探析提高化工機(jī)械防腐能力的有效方法

徐海元

（重慶三峽職業(yè)學(xué)院，重慶 404155）

1 腐蝕的原因和種類分析

1.1 化工機(jī)械腐蝕的原因

常用機(jī)械金屬本身就具有著較活潑的化學(xué)性質(zhì)，這是化工機(jī)械易腐蝕的內(nèi)在原因。另外，由于化工機(jī)械工作地特殊，化工廠本身環(huán)境中就有很多如SO2、H2S、硫化物、氫氧化物以及鹽霧等有害物質(zhì)，這是化工機(jī)械易腐蝕的外因。通過長期接觸，機(jī)械本身會(huì)與空氣發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)，從而造成機(jī)械的腐蝕。

1.2 腐蝕的機(jī)理種類

化工機(jī)械發(fā)生的腐蝕主要有兩種：①化學(xué)腐蝕，該種腐蝕是機(jī)械金屬表面在于外界空氣長期接觸后，發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了新生物質(zhì)，從而導(dǎo)致金屬的原有結(jié)構(gòu)遭到破壞。這類腐蝕一般容易在高溫干燥的環(huán)境下發(fā)生，且金屬與外界環(huán)境的反應(yīng)是直接發(fā)生反應(yīng)，并不需要任何介質(zhì)；②電化學(xué)腐蝕，這種腐蝕是金屬在特定情況下，在與電解質(zhì)溶液接觸后通過電極反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕。這種反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)，一般多在潮濕環(huán)境下發(fā)生。

在化工機(jī)械腐蝕中，具體腐蝕包括：高溫氧化腐蝕、剝層腐蝕、點(diǎn)狀腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕、疲勞腐蝕、焊接應(yīng)力腐蝕、工業(yè)大氣腐蝕、海洋大氣腐蝕、震動(dòng)磨損腐蝕等一系列腐蝕種類。其中電化學(xué)腐蝕、縫隙腐蝕、疲勞腐蝕和焊接應(yīng)力腐蝕是最主要的幾種腐蝕方式。而電化學(xué)腐蝕的腐蝕導(dǎo)致機(jī)械損傷也是最嚴(yán)重的，另外幾種其他腐蝕的綜合結(jié)果最終也會(huì)導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕。

2 腐蝕的化學(xué)原理分析

以腐蝕最嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕為例，電化學(xué)腐蝕是金屬表面與離子導(dǎo)電介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用后導(dǎo)致的金屬表面結(jié)構(gòu)的破壞。在反映時(shí)，只要是電化學(xué)反映都必須有一個(gè)陽極和一個(gè)陰極，且兩極之間通過金屬內(nèi)部的電子流和介質(zhì)中的離子流相聯(lián)系。在陽極發(fā)生的反應(yīng)是陽極反應(yīng)，此時(shí)金屬離子會(huì)從金屬轉(zhuǎn)移到介質(zhì)中，這種放出電子的過程也叫陽極氧化過程。相應(yīng)的陰極發(fā)生的反應(yīng)也叫陰極反應(yīng)，其是指介質(zhì)中的氧化劑組分吸收脫離陽極的金屬離子而發(fā)生的還原反應(yīng)。例如碳鋼在酸中發(fā)生腐蝕后，陽極的金屬由于失去電子而變成Fe2+，而游離的電子在轉(zhuǎn)移到陰極后，被氫離子吸收從而產(chǎn)生氫氣，其具體化學(xué)反應(yīng)方程式可以表述為式：Fe+2H+→Fe2++H2。

這種電化學(xué)腐蝕機(jī)理實(shí)際上也可以認(rèn)為是在金屬內(nèi)部形成的短路原電池，陽極脫離的離子在陰極還原反應(yīng)中被消耗掉了。由此可見在電化學(xué)腐蝕中若促進(jìn)陽極離子化就會(huì)加速電化學(xué)腐蝕，導(dǎo)致化工機(jī)械急劇損壞。

3 化工機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)的防腐設(shè)計(jì)

化學(xué)腐蝕是機(jī)械損害的最主要原因注意，因此企業(yè)在化工機(jī)械選購和安裝環(huán)節(jié)甚至是一些為設(shè)備自行選擇的附件配套時(shí)都要特別重視防腐?？梢哉f一個(gè)化工設(shè)備的防腐功能決定了化工機(jī)械的實(shí)際使用壽命和使用性能，是與設(shè)備構(gòu)建性能同樣重要的化工機(jī)械選擇因素。筆者以為可以從以下幾個(gè)方面提高化工設(shè)備的防腐功能。

