淺析化工機(jī)械設(shè)備腐蝕原因及防腐措施

張晶瑩

（廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530001）

淺析化工機(jī)械設(shè)備腐蝕原因及防腐措施

張晶瑩

（廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530001）

化工機(jī)械設(shè)備腐蝕是自發(fā)的普遍現(xiàn)象，機(jī)械設(shè)備被腐蝕后，在外形、色澤及機(jī)械性能方面都將發(fā)生變化，造成設(shè)備被破壞以及資源和能源的嚴(yán)重浪費(fèi)，企業(yè)受到巨大損失。本文主要對(duì)化工機(jī)械設(shè)備在使用過(guò)程中發(fā)生腐蝕的原因進(jìn)行了分析，并提出了一些防腐蝕的方法和措施。

化工機(jī)械;腐蝕原因;防腐措施

腐蝕是指化工機(jī)械設(shè)備在接觸介質(zhì) （大氣、水或含有酸、堿、鹽的溶液等）的化學(xué)或電化學(xué)的作用下發(fā)生形狀以及尺寸等變化而引起的破壞，這種破壞在化工生產(chǎn)中是普遍存在的。腐蝕使得正常的生產(chǎn)無(wú)法進(jìn)行，使設(shè)備的使用壽命大大縮短，更為嚴(yán)重的是腐蝕還會(huì)使設(shè)備及管道的跑、冒、滴、漏機(jī)會(huì)增加，甚至還會(huì)引起設(shè)備爆炸，帶來(lái)慘重的人員傷亡、環(huán)境污染、能源方面的浪費(fèi)，給企業(yè)造成較大的虧損。因此對(duì)化工機(jī)械設(shè)備腐蝕的原因進(jìn)行分析，同時(shí)采取有效的防護(hù)措施，提高機(jī)械的防腐蝕能力，對(duì)于化工企業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。

1 化工設(shè)備腐蝕的原因和種類(lèi)

1．1 造成腐蝕的內(nèi)在因素

（1）不同的金屬材料對(duì)于不同的介質(zhì)具有不同的抗腐蝕能力。

（2）金屬的晶粒越粗，腐蝕越快。晶粒越細(xì)腐蝕則越慢，如不銹鋼比鑄鐵的耐腐蝕性能高。

（3）零部件的表面越粗糙，越易腐蝕。表面有氧化膜則耐腐蝕。

（4）設(shè)備結(jié)構(gòu)的形狀突變處，如開(kāi)口、縫隙或死角等位置，金屬腐蝕較快。

1．2 造成腐蝕的外在因素

（1）化工生產(chǎn)中存在著許多具有一定腐蝕性的介質(zhì)，如酸、堿、鹽、水、氧等，這是產(chǎn)生腐蝕的主要原因之一。

（2）介質(zhì)的種類(lèi)、化學(xué)成分、濃度、pH 值、雜質(zhì)、水分和含氧量是造成腐蝕的外在原因。

（3）介質(zhì)的溫度越高，壓力越高，腐蝕越快，因?yàn)楦g是一種化學(xué)反應(yīng)。溫度每升高10℃，腐蝕速度增加1～3倍。溫度升高，擴(kuò)散速度增大，同時(shí)電解液電阻下降所以使腐蝕電池的反應(yīng)加快。

（4）介質(zhì)流動(dòng)速度愈快，愈易腐蝕，它會(huì)沖刷保護(hù)膜，產(chǎn)生旋渦、湍流、空泡，引起嚴(yán)重的沖擊磨損和空泡腐蝕。

（5）零部件受外力或殘余應(yīng)力愈大，腐蝕越快。

（6）應(yīng)力及疲勞的影響。設(shè)備應(yīng)力的產(chǎn)生一方面是在加工過(guò)程中形成的，如冷加工的變形應(yīng)力，熱加工的組織應(yīng)力;另一方面在運(yùn)轉(zhuǎn)中對(duì)于承受壓力或旋轉(zhuǎn)的部件也會(huì)使之產(chǎn)生應(yīng)力。這些應(yīng)力的作用結(jié)果引起金屬內(nèi)部的扭曲，從而降低了該部位的電極電位，加劇微電池腐蝕，形成腐蝕破裂。

