

三、加注设备的腐蚀防护措施研究

1.槽罐的微生物腐蚀防护措施

航空煤油这类有机物的微生物滋生是比较常见的现象，对槽罐的微生物腐蚀必须采取有效措施加以控制，目前研究的重点主要集中在材料本身和微生物方面。通常做好日常维护工作能够有效防止槽罐的微生物腐蚀。在日常维护工作应做到：定期清洗和排放槽罐中的沉淀、定期化验燃油质量和按规定使用生物杀菌剂。

（1）定期清洗。定期清洗主要是从金属表面除掉沉积物（结垢或粘膜），如果槽罐中受污染区域不大，可采用擦除、打磨、冲刷等人工机械清洗方式。如果受污染区域较大或受污染区域无法接近，则可以使用化学清洗的方式对槽罐进行清洁。上述方法不但能耗大、运行费用高,而且杀菌过程容易产生副产品，形成二次污染。因此，中高压脉冲电场杀菌技术作为一种新的高效环保的技术正逐渐取代原有的杀菌方法。

（2）定期化验燃油质量。应该严格控制燃油质量。按规定，航空煤油需要每季度进行贮存化验，其中水分、总酸值、固体颗粒污染物等指标与微生物腐蚀相关，要特别重视上述指标的变化，当其中某项指标超过国标GB 6537-2006规定的数值时，表明存在微生物腐蚀的可能性，需要进一步检测。

（3）添加杀菌剂。为预防燃油微生物污染，在燃油中预先添加一定量的杀菌剂进行保护。燃油被微生物污染后，用杀菌剂对微生物进行杀灭，以避免更严重的污染发生。需要注意的是，为了保证航空煤油的燃烧推力，目前还没有采用这种方法。若要添加应满足几点要求：能充分溶于油中，并能迁移到水相；对航空燃油本身性能无影响；燃烧时对发动机性能无影响；毒性必须使人能够接受，且不污染环境；必须具有合适的抗菌谱。

2.泵的汽蚀防护措施

表1给出该设备的加注对象航空煤油的饱和蒸气压，该指标与其气化有直接关系。为了避免汽蚀的发生，应保障涡流泵叶片入口处的压力大于燃油在输送温度下的饱和蒸气压。由表1可以看出随着流体温度的上升，饱和蒸汽压会逐渐增大，发生汽蚀的可能性也就越大。因此在实际操作中控制流体的输送温度，特别是我国南方常年高温高湿，要特别注意温度对泵汽蚀的影响，在流体温度40℃以上时应采取冷却、散热措施，降低流体温度或避开高温时段操作。同时，尽量使泵在额定工况（及其附近）运行，从而使实际运行中的必需汽蚀余量（NPSHr）值最小。必要时可采用降速甚至调节阀调节来实现。控制泵的实际转速不得高于额定转速。

表1 航空燃油在不同温度下的饱和蒸汽压

3.密封装置的腐蚀防护措施

针对密封装置的腐蚀防护，重在日常监控。首先，按照规定检修密封装置时，发现液体滴漏，应及时更换密封部件。严禁敲击密封件，以防止局部相变而为腐蚀提供条件。安装密封装置时，应严格地清洗干净后在安装，并注意与组件之间装配尺寸，防止造成不必要的缝隙和管径突变等腐蚀易发地带。若设备长期停用，应将泵及管路内积液及时排空。

4.加注设备的表面腐蚀防护措施

根据金属的大气腐蚀特点，加注设备的表面腐蚀防护要从两方面入手，一是采用新型涂层或改进涂刷技术，提高表面涂层的防腐水平；二是加强设备的维护保养，延长涂层的使用寿命。

在提高涂层防腐水平上，使用长效防腐涂层体系是简单有效地方法手段，在诸多长效防腐涂层体系，以环氧富锌底漆/环氧云铁中间漆/丙烯酸聚氨脂面漆体系应用最为广泛。此外，实际工程中采用新型涂刷技术也可以有效地提高表面涂层的防腐水平，具有较好的应用前景的技术主要有热喷涂技术和纳米涂料技术。在加强设备维护保养上，要改善贮存条件加强封存保养，经常擦洗装备保持装备表面的洁净，及时修补表面损坏的涂层。

四、结论

随着加注设备服役时间的延长，腐蚀问题越来越被重视。以某型燃油加注设备为对象，研究分析设备中的槽罐、泵及密封装置等重点部位的腐蚀机理及特点，并提出相应防护措施。在设备使用过程中，要严格按照操作规程进行操作，不允许出现违规操作的现象，另外应该做好设备定期的检测维护。总之，设备的防腐工作要将防腐技术和科学管理密切结合起来，对腐蚀进行全面控制、监测，以达到最大限度地控制腐蚀。