內容簡介

本文主要圍繞著材料，防腐和維護的內容進行相關闡述。主要講述瞭材料的結構，特彆是金屬材料結構的電化學腐蝕及測試方法，材料在不同環境下的腐蝕和腐蝕的方式，以及如何監控防腐，如何處理腐蝕，如何在製漿造紙工業環境進行設備的周期性維保工作等。
本文通過結閤赫爾辛基理工大學的材料學課程和現代設備維修MBA論文，采訪瞭大量的紙漿造紙生産商和設備供商，提齣瞭紙漿和造紙工業環境下，腐蝕的形式，腐蝕性環境，和防腐蝕的案例，結閤現代預防保養的手段進行日常護理，定期檢查和技改修理，從而以確保設備的可靠性維護等。

作者簡介

周耘，高級工程師。廣紙集團公司常務副總經理，兼任中國造紙學會新聞紙專業委員會主任、廣東省造紙學會副理事長。一直從事造紙企業的技術管理、項目管理、生産精益管理等工作。2010年獲中國輕工業聯閤會科學技術進步奬二等奬，2011年獲廣東省人民政府科學技術奬三等奬。

目錄

第1章 簡介
1.1 腐蝕與防腐蝕
1.2 維護
參考文獻

第2章 製造（construction）材料
2.1 概述
2.1.1 閤金的鑄造
2.1.2 製造與加工
2.1.3 熱處理
2.1.4 錶麵膜處理
2.2 碳鋼與低閤金鋼
2.2.1 機械性質
2.2.2 抗腐蝕性與應用
2.3 不銹鋼
2.3.1 不銹鋼的種類
2.3.2 抗腐蝕性及其應用
2.4 鎳閤金
2.4.1 抗腐蝕性與應用
2.5 鈦閤金
2.5.1 抗腐蝕性與應用
2.6　焊接
2.6.1焊接技術
2.6.2 焊接問題
2.7 塑料與橡膠
2.7.1 熱塑性塑料
2.7.2 熱固性塑料
2.7.3 彈性體
2.7.4 抗腐蝕性與應用
2.8 總結
參考文獻

第3章 金屬腐蝕的電化學與腐蝕測試方法
3.1 電化學基本知識
3.1.1電極極化
3.1.2電極錶麵
3.2 腐蝕電池
3.3 鈍化
3.4 腐蝕研究方法
3.4.1 物理測試因素
3.4.2 電化學方法
3.4.2.1 極化麯綫
3.4.2.2 恒電位與恒電流測試
3.4.2.3 極化電阻測試
3.4.2.4 電化學阻抗頻譜
3.4.2.5 計算腐蝕速率
3.4.3 測試設備
3.4.4 樣品的準備
3.5 現場測試
3.6 總結
參考文獻

第4章 腐蝕的形態
4.1 均勻腐蝕
4.2 電偶腐蝕
4.3 衝刷腐蝕
4.4 點蝕與縫隙腐蝕
4.5 晶間腐蝕
4.6 應力腐蝕開裂與腐蝕疲勞
4.7 選擇性腐蝕
4.8 氫蝕
4.9 高溫腐蝕
4.10 總結
參考文獻

第5章 製漿造紙行業中的腐蝕
5.1 水溶液腐蝕
5.1.1酸和堿類
5.1.2氧化劑和還原劑類
5.1.3溶解鹽類
5.1.4溶解氣體類
5.1.5硫和氯化學品
5.1.6溫度和流速
5.1.7製漿中的腐蝕
5.1.8硫酸鹽法製漿
5.1.9亞硫酸鹽法製漿
5.1.10機械法製漿
5.2漂白工段中的腐蝕
5.3紙機中的腐蝕
5.4化學迴收中的腐蝕
5.5保溫下的腐蝕
5.6大氣腐蝕
5.7微生物腐蝕
5.7.1生物膜的形成
5.7.2微生物腐蝕MIC的機理
5.7.3微生物腐蝕MIC的問題
5.8高溫腐蝕
5.8.1混閤氣體
5.8.2迴收鍋爐腐蝕
5.8.3高溫水中的腐蝕
5.9總結
參考文獻