1．3 腐蝕的種類(lèi)

（1）化學(xué)腐蝕。化工企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常需要采用一些具有腐蝕性的化學(xué)原料，這些化學(xué)物質(zhì)和機(jī)械的金屬表面接觸后產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，往往生成一種金屬氧化物，造成金屬表面的損壞。這類(lèi)腐蝕主要以高溫干燥環(huán)境下的金屬與腐蝕性的化學(xué)介質(zhì)直接發(fā)生反應(yīng)的形式發(fā)生。

（2）電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕大多發(fā)生在比較潮濕的環(huán)境之中，其本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)的一種，化工機(jī)械的金屬部件接觸了電解質(zhì)溶液，通過(guò)電極反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。

（3）其他腐蝕。按照腐蝕產(chǎn)生的原因以及外表的情況，還可以將腐蝕具體分為:高溫氧化腐蝕、焊接應(yīng)力腐蝕、剝層腐蝕、點(diǎn)狀腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕、疲勞腐蝕、工業(yè)大氣腐蝕等。對(duì)化工行業(yè)來(lái)說(shuō)，機(jī)械設(shè)備的腐蝕以電化學(xué)腐蝕、焊接應(yīng)力腐蝕、縫隙腐蝕及疲勞腐蝕為主，特別是電化學(xué)腐蝕最為嚴(yán)重，多種腐蝕的結(jié)果最終均導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕。

2 腐蝕產(chǎn)生的化學(xué)機(jī)理

2．1 電化學(xué)腐蝕機(jī)理

金屬的電化學(xué)腐蝕是指在離子導(dǎo)電介質(zhì)中，金屬的表面和電解液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而造成金屬表面產(chǎn)生的腐蝕。任何一種按電化學(xué)機(jī)理進(jìn)行的腐蝕反應(yīng)至少包含有一個(gè)陽(yáng)極反應(yīng)和一個(gè)陰極反應(yīng)，并與流過(guò)金屬內(nèi)部的電子流和介質(zhì)中的離子流聯(lián)系在一起。在陽(yáng)極，金屬中的離子脫離金屬進(jìn)入到電解質(zhì)中，同時(shí)釋放電子，這是一個(gè)氧化的過(guò)程。與此相反，陰極反應(yīng)是一個(gè)還原的過(guò)程，來(lái)自陽(yáng)極的電子被介質(zhì)中的氧化劑所吸收?；C(jī)械的金屬構(gòu)件主要是碳鋼組成，碳鋼與酸溶液發(fā)生反應(yīng)在陽(yáng)極反應(yīng)的作用下，亞鐵離子被氧化成二價(jià)鐵離子，在這個(gè)過(guò)程中釋放的電子由陽(yáng)極向陰極的方向流動(dòng)和氫離子發(fā)生還原反應(yīng)，最終生成氫氣。在化工機(jī)械設(shè)備的金屬部件所發(fā)生的電化學(xué)腐蝕在實(shí)質(zhì)上是金屬內(nèi)部形成的短路原電池，即電子回路短接，電流不對(duì)外做功，電子自耗于腐蝕電池內(nèi)陰極的還原反應(yīng)中，這個(gè)過(guò)程同時(shí)對(duì)陰極產(chǎn)生了腐蝕。