3.1 材料的選擇

機(jī)械設(shè)備的通用材料是碳素鋼，這種材料的使用優(yōu)勢(shì)在于廉價(jià)，易加工、供應(yīng)方便，且這種材料在普通條件下腐蝕并不劇烈，因此很多企業(yè)都會(huì)選擇其做為機(jī)械材料。但是在化工行業(yè)這種具有高濃度腐蝕性介質(zhì)的惡劣環(huán)境下，碳素鋼并不適合“生存”。因?yàn)槠淇垢g能力較弱，一旦接觸到高濃度腐蝕性介質(zhì)必會(huì)發(fā)生大范圍腐蝕，根本不能保證化工機(jī)械長期使用。例如Q235鋼，其在酸性介質(zhì)中常態(tài)下發(fā)生反應(yīng)的速度達(dá)到0.5～1.0mm/a，雖然很多企業(yè)在選擇這種材質(zhì)的化工機(jī)械時(shí)都會(huì)在機(jī)械表面進(jìn)行防腐涂漆，但是一旦漆膜脫落，金屬與空氣就會(huì)發(fā)生大范圍強(qiáng)烈化學(xué)反應(yīng)。由此可見鋼材類金屬并不適用于化工企業(yè)的機(jī)械制造。為了提高機(jī)械材料的抗腐蝕性能，化工企業(yè)通?？梢赃x取16MnCu等普通低合金鋼作為化工機(jī)械的制造材料，雖然這類材料較碳素鋼貴，但是其抗腐蝕能力較碳素鋼強(qiáng)上很多，有數(shù)據(jù)顯示，低合金鋼制成的設(shè)備是碳素鋼制造設(shè)備使用壽命的2～3倍。因此使用低合金鋼材質(zhì)的化工生產(chǎn)總體經(jīng)濟(jì)效益要高的多。

3.2 結(jié)構(gòu)工藝上的防腐設(shè)計(jì)

氧化腐蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕是化工機(jī)械腐蝕中常見的腐蝕現(xiàn)象，而這些腐蝕很多情況下與機(jī)械結(jié)構(gòu)工藝的設(shè)計(jì)脫不開關(guān)系。如果構(gòu)建的幾何形狀設(shè)計(jì)不夠合理或者過于繁瑣，機(jī)械在后續(xù)使用中會(huì)造成機(jī)械應(yīng)力，積液、積塵等缺陷，久而久之，機(jī)械的腐蝕也會(huì)愈加劇烈。為減少這類由于結(jié)構(gòu)工藝不合理導(dǎo)致的腐蝕，可以從以下幾個(gè)方面考慮工藝結(jié)構(gòu)的合理性：①機(jī)械制造時(shí)，結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單，盡量只是用一種制造材料；②減少機(jī)械的縫隙設(shè)計(jì)，防止機(jī)械表面出現(xiàn)傷痕，不要讓機(jī)械內(nèi)部出現(xiàn)殘余水分；③焊接時(shí)注意溫度均勻，防止焊接時(shí)出現(xiàn)應(yīng)力集中和內(nèi)應(yīng)力；④機(jī)械表面防銹漆的選擇要慎重，盡量選用優(yōu)質(zhì)防銹漆，只有這樣才能夠最大程度上減低機(jī)械與外界腐蝕性介質(zhì)的接觸，從而提高機(jī)械的使用壽命，另外在噴涂防銹漆時(shí)還要注意焊縫漆膜的噴涂，以避免噴涂不全面導(dǎo)致的縫隙腐蝕；⑤合理的構(gòu)建夾縫也是防止縫隙腐蝕的關(guān)鍵點(diǎn)。

3.3 在強(qiáng)度設(shè)計(jì)上注意防腐設(shè)計(jì)

在化工機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)充分考慮化工環(huán)境的強(qiáng)腐蝕性，因此在對(duì)機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)人員也應(yīng)當(dāng)注意防腐設(shè)計(jì)。這就要求在剛度設(shè)計(jì)時(shí)，構(gòu)件不僅要滿足機(jī)械對(duì)剛度和強(qiáng)度的基本要求，同時(shí)還要考慮到腐蝕余量的設(shè)計(jì)。通常機(jī)械設(shè)計(jì)中的腐蝕余量為設(shè)備壽命內(nèi)腐蝕深度的兩倍。

4 腐蝕的控制方法

總的來說，機(jī)械的防腐方法有很多種，一方面是選擇抗腐蝕能力較強(qiáng)的金屬，并對(duì)金屬表面進(jìn)行抗腐蝕處理；另一方則是改善外界環(huán)境以及進(jìn)行電化學(xué)保護(hù)。對(duì)金屬的抗腐蝕處理是在選擇抗腐蝕金屬的基礎(chǔ)上對(duì)金屬進(jìn)行定期防腐漆涂抹；而改善外界環(huán)境則要求企業(yè)能夠盡量控制化工生產(chǎn)中環(huán)境污染的程度，通過降低環(huán)境中有害氣體濃度和控制環(huán)境濕度、溫度來達(dá)到減少介質(zhì)腐蝕能力的作用；而利用電化學(xué)保護(hù)進(jìn)行的腐蝕控制則是采用犧牲陽極達(dá)到保護(hù)處于陰極的設(shè)備的作用，另外通過外加電流也可以對(duì)機(jī)械進(jìn)行防腐保護(hù)。

5 結(jié)語

化工企業(yè)中為機(jī)械防腐是延長化工機(jī)械壽命，提高企業(yè)產(chǎn)量，降低企業(yè)成本的重要手段。由于化工企業(yè)不同于其他生產(chǎn)的特殊性，其生產(chǎn)機(jī)械的腐蝕更為劇烈。本文即是從化工機(jī)械產(chǎn)生腐蝕的種類和機(jī)理，以及如何提高化工機(jī)械的防腐能力入手進(jìn)行的深層論述，希望能為化工企業(yè)的化工機(jī)械防腐提供參考。