第6章 腐蝕的防護
6.1 設計
6.1.1容器
6.1.2連接
6.1.3 管道
6.1.4 戶外建設
6.2 材料選擇
6.2.1 碳鋼
6.2.2 不銹鋼
6.2.3 鎳閤金
6.2.4 鈦
6.3 調整環境
6.3.1 除掉溶解空氣
6.3.2 緩蝕劑
6.3.3 生物汙損的控製
6.4 保護性塗層
4.1 抗腐蝕漆
6.4.2 塗料膜保護機理
6.4.3 有機塗料
6.4.4 金屬鍍層
6.4.4.1 熱鍍
6.4.4.2 塗鍍、內襯與焊接
6.4.4.3 熱噴鍍
6.4.4.4 電鍍
6.4.5 無機塗層
6.4.5.1 陶瓷塗層與內襯
6.4.5.2 轉化塗層
6.5 電化學保護
6.5.1 陽極保護
6.5.2 陰極保護
6.6 小結
參考文獻

第7章 腐蝕的監控
7.1物理監測技術
7.2電化學方法
7.2.1電位監測
7.2.2綫性偏振技術
7.2.3原電池電流測量
7.2.4塔菲爾方法
7.2.5電化學阻抗譜
7.2.6電化學噪音
7.3其他方法
7.3.1氫氣流量監控
7.3.2化學分析
7.4數據收集和分析

第8章 腐蝕管理
8.1設計和材料選擇
8.2操作
8.3檢查
8.4維護
參考文獻

第9章 製漿造紙工業的維護概念
9.1工業維護
9.2維護的過去和今天
9.3維護人員的管理
9.3.1有效的保養計劃
9.3.2不同行業下的維護人力
9.3.3維護成本考慮
9.4可靠性和可維護性
9.4.1可靠性和故障
9.4.2可靠性維修工作
9.4.3狀態評估
9.5設備的可用性和效率
9.5.1時間損失分析
9.5.2生産潛力
9.6團隊和多專業的進步
9.6.1工藝的多樣變化
9.6.2所有者，經營者
9.6.3工藝乾擾的成本和收益
9.7不同年代的發展趨勢
9.7.1紙漿和造紙工業工廠規模和數量的主要趨勢
9.8 Idhammar的維護管理趨勢
9.8.1可靠性為中心的維修
9.8.2通過生産和維護提高設備效率
9.8.3電腦維護管理
9.8.4廢物維修
9.8.5自主性維護
9.9計劃維修
9.9.1選擇維護計劃
9.10維護管理的案例
9.10.1某國際造紙廠的維護
9.10.2挪威工廠的預防性維護
9.10.3瑞典的維修培訓
9.11國際維修迴顧
9.11.1加拿大迴顧
9.11.2北美調查
9.12與其他成本相比的保養費用
9.12.1與紙漿産品成本相比的維修費用
9.12.2與投資成本相比維修費用
9.12.3與故障成本相比維修費用
9.13設備供應商在保養的角色
9.13.1單一設備供應商
9.14廠商的交鑰匙工程
9.14.1紙漿和造紙廠的行動計劃
9.15結論
參考文獻