2．2 工業(yè)大氣腐蝕機(jī)理

化工企業(yè)大多位于重工業(yè)相對(duì)集中的區(qū)域中，通常空氣受到嚴(yán)重的工業(yè)廢氣污染，，空氣中含有高濃度的 SO2、CO2、H2S、鹵化物、硫化物及鹽等揮發(fā)物和工業(yè)粉塵等腐蝕性介質(zhì)，在空氣的相對(duì)濕度達(dá)到一定程度的時(shí)候，空氣中的水分會(huì)和這些腐蝕性氣體結(jié)合形成無(wú)機(jī)酸?；C(jī)械的金屬表面長(zhǎng)時(shí)間處于這種介質(zhì)之中，會(huì)發(fā)生一系列連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致鋼材嚴(yán)重?fù)p壞。工業(yè)大氣的所有腐蝕性氣體中，以二氧化硫?qū)C(jī)械的腐蝕作用最強(qiáng)，二氧化硫和空氣中的降水結(jié)合形成酸雨，除了直接造成腐蝕之外，也能起到一種催化劑的作用。綜上所述，無(wú)論是化學(xué)腐蝕還是電化學(xué)腐蝕在本質(zhì)上都是一個(gè)氧化還原反應(yīng)的過(guò)程。二者的主要不同之處在于，化學(xué)腐蝕只是金屬與周?chē)橘|(zhì)在高溫干燥條件下直接進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，而電化學(xué)腐蝕的氧化過(guò)程則是發(fā)生在潮濕介質(zhì)中，腐蝕過(guò)程形成了腐蝕微電池。

3 防腐的措施

腐蝕破壞是金屬材料最主要的破壞形式之一，因此，在化工機(jī)械的采購(gòu)以及安裝調(diào)試和一些配套設(shè)施的建設(shè)過(guò)程中要特別注重對(duì)金屬部分的防腐，這對(duì)于保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行以及延長(zhǎng)使用壽命，保證企業(yè)正常的生產(chǎn)都具有十分重要的意義。應(yīng)從以下幾個(gè)方面采取措施。

3．1 材料的選擇原則

用來(lái)制造化工機(jī)械設(shè)備的材料大部分是普通的碳素結(jié)構(gòu)鋼，其特點(diǎn)在于價(jià)格低廉，來(lái)源廣泛，力學(xué)性能好及加工方便等，這類(lèi)鋼如果在普通的工作條件下使用，腐蝕對(duì)其的危害并不大，但是如果是使用在化工行業(yè)這種高濃度腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境下，因?yàn)槠淠透g性能較差，就很容易遭受腐蝕的破壞。因此，耐腐蝕金屬材料的選擇原則為:（1）對(duì)腐蝕環(huán)境應(yīng)盡可能詳細(xì)了解，如介質(zhì)的成分、濃度以及操作溫度和壓力等;液體是靜止?fàn)顟B(tài)還是流動(dòng)狀態(tài);應(yīng)力狀態(tài)（包括殘余應(yīng)力）;不同材料的接觸狀態(tài);溫度變化，加熱冷卻的溫度周期變化，有無(wú)急冷急熱引起的熱沖擊和應(yīng)力變化;高溫、低溫、高壓、真空、沖擊載荷、交變應(yīng)力等需要特別注意的環(huán)境條件等;（2）必須考慮設(shè)備的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品的要求;（3）考慮設(shè)計(jì)預(yù)期使用年限的問(wèn)題，即滿(mǎn)足整個(gè)生產(chǎn)裝置要求的壽命，盡量使整個(gè)設(shè)備或管道各部分材料均勻劣化，材料費(fèi)／施工費(fèi)／維修費(fèi)綜合最佳的經(jīng)濟(jì)考慮，從而有效降低設(shè)備的腐蝕程度，延長(zhǎng)設(shè)備使用周期。

3．2 結(jié)構(gòu)和工藝的防腐設(shè)計(jì)

如果構(gòu)件的幾何形狀設(shè)計(jì)不合理或者過(guò)于復(fù)雜的話(huà)，經(jīng)常會(huì)引起機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力、積液等缺陷，進(jìn)而導(dǎo)致氧化腐蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕等情況，因此應(yīng)該從防腐蝕的角度對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行綜合的考慮，通常情況下，要符合以下要求:

（1）機(jī)械構(gòu)件的形狀應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，盡量選用同一種金屬材料避免死角。設(shè)備中局部液體殘留或固體物質(zhì)沉降堆積，不僅會(huì)在設(shè)備操作時(shí)局部濃縮或聚集，引起腐蝕，并且會(huì)在設(shè)備停車(chē)時(shí)引起腐蝕。設(shè)計(jì)時(shí)要盡量避免死角和排液不盡的死區(qū)等。

（2）盡量減少縫隙，許多金屬設(shè)備都容易存有縫隙，液體流通不暢的地方易形成縫隙腐蝕，如碳鋼、鋁、不銹鋼等設(shè)備都有這種現(xiàn)象。縫隙腐蝕產(chǎn)生后又往往引發(fā)孔蝕和應(yīng)力腐蝕，造成極大的破壞。防止殘余水分在機(jī)械設(shè)備上有滯留情況，在設(shè)計(jì)的時(shí)候要盡量避免具有向上的容器狀凹處，如果不能夠盡量避免，應(yīng)該要設(shè)置排水孔，而良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是防止縫隙腐蝕最好的方法。

（3）焊接時(shí)應(yīng)盡量防止出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)力集中，要盡量采取連續(xù)的焊接工藝，間斷的焊接就容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力;要盡量避免出現(xiàn)焊接缺陷，例如咬邊、焊瘤、未焊透等現(xiàn)象，這些都可能會(huì)導(dǎo)致其形成新的腐蝕點(diǎn)。例如咬邊就可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)應(yīng)力集中，其凹陷邊也可能會(huì)形成夾縫，而焊瘤不僅僅會(huì)造成應(yīng)力集中，還會(huì)致使焊瘤與母材之間形成一定的夾縫。以上這兩種焊接缺陷，都會(huì)造成較為嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。

（4）表面涂層的方法，在設(shè)備表面涂漆是最常見(jiàn)、直觀的一種防腐蝕方法，選擇合適優(yōu)秀的防銹漆，以使腐蝕介質(zhì)與構(gòu)件完全隔離，特別要注意焊縫的涂漆。涂層防護(hù)一般不改變?cè)O(shè)備的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，僅在外部涂裝防護(hù)層，使設(shè)備與周?chē)橘|(zhì)隔離而免遭腐蝕。目前使用的防腐漆料大多為鄰苯二甲酸樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚乙烯醇縮丁醛＋磷酸等油料涂漆。為了能達(dá)到良好的防腐目的，除了對(duì)漆膜的漆刷能力、防銹能力、機(jī)械性質(zhì)、漆膜的老化等有著嚴(yán)格要求外，還得對(duì)涂漆對(duì)象的材質(zhì)、形狀、表面狀態(tài)、施工環(huán)境及使用條件等有充分的了解。

3．3 強(qiáng)度設(shè)計(jì)上的防腐考慮

由于化工機(jī)械設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間工作于高濃度的腐蝕性物質(zhì)中，容易發(fā)生腐蝕，而造成機(jī)械零件強(qiáng)度的下降甚至是損壞，因此，對(duì)設(shè)備及附件的強(qiáng)度要予以特別考慮。化工機(jī)械零件的強(qiáng)度除了要滿(mǎn)足機(jī)械正常運(yùn)作所需要的強(qiáng)度之外，還要將腐蝕的情況考慮進(jìn)去。這就是說(shuō)，構(gòu)件除滿(mǎn)足機(jī)械強(qiáng)度和剛度要求外，還須留有腐蝕余量，這個(gè)余量一般為設(shè)備設(shè)計(jì)壽命內(nèi)腐蝕深度的2倍。

4 腐蝕的控制

化工機(jī)械設(shè)備的腐蝕控制有很多方法，主要分為改善金屬本質(zhì)和對(duì)金屬進(jìn)行表面處理，改善腐蝕環(huán)境及進(jìn)行電化學(xué)保護(hù)。下面主要介紹電化學(xué)保護(hù)法。電化學(xué)保護(hù)法，主要就是依據(jù)電化學(xué)的相關(guān)原理，進(jìn)而在金屬設(shè)備上采取一定的措施，使之能夠成為腐蝕電池中的陰極，從而防止或者減輕金屬腐蝕的方法，它包括犧牲陽(yáng)極保護(hù)法以及外加電流法。

