設(shè)備腐蝕與防護(hù)綜述（一）

趙維印

（中國機(jī)械工程學(xué)會設(shè)備維修分會設(shè)備管理學(xué)術(shù)委員會，北京 100009）

一、引言

設(shè)備和設(shè)施的絕大部分零件或構(gòu)件都是由各種金屬材料加工制作的，而多種金屬材料在空氣、水和各種介質(zhì)中均會產(chǎn)生不同程度的腐蝕現(xiàn)象，致使零件失效，引發(fā)設(shè)備故障或事故，造成嚴(yán)重后果。所以，設(shè)備的腐蝕及其防護(hù)問題日益受到工程技術(shù)人員和科研人員的高度重視。

腐蝕現(xiàn)象由來己久，隨著工業(yè)化的發(fā)展這個問題愈加突出，而且超出工程技術(shù)和企業(yè)管理關(guān)注的范疇，成為嚴(yán)重影響人們健康與生命以及企業(yè)、國家財(cái)產(chǎn)的社會問題。據(jù)一些國家的經(jīng)濟(jì)部門統(tǒng)計(jì)分析：全球因腐蝕而報(bào)廢的金屬量已超過總產(chǎn)量的30%；因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占國民生產(chǎn)總值的3%～5%。不僅如此，近30年來世界許多國家因工業(yè)設(shè)備、設(shè)施腐蝕引起的事故，已形成巨大的社會災(zāi)難。如1983年，西班牙奧圖埃利亞地區(qū)的一個學(xué)校的地下煤氣管道，因年久失修發(fā)生銹蝕泄漏，引起爆炸，致使53人死亡，其中包括50名兒童；1984年12月，印度博帕爾市一家農(nóng)藥廠因管道腐蝕泄漏引發(fā)爆炸，劇毒氣體籠罩整個城市，致使3 000余人死亡，18萬人受到傷害；1992年，墨西哥瓜達(dá)拉哈拉市一家石化工廠，汽油管道腐蝕泄漏引起爆炸，造成300人當(dāng)場余人死亡。此外，據(jù)美國國會問責(zé)局（GAO）2010年12月發(fā)布的一份報(bào)告稱，截至2007年10月已服役的新型F-22“猛禽”戰(zhàn)斗機(jī)，共發(fā)生534起機(jī)倉飛行員座椅的排水裝置發(fā)生嚴(yán)重銹蝕事件。這可能導(dǎo)致在危險時刻座椅彈射機(jī)構(gòu)失靈。為此，美國國防部支付2.28億美元用以除銹。由以上事例可以看出腐蝕引起設(shè)備、設(shè)施發(fā)生故障與事故已經(jīng)造成各方面的巨大損失，應(yīng)引起人們對腐蝕防護(hù)工作的高度重視。

二、腐蝕的涵義

腐蝕的涵義有多種表述。

（1） 一種通俗的含義：腐蝕就是金屬材料在一般情況下，其外表受到氧化后的一種性能衰竭現(xiàn)象。

（2）比較嚴(yán)格的定義：金屬物質(zhì)表面因發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而受到破壞的現(xiàn)象。

（3）還有一種廣義的解釋：物質(zhì)在大氣環(huán)境中或不同介質(zhì)中，受到氧化以及溫度、濕度等作用與影響而產(chǎn)生的性能劣化，包括金屬的腐蝕、竹木制品的腐蝕和有機(jī)化合物（塑料、橡膠）的老化。

（4）還有學(xué)者認(rèn)為：腐蝕與摩擦兩種現(xiàn)象是共存的，把腐蝕環(huán)境中摩擦表面出現(xiàn)的材料流失現(xiàn)象稱為磨蝕。

總的來講，人們普遍認(rèn)為腐蝕就是一種化學(xué)和電化學(xué)現(xiàn)象。不過金屬材料氧化后生成的氧化層，其物理性質(zhì)不同。有的金屬（如AL、Ti等） 其表層在氧化后有較強(qiáng)的鈍化性，所以表現(xiàn)出的腐蝕破壞程度有很大差別。一般來講，常用的鐵質(zhì)材料腐蝕造成的破壞較為嚴(yán)重，是腐蝕防護(hù)研究工作的重點(diǎn)。