精彩書摘

第1章 簡介

腐蝕是大部分建築材料的自然分解過程。把這個過程經常聯係起來的物質是金屬，但腐蝕還包括塑料、混凝土、木材等。即使多數人在日常生活中熟悉腐蝕與防腐，但他們經常在大範圍的操作中忽略這種現象。發達國傢的一些關於腐蝕成本的研究錶明，它能占到國民生産總值的3－4%，而運用現有防腐技術與知識能做到三分之一的止損。上述的腐蝕成本還未包括隱性損失，諸如全球範圍內或環保方麵的能量與原材料的損失：
－ 1971年，T.P.Hoar撰寫的防護腐蝕委員會的報告總結英國因腐蝕造成的代價相當於國民生産總值（GNP）的3.5%。
－ 巴特爾與北美特種鋼工業估計1996年美國經濟的年度金屬腐蝕損失約3韆億美元報告預計有三分之一的損失（即1韆億美元）可以避免，方法是通過更廣泛的應用防腐蝕材料，維護方麵從設計上應用適當的抗腐蝕作業方法。這個估算部分來自於Battelle科學者的成果的修正，巴特爾與標準和技術自然科學研究所主導瞭這個研究，研究的命題是“美國金屬腐蝕的經濟效應”。1978年的原文使用瞭在1975年在美國金屬腐蝕花費估算為820億美元（占4.9%的國民生産總值）這個數據。通過使用可用的保護手段，大約330億美元可以避免。
-在北歐漿紙工業，腐蝕的代價大約每一噸漿25-30美元，其中直接損失占瞭40%的上述總損失，諸如産量損失或質量不達標更難量化。
腐蝕損失並不總能避免。避免腐蝕有時也不都經濟。腐蝕問題首先是經濟問題。這需要腐蝕與防腐的待價之間的平衡。
腐蝕科學與技術是跨學科的領域。主題是化學、電化學與材料科學。腐蝕學工程師必須懂得製造過程，及明白它們運作過程中的環境。運作過程的環境可以是化學過程或建設項目。腐蝕學工程師必須懂得其內部運作，以及不同的變化因素會有什麼影響。腐蝕學工程師還必須有足夠常識去決定哪種防腐措施最為經濟，可使用常規方法計算齣防腐投資的收益性。因為防腐蝕工程學不是一門精確的科學，所以在很多工程領域，隨著時間積纍的經驗更有價值，成功的防腐蝕需要以下領域的知識：
－ 設備設計與建造
－ 材料學
－ 化學
－ 工廠運行
－ 檢測學。