（1）犧牲陽(yáng)極保護(hù)法是采用電極電勢(shì)比被保護(hù)金屬更低的金屬或是合金作為電池的陽(yáng)極，將其固定在被保護(hù)的金屬表面上，形成了腐蝕電池，而被保護(hù)金屬作為陰極，從而得到保護(hù)。例如在金屬鐵的器件、設(shè)備上聯(lián)結(jié)鋅。鋅作為陽(yáng)極，鋅的溶解代替了原腐蝕系統(tǒng)中鐵的溶解，從而達(dá)到保護(hù)金屬鐵免遭腐蝕的目的。采取犧牲陽(yáng)極保護(hù)法對(duì)化工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行保護(hù)是一種較為科學(xué)、合理且有效的方法。犧牲陽(yáng)極一般常用的材料有鋁、鋅及其合金。目前，各國(guó)已廣泛應(yīng)用犧牲陽(yáng)極保護(hù)法對(duì)化工裝置、油罐、地下管道、電廠(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)、鍋爐等進(jìn)行保護(hù)，收到很好效果。

（2）外加電流法是指利用外加電源來(lái)保護(hù)金屬。把需要保護(hù)的金屬接在負(fù)極上，成為陰極而免除腐蝕。正極接到一些廢鋼鐵上，廢鋼鐵作為犧牲陽(yáng)極。外加電流使陰極電勢(shì)往負(fù)的方向移動(dòng)，在其上進(jìn)行還原反應(yīng)使被保護(hù)金屬免于腐蝕。和上面的方法所不同的是，這里由外電源提供電流?；S(chǎng)的一些酸性溶液貯槽或管道，以及地下水管、輸油管等，常用這種方法防腐。

5 結(jié)語(yǔ)

腐蝕的破壞是化工生產(chǎn)中的一個(gè)很重要的問(wèn)題。機(jī)械設(shè)備的腐蝕不僅影響設(shè)備的正常運(yùn)行和設(shè)備的使用壽命，而且也存在著巨大的安全隱患，造成極大的環(huán)境污染。因此要加強(qiáng)化工行業(yè)機(jī)械設(shè)備的防腐蝕能力，對(duì)提高機(jī)械設(shè)備的使用年限，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本等，都具有較大的意義。

[1] 寧韓輝．石油加工中的硫腐蝕與防護(hù)[J]．煉油設(shè)計(jì)，1999，29（8） :60-62．

[2] 章燕謀．鍋爐與壓力容器用鋼[M]．西安:西安交通大學(xué)出版社，1989．45-49．

[3] 陳全明．金屬材料及強(qiáng)化技術(shù)[M]．上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1992．25-30．

[4] 崔新安．腐蝕與防護(hù)手冊(cè)[M]．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1991．104-106．

[5] 彭芳，趙劍，曹曉鋒．淺談機(jī)械設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施的腐蝕與防護(hù)[J]．內(nèi)蒙古石油化工，2009，（6）:12-17．

Corrosive Reason of Chemical Engineering Machinery and Anti-Corrosion Method

ZHANGJing-ying
（Guangxi Institute of Industry Technology，Nanning530001， China）

The corrosive reason of chemical machinery in using process was analyzed．Some anti-corrosion methods and measures were put forward．

chemical machinery;corrosive reason;anti-corrosive measure

TQ 050.9

B

1671-9905（2012）03-0048-03

張晶瑩（1958-），女，廣西南寧市人，講師，主要研究方向:機(jī)械制造及金屬材料，聯(lián)系電話(huà):13132915141，通訊地址:廣西南寧市秀靈路37號(hào)廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系

2011-11-19