三、腐蝕的多發(fā)領(lǐng)域與破壞形式

1.腐蝕的多發(fā)領(lǐng)域

腐蝕普遍存在于人類活動的各個場所和多種材料上，但在分布上有很大的不均衡。在一些行業(yè)與地域表現(xiàn)尤甚，應(yīng)是防護(hù)的重點(diǎn)。一般來講，以下行業(yè)或領(lǐng)域設(shè)備腐蝕問題較多、后果較重。

（1）石油化工行業(yè)。這類企業(yè)各種反應(yīng)罐和容器、管道比較多，而且其生產(chǎn)的原料與成品帶有腐蝕性，并且易燃易爆。所以這些企業(yè)的設(shè)施容易腐蝕，同時存在較大的危險性，防護(hù)腐蝕是非常重要的。

（2）冶金行業(yè)。這類企業(yè)不僅也有較多可燃?xì)怏w的管道，而且還有各種冶煉爐、加熱爐，爐體、爐殼的工作溫度較高不僅容易銹蝕，而且冶煉的鋼水、鐵水均有2 000℃左右，絕不允許外溢、外泄發(fā)生。此外軋鋼作業(yè)時還需噴灑冷卻水，容易促使機(jī)器銹蝕。

（3）運(yùn)輸行業(yè)。這個領(lǐng)域范圍較寬，包跨火車、輪船、飛機(jī)、汽車等。它們都是在露天條件下工作，要經(jīng)歷風(fēng)雨、砂塵、海水以及氣溫等不利的環(huán)境的影響。對于多數(shù)企業(yè)來講重點(diǎn)是注意汽車的維護(hù)，防止機(jī)件和車體外殼的銹蝕。

（4）公用設(shè)施。這個領(lǐng)域范疇也很廣，包括橋梁、城市地下各種管道、輸電塔桿、鐵（公） 路附屬設(shè)施等。它們的運(yùn)行環(huán)境也很差，需要加強(qiáng)維護(hù)與保養(yǎng)。

除上述方面外，各行業(yè)均有一些設(shè)備、設(shè)施可能受到腐蝕破壞，只是程度略小。據(jù)美國國家工程腐蝕協(xié)會2002年的調(diào)查資料顯示：燃?xì)?、自來水、電力和通信的傳輸管道與設(shè)施受腐蝕最嚴(yán)重，約占全部腐蝕損失的34%；其次是運(yùn)輸行業(yè)，其腐蝕損失約占21.5%；第三位是公用基礎(chǔ)設(shè)施（包括橋梁、公路、機(jī)場等），損失占16.4%；最后是工業(yè)制造業(yè)（包括煉油廠、化工廠、鋼鐵廠、制藥廠、造紙廠等），損失占12.8%。

2.腐蝕對設(shè)備破壞的主要形式

設(shè)備零件的腐蝕是一個隨時間推移和環(huán)境變化而逐漸發(fā)展的失效破壞過程，也是一種故障隱患逐步形成的過程。在工業(yè)企業(yè)設(shè)備運(yùn)行中，腐蝕可能導(dǎo)致以下故障或事故發(fā)生。

（1）零件長時間銹蝕，銹層逐漸由表皮延伸至材質(zhì)內(nèi)部，可能造成零件斷裂。

（2）腐蝕可使罐體、容器、管道的殼體壁厚局部變薄，進(jìn)而產(chǎn)生蝕孔或使焊縫開裂，引發(fā)介質(zhì)泄漏，或可能導(dǎo)致火災(zāi)甚至爆炸。

（3）腐蝕促使零件表面的尺寸、形狀、粗糙度等形位或精度發(fā)生改變，有可能引起零件運(yùn)動不到位，造成設(shè)備功能失效。

（4） 腐蝕還可能使緊固件（特別是地腳螺釘） 繡牢，難以拆卸，甚至造成螺栓斷裂，給設(shè)備檢修與運(yùn)輸帶來麻煩。

上述設(shè)備腐蝕的不良后果都會嚴(yán)重干擾正常生產(chǎn)秩序。對此應(yīng)采取多種手段加強(qiáng)監(jiān)護(hù)與防治。

四、腐蝕的防護(hù)