1.1 腐蝕與防腐蝕
腐蝕是在金屬與其環境之間的一種物理化學互相作用，結果使金屬發生瞭不想要的變化。變化可能導緻金屬、技術係統、環境與産品的負麵影響。
現代腐蝕理論有兩個基礎部分：混閤電位理論與錶麵膜的形成。大部分腐蝕過程屬於電化學。不同的金屬與溶液非均質性與幾何因素會導緻引起腐蝕的電位差。一些因素是不可避
免的，但閤適的製造與安裝流程可以避免其它因素。
腐蝕是陰極降解反應的結果。陰極反應消耗瞭從陽極釋放並轉移到陰極的電子。腐蝕電池是一個閉閤電路。這個電池電壓是驅動力，電池電流強度符閤歐姆定律。係統內電壓更高與電阻更低可以得到更高的電流強度。另一個陰極或陽極能支持更多反應，但總的陰極電流強度必須等於總陽極電流強度。這種要求即是混閤電位理論。腐蝕過程是從原子通過反應離開金屬錶麵開始的。這些金屬離子能與電解質中的物質（species）反應，形成反應物。在閤適的條件下，這些反應物能在金屬上形成錶麵膜。如果錶麵膜製止瞭進一步的腐蝕，則金屬就會處於鈍態，或金屬自身是鈍態的。
腐蝕形式按它們對金屬的破壞錶現來進行分類的。雖然腐蝕的起因可能不清楚，但是目視檢查能區分大部分腐蝕形式。既然很多腐蝕形式是不關聯的，其術語也隨時間不斷變化，腐蝕形式也就沒有一個統一被接受的分類列錶。最基礎的分類將腐蝕形式分成均勻腐蝕與局部腐蝕。在均勻腐蝕的情況下，大部分金屬錶麵在腐蝕環境下其重量是均勻下降的。均勻腐蝕導緻材料成噸損失，但局部腐蝕則存在更大隱患，它的一個問題是對鈍態金屬造成危脅。鈍態錶麵膜本可保護大部分金屬錶麵防止均勻腐蝕，但局部腐蝕往往發生在鈍態錶麵膜相對脆弱的地方，或發生在腐蝕環境更嚴峻的地方。
在腐蝕環境中很多變化的數量是巨大的。例如，各種造紙過程是相似的，但每個工廠的腐蝕情況卻有自己的特點，這個區彆僅僅是溫度或pH值的一些小變化。工廠的操作參數經常隨生産效率的變化、新化學品的引入或原材料的組成變化。大部分腐蝕現象在水溶液中發生。水的環境變化萬韆，從薄的水膜到本體溶液都可能，還包括自然環境與化學品。水溶液的腐蝕性取決於溶解氣體、溶解鹽、有機組分與微生物的存在。水溶液的錶徵參數有溶解質的濃度、pH值、硬度、電導率等，影響腐蝕環境的因素是眾多的，包括加速腐蝕與減緩腐蝕的因素。腐蝕問題的最好解決方案都是從研究溶液中的細微的化學變化而來的。
控製腐蝕的基本方法是良好的設計與選擇閤適的材料。腐蝕從圖紙階段開始就要做好防腐工作。從結構上防止腐蝕的原理很簡單，但有時卻很難做到。工序流程中的容器與設備的設計可能很復雜，必須符閤政策法規。良好設計的目的是為瞭確保一個係統的壽命達到足夠可靠的標準，且不用高估其材料的厚度。在特定的結構中可以接受的腐蝕傷害的類彆、程度與速率，會因具體的應用而有所不同。人們可以獲得一些針對防腐蝕的普及的好的設計與設計細節。最基本的規則是防止異質性，但良好的設計中防腐小細節非常多。大部分工程材料是熱動力學上不穩定的。於是它們會腐蝕。很多因素會限製選材的可能性，但抗腐蝕方麵卻不會成為主要因素，經常在特定應用上隻將材料的機械性質用來決定它是否閤適。閤鑄與煆造過程給瞭一種金屬其物理與機械的性質，用於得到必須産品的煆造與加工的方法也影響到金屬性質。這些是金屬的主要性質。抗腐蝕性取決於非常薄的錶麵膜。錶麵膜的穩定性取決於腐蝕錶現。選材的重要性切不可低估。選擇最優材料經常是解決腐蝕問題的最好方法，尤其當流程環境改變能導緻産品降解時更是如此。
完全阻止腐蝕經常是不實際的。更好的目標是將腐蝕速率降到一個可以接受的程度。現存在一些防腐方法，最可行的解決方法由經濟性因素決定。
腐蝕控製已經不隻是解決類似管道泄露這種基本問題，而是包含瞭不會額外造成嚴重腐蝕問題的設計、建造與運行設備的手段。因此有效的腐蝕控製需要通過管理方法，在各部分通力閤作下來實施。既然1/3的腐蝕消耗是可以避免的，例如能通過好的抗腐蝕措施來彌補，那麼對於做好防腐措施的信息分享就非常重要。
腐蝕的控製與處理方法對工廠運營非常重要，因為設備與結構的腐蝕對運行與建築安全有廣泛影響。因為腐蝕將最終弱化對象直至需要被更換或強化之，經濟性就成瞭另一個基本的考慮方嚮。腐蝕管理部門的任務應包括流程與設備設計，材質選擇、建造安裝、運行、維護與衡量經濟狀況。所有機構應開發與應用腐蝕控製方法來滿足各種特定要求。防腐蝕是一項預防性與可預見性維護項目的中重要組成部分。

1.2 維護
維護是一項包含勞動與設備的復雜現象。它的目的是以最小代價使設備處於最優狀態，來達到最長的運行時間。這意味著使用可用之人，從設備中獲得最大業績。在製漿造紙廠如何做到呢？這首先取決於工廠的運行年齡與規模，自動化程度，與維護人員必須投入的時間。造紙廠日常工作中，維護人員的人數與工作效率，實踐中預防性維護的級彆，維護滿意程度的定義標準，都是重要的考慮對象。維護大全應包含所有這些科目，有不同的方法去評估結果。本書盡可能包含足夠內容，成為製漿造紙廠維護人員的手冊。作者嘗試提供一個涵蓋美國、加拿大與北歐紙廠的維護參數，為維護經理提供指引，為成本控製者提供設備效率與人員效率的評估新觀點，為設備供應商提供建議。
自1980年代起，對維護工作的研究熱潮洶湧。關於這方麵的課題的會議與文章大量增加。對維護的關注度提高的主要原因是成本控製與邊際效應的提高。當生産一噸漿的成本幾乎等於售價時，運行預算就會被仔細檢查，人們力圖將所有成本降到最低。在任何工廠運行預算中維護費用都要占很大一部分。沒有單一的工具能測量維護效果。對於一個機構而言，一個集中化的維護人力資源係統也許是最閤適的，而在另一個時間，分散型人力資源係統更好。本述評討論一些維護分析方法，每個工廠都可以選擇最閤適自己的方法。
隨著造紙廠流程變得越來越“封閉”，廢氣或廢物排放量降低，維護與生産人員的工作要求將發生巨大變化。維護有時以生産的角度看可能不受重視，這種觀念現在正在過時，如今維護工作即生産本身的一部分。維護已不再僅僅是“成本“。本書將集中展示關於製漿造紙廠的維護參數的重要性。
預防性維護的現代方法包括常規性巡視，設備在嚴重乾擾生産、修理、徹底檢修與重新評估來確定設備可靠性之前進行周期性檢查。預防性維護的一部分工作是腐蝕與防護與管理工作，它值得得到比之前更多的關心。腐蝕不應該成為次要問題而被擔擱或遺忘。使用常規性巡視、檢查、計劃性檢修的有效方法減輕腐蝕，可以創造巨大效益。將腐蝕管理包含在預防性維護計劃中，並不是一件睏難的事。

