石油化工機(jī)械設(shè)備腐蝕原因和應(yīng)對(duì)措施解析

劉 洋

（西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065 ）

近年來，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快促進(jìn)了我國(guó)石油化工行業(yè)的發(fā)展。但是石油化工企業(yè)存在普遍的機(jī)械設(shè)備腐蝕問題。機(jī)械設(shè)備在遭受腐蝕后，其物理性能和使用性能方面都會(huì)發(fā)生不同程度變化，腐蝕較輕時(shí)會(huì)導(dǎo)致設(shè)備外觀損壞，影響設(shè)備美觀；嚴(yán)重的腐蝕則降低設(shè)備的使用壽命，甚至導(dǎo)致設(shè)備或管道爆炸，威脅工作人員的人身安全，為企業(yè)帶來嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。石油化工企業(yè)提高所用機(jī)械設(shè)備的耐腐蝕能力對(duì)企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展具有重要意義。

一、石油化工機(jī)械設(shè)備腐蝕的原因

1內(nèi)部原因

由于化工設(shè)備所選用的金屬材料不同，對(duì)不同介質(zhì)的抗腐蝕能力也不同。腐蝕與金屬晶粒的粗細(xì)有關(guān)，晶粒細(xì)腐蝕慢，晶粒粗腐蝕快，例如不銹鋼的抗腐蝕性能比鑄鐵更高。機(jī)械設(shè)備的零部件表面粗糙程度大，則更容易腐蝕，表面具有氧化膜則抗腐蝕性強(qiáng)；設(shè)備機(jī)構(gòu)突變位置，例如縫隙、開口、死角處，容易受到腐蝕。

2外部原因

在化工生產(chǎn)過程中，會(huì)使用一些具有腐蝕性的介質(zhì)，包括二氧化碳、硫化物、鹵化物、鹽霧等，這是石油化工機(jī)械設(shè)備腐蝕的主要原因。同時(shí)，介質(zhì)化學(xué)成分、種類、濃度、酸堿度、水分、含氧量、雜質(zhì)等也是影響腐蝕程度的外在因素。金屬腐蝕屬于化學(xué)反應(yīng)，介質(zhì)溫度越高，腐蝕越快，介質(zhì)的流動(dòng)速度也會(huì)影響設(shè)備腐蝕，流動(dòng)速度快，則對(duì)設(shè)備表層的保護(hù)膜造成沖刷，產(chǎn)生湍流、旋渦、空泡，導(dǎo)致嚴(yán)重空泡腐蝕或沖擊磨損。零部件受到的外部壓力和殘余應(yīng)力與腐蝕速度呈正比。機(jī)械設(shè)備受疲勞和應(yīng)力影響，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，其旋轉(zhuǎn)部件和承受壓力會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，引起設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)扭曲，降低了金屬的電極電位，從而加劇微電池腐蝕，造成損壞。

二、石油化工機(jī)械設(shè)備腐蝕的類型

1化學(xué)腐蝕

石油化工企業(yè)生產(chǎn)時(shí)使用的腐蝕性化學(xué)物質(zhì)接觸設(shè)備金屬表面之后，會(huì)產(chǎn)生一定化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)金屬氧化物，導(dǎo)致設(shè)備損壞。尤其是在高溫干燥的條件下，化學(xué)物質(zhì)會(huì)與金屬產(chǎn)生直接反應(yīng)，腐蝕速度更快。

2電化學(xué)腐蝕

在潮濕環(huán)境中容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。石油化工機(jī)械設(shè)備的金屬部件一旦接觸電解質(zhì)溶液，在電極反應(yīng)下則會(huì)發(fā)生腐蝕。

3其他腐蝕

根據(jù)腐蝕原因和機(jī)械設(shè)備情況不同，腐蝕類型包括高溫氧化腐蝕、剝層腐蝕、焊接應(yīng)力腐蝕、點(diǎn)狀腐蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、工業(yè)大氣腐蝕、疲勞腐蝕等。石油化工企業(yè)的機(jī)械設(shè)備腐蝕類型主要是電化學(xué)腐蝕、縫隙腐蝕、焊接應(yīng)力腐蝕、疲勞腐蝕，其中電化學(xué)腐蝕程度最為嚴(yán)重。

三、石油化工機(jī)械設(shè)備防腐應(yīng)對(duì)措施

石油化工企業(yè)對(duì)機(jī)械設(shè)備的防腐策略應(yīng)該貫穿于設(shè)備采購(gòu)、調(diào)試安裝、配套設(shè)施建設(shè)、實(shí)際使用全過程，保證機(jī)械設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，延長(zhǎng)其使用壽命，減少生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