腐蝕領(lǐng)域廣，不僅鋼鐵材質(zhì)零件會產(chǎn)生銹蝕，其他許多金屬材料在某些介質(zhì)環(huán)境中也會不同程度受到氧化、腐蝕。另外，防止零件腐蝕不僅局限在設(shè)備使用期實(shí)施的日常檢查與及時維護(hù)，而是要貫穿整個設(shè)備壽命周期，要在設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)轉(zhuǎn)、維護(hù)、修理、改造各個環(huán)節(jié)采取措施。同時，防腐工作不僅要應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)手段，還應(yīng)更重視腐蝕防護(hù)的管理工作，包括理念、制度、計(jì)劃等諸多方面。

1.腐蝕防護(hù)的管理工作

（1）企業(yè)經(jīng)營者和生產(chǎn)組織者要充分認(rèn)識腐蝕防護(hù)工作的重要性。一般企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者均認(rèn)為保證裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是設(shè)備部門的職責(zé)，防止設(shè)備腐蝕是工程技術(shù)人員的工作。這種認(rèn)識是片面的、膚淺的，設(shè)備腐蝕關(guān)系到生產(chǎn)安全和經(jīng)濟(jì)效益。

對于許多行業(yè)其生產(chǎn)流程中各種容器和管道較多，其中儲存和輸送的原料與成品多為具有腐蝕性的易燃物。所以，這些裝置一旦因腐蝕而泄漏就可能引發(fā)火災(zāi)乃至爆炸等重大安全事故，這樣的事例屢見不鮮。

其次，設(shè)備腐蝕造成較大故障就必須停產(chǎn)檢修和更換備件，腐蝕嚴(yán)重的甚至要更新成套裝置，這會給企業(yè)帶來較大生產(chǎn)損失，增加運(yùn)行成本。

所以企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者一定要從多方面采取措施加以防范。更重要的是要轉(zhuǎn)變觀念，變被動應(yīng)付為主動預(yù)防、科學(xué)防治。

（2）在進(jìn)行設(shè)備規(guī)劃和配置時，要認(rèn)真實(shí)施技術(shù)可行性分析，確保防腐措施的可靠性。企業(yè)規(guī)劃、設(shè)備、生產(chǎn)等部門要針對產(chǎn)品原料以及添加劑的性能，選擇先進(jìn)、適用的防腐裝置，特別要對其材料、質(zhì)量和防腐壽命進(jìn)行嚴(yán)格考察。此外，對重要防腐裝置的設(shè)計(jì)、制造和裝配過程實(shí)施監(jiān)理。

（3）設(shè)備管理部門要有計(jì)劃地開展裝置腐蝕狀況的檢查與評估。對設(shè)備可能發(fā)生腐蝕的部位要納入點(diǎn)檢“五定”（定部位、定周期、定手段、定標(biāo)準(zhǔn)、定責(zé)任人）管理，對發(fā)現(xiàn)的腐蝕現(xiàn)象要進(jìn)行分析與評價，確定腐蝕的程度（如容器、管道的壁厚測定）和應(yīng)采取的措施。如可以利用一種有效的監(jiān)測腐蝕的方法，即電子化學(xué)阻斷光譜技術(shù)。它可以測定金屬腐蝕發(fā)展的速度，幫助作出故障評定。

（4）要針對裝置使用年限和腐蝕程度適時安排設(shè)備改造或更新。一些企業(yè)的老裝置已使用多年，雖經(jīng)檢測與修復(fù)，腐蝕部位得到恢復(fù)與補(bǔ)償，但總體上講它在設(shè)計(jì)（如結(jié)構(gòu)與材質(zhì)的選擇）和制造（如加工技術(shù)）等方面是相對落后的，修修補(bǔ)補(bǔ)不能徹底改善裝置的性能。這時有關(guān)部門就應(yīng)在評估的基礎(chǔ)上，制定較大規(guī)模改造或更新的規(guī)劃，使裝置在防腐性能上有一個較大飛躍。