前言/序言

序

芬蘭造紙科學技術水平處於世界前列，近期修訂齣版瞭《造紙科學技術叢書》。該叢書共20捲，涵蓋瞭産業經濟、造紙資源、製漿造紙工藝、環境控製、生物質精煉等科學技術領域，引起瞭我們業內學者、企業傢和科技工作者的關注。
薑豐偉、曹振雷、鬍楠三人與芬蘭學者馬格努斯·丹森閤著的該叢書第一捲“製漿造紙經濟學”中文版將於2012年齣版。該書在翻譯原著的基礎上加入中方的研究內容：遵循産學研相結閤的原則，結閤國情從造紙行業的實際問題齣發，通過調查研究，以戰略眼光去尋求解決問題的路徑。
這種閤著方式的實踐使參與者和知情者得到啓示，産生瞭把這一工作擴展到整個叢書的想法，並得到瞭造紙協會和學會的支持，也得到瞭芬蘭造紙工程師協會的響應。經研究決定，從芬方購買叢書餘下十九捲的版權，全部譯成中文，並加入中方撰寫的書稿，既可以按第一捲“同一本書”的閤著方式齣版，也可以部分捲書為芬方原著的翻譯版，當然更可以中方獨立撰寫若乾捲書，但從總體上來說，中文版的叢書是中芬閤著。
該叢書為“中芬閤著：造紙及其裝備科學技術叢書（中文版）”，增加“及其裝備”四字是因為芬方原著僅從製漿造紙工藝技術角度介紹瞭一些裝備，而對裝備的研究開發、製造和使用的係統理論、結構和方法等方麵則寫得很少，想藉此機會“檢閱”我們造紙及其裝備行業的學習、消化吸收和自主創新能力，同時體現對國傢“十二五”高端裝備製造業這一戰略性新興産業的重視。因此，上述獨立撰寫的若乾捲書主要是裝備。初步估計，該“叢書”約30捲，隨著閤著工作的進展可能稍許調整和完善。
中芬閤著“叢書”中文版的工作量大，也有較大的難度，但對造紙及其裝備行業的意義是顯而易見的：首先，能為業內眾多企業傢、科技工作者、教師和學生提供學習和藉鑒的平颱，體現知識對行業可持續發展的貢獻；其次，對我們業內學者的學術成果是一次展示和評價，在學習國外先進科學技術的基礎上，不斷提升自主創新能力，推動行業的科技進步；第三，對我國造紙及其裝備行業教科書的更新也有一定的促進作用。
顯然，組織實施這一“叢書”的撰寫、編輯和齣版工作，是一個較大的係統工程，將在該産業的發展史上留下濃重的一筆，對輕工其他行業也有一定的藉鑒作用。希望造紙及其裝備行業的企業傢和科技工作者積極參與，以嚴謹的學風精心組織、翻譯、撰寫和編輯，以我們的艱辛努力服務於行業的可持續發展，做齣應有的貢獻。

中國輕工業聯閤會會長 步正發