2.腐蝕防護(hù)的技術(shù)工作

防止金屬零件因腐蝕而引發(fā)故障，主要有兩類技術(shù)措施。

（1）腐蝕控制。主要是從裝置、零件的設(shè)計(jì)與制造的角度，采取積極的防腐辦法。

①腐蝕材料的選擇。根據(jù)容器接觸介質(zhì)的腐蝕特性，有針對性地選擇不同耐腐蝕金屬材料。同時要考慮制作裝置的材料用量，即制造成本。耐腐蝕性強(qiáng)的金屬材料主要有以下三大類。

A.各種牌號的不銹鋼。抵御不同腐蝕性介質(zhì)要選用不同合金成分的不銹鋼。如防止NaSCN腐蝕時，應(yīng)選用超低鐵不銹鋼00Cr17Ni14Mo2。

B.鈦及鈦合金。耐蝕性強(qiáng)，且有較好的鈍化性，能迅速修復(fù)受損的保護(hù)性氧化膜。鈦材能抵抗多種化學(xué)介質(zhì)的腐蝕，包括鹽酸和次氯酸、濃度98%的硝酸以及溴溶液等。此外，鈦材不易結(jié)垢，具有較好的換熱性。但鈦材價格較高，工業(yè)純鈦的價格約為不銹鋼的5～6倍，然而因其密度較?。ㄢ伱芏葹?.51g/cm3，不銹鋼密度為7.93g/cm3），故實(shí)際費(fèi)用約為不銹鋼的2倍多，可以適情選用。

目前，鈦材選用增多，現(xiàn)特提出以下注意事項(xiàng)。a.禁止接觸以下介質(zhì)：發(fā)煙硝酸、干氯氣和液氧；b.防止接觸氫氣。在高溫（≥250℃） 狀態(tài)下，鈦材吸氫變脆；c.控制工作溫度。在空氣中作為結(jié)構(gòu)件，其適用溫度≤426℃；非結(jié)構(gòu)件，最高使用溫度≤538℃。在腐蝕性介質(zhì)中，有不同的溫度限制。如在氯堿工業(yè)中一般使用溫度≤140℃；d.防止與鋼鐵材質(zhì)長時間接觸被“污染”而更易吸氫。組裝鈦材零件時，對鋼質(zhì)工具要使用銅墊片。

C.貴金屬（銀、鉑等）。只用于特殊場合。制造防腐裝置除選用耐腐蝕金屬材料外，還可以選用非金屬材料和復(fù)合材料以提高其防腐性能。如大慶煉化公司采用DN40和DN25聚乙烯內(nèi)熔襯鋼管替代不銹鋼管用于生產(chǎn)晴綸絲的回收工序。防腐性能優(yōu)良，價格僅為不銹鋼的1/2～1/3。又如萊蕪鋼鐵公司熱電廠應(yīng)用聚脲彈性體（SPUA）噴涂技術(shù)對鍋爐的管路、閥門和補(bǔ)償器等裝置進(jìn)行防腐處理，效果良好。SPUA涂料為環(huán)保產(chǎn)品，且施工工藝簡單、固化速度快（1min即可），可適應(yīng)-50℃～180℃溫度，不粉化。

②制造廠設(shè)計(jì)機(jī)器、設(shè)施時，應(yīng)注意使易腐蝕部位結(jié)構(gòu)合理，不積水、積塵，容易清掃保潔。

③在加工裝配時，對于易腐蝕零件應(yīng)實(shí)施陰極保護(hù)或陽極保護(hù)，避免產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)。另外，在生產(chǎn)流程中加強(qiáng)對介質(zhì)的處理與改進(jìn)工藝，盡量減少腐蝕的可能。

④精心施工。這包括對材料質(zhì)量的嚴(yán)格檢驗(yàn)（如不同牌號鋼材的成分確定以及有無缺陷）和施工時每道工序的仔細(xì)操作（如對裝置制造后期的涂漆等）。

據(jù)報(bào)章介紹，1909年由德國建造的蘭州黃河大橋“中山橋”，雖經(jīng)103年的歲月與17次維修，至今鋼體結(jié)構(gòu)以及所有的鉚件均無銹蝕，據(jù)大橋維護(hù)工程師分析，除橋梁管理部門注意維護(hù)外，主要原因是這些由德國供應(yīng)的鋼材與器件質(zhì)量上乘，施工也精心完善，致體大橋的許多部位至今仍光亮如新。

（未完待續(xù)）