1合理選擇機(jī)械設(shè)備的材料

碳素結(jié)構(gòu)的鋼制機(jī)械設(shè)備雖然價(jià)格較低、加工簡(jiǎn)便，但是在石油化工企業(yè)高濃度腐蝕性環(huán)境下使用，其抗腐蝕能力明顯不足。所以在采購(gòu)機(jī)械設(shè)備之前，要選擇耐腐蝕性強(qiáng)的金屬材料。首先，要充分了解設(shè)備的使用環(huán)境，包括溫度情況、腐蝕物質(zhì)成分、濃度、應(yīng)力狀態(tài)等。其次，采購(gòu)時(shí)要特別注意機(jī)械設(shè)備的規(guī)格、類型、結(jié)構(gòu)和要求。再次，挑選時(shí)充分考慮設(shè)備的使用年限，需要滿足生產(chǎn)要求壽命，保證機(jī)械設(shè)備和管道材料劣化均勻，綜合考慮采購(gòu)成本和維修成本的最佳配置，從而減輕腐蝕程度。最后，還要重視設(shè)備的加工工藝，包括力學(xué)性能和防腐性能，例如機(jī)械設(shè)備的硬度、抗疲勞性、沖擊韌度、強(qiáng)度以及零件腐蝕敏感度、晶粒粗細(xì)等。

2科學(xué)設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備操作工藝和流程

第一，石油化工機(jī)械設(shè)備局部的殘留液體或堆積物質(zhì)，在操作過程中匯引起聚集或濃縮，即使設(shè)備已經(jīng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)仍會(huì)造成腐蝕，所以設(shè)備的外形應(yīng)簡(jiǎn)單平整，由同種金屬材料制成，避免死角；第二，一些設(shè)備存在縫隙或液體無法暢通流動(dòng)的位置，這些地方是機(jī)械設(shè)備腐蝕的重點(diǎn)防護(hù)位置。碳鋼、不銹鋼、鋁制設(shè)備經(jīng)常發(fā)生縫隙腐蝕，甚至引發(fā)應(yīng)力腐蝕和孔蝕。所以，在操作時(shí)應(yīng)盡量保持干燥，避免殘余水分滯留，設(shè)置必要的排水孔。在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，設(shè)置干燥或冷卻設(shè)備，除去空氣中水分。生產(chǎn)氯堿時(shí)，為了防止?jié)衤雀g，可以使用濃度較高的硫酸進(jìn)行干燥，但是要注意避免腐蝕物質(zhì)破壞硫酸系統(tǒng)，故硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)大于78%，用于干燥處理的氯氣不會(huì)對(duì)鋼制設(shè)備造成腐蝕。第三，機(jī)械設(shè)備的安裝質(zhì)量會(huì)對(duì)其使用性能產(chǎn)生直接影響，如果安裝不正確則會(huì)改變流動(dòng)物質(zhì)的流速和流動(dòng)狀態(tài)，導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕，造成設(shè)備破裂。所以在對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行包裝、運(yùn)送、裝配、施工時(shí)都要格外注意防腐問題，同時(shí)還要注意保護(hù)強(qiáng)度較低，材質(zhì)較脆的非金屬材料。

3采取有效的機(jī)械設(shè)備防腐方法

對(duì)石油化工機(jī)械設(shè)備的腐蝕進(jìn)行有效控制，包括處理金屬表面和改善金屬本質(zhì)。一方面，可以利用在機(jī)械設(shè)備表面進(jìn)行涂層的方法，這是最直觀、最常見的防腐方法。選擇質(zhì)量良好的防銹涂料，將機(jī)械設(shè)備金屬表面與腐蝕物質(zhì)完全隔離，需要特別注意焊接縫隙位置和死角位置。涂層防腐并不會(huì)改變機(jī)械設(shè)備的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)，其外部的防護(hù)層能夠有效將設(shè)備與腐蝕介質(zhì)隔離。石油化工企業(yè)可以選擇由酚醛樹脂、聚乙烯醇縮丁醛、環(huán)氧樹脂、鄰苯二甲酸樹脂和磷酸制成的油料涂料。在涂刷防腐膜時(shí)，需要嚴(yán)格要求涂刷能力、機(jī)械設(shè)備的性質(zhì)、防銹能力、涂膜老化等，同時(shí)還要充分掌握涂料對(duì)象的形狀、材質(zhì)、表面狀態(tài)、使用條件和施工環(huán)境等。

另一方面，采用科學(xué)合理的化學(xué)方法控制機(jī)械設(shè)備腐蝕，主要包括犧牲陽(yáng)極法和外加電流法。犧牲陽(yáng)極法即將比設(shè)備金屬電極電勢(shì)更低的合金或金屬作為電池陽(yáng)極，并固定在設(shè)備表面，形成腐蝕電池，此時(shí)機(jī)械設(shè)備就成為電池陰極，從而得到有效保護(hù)。例如在鐵制設(shè)備表面聯(lián)結(jié)鋅。陽(yáng)極鋅的溶解會(huì)取代原來設(shè)備中鐵的腐蝕溶解，到達(dá)了保護(hù)設(shè)備的目的。犧牲陽(yáng)極法中的常用材料有鋅、鋁、鋁合金等，在我國(guó)石油化工企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，對(duì)地下管道、化工裝置、鍋爐、油灌等進(jìn)行防護(hù)，取得了良好效果。外加電流法指的是通過外加電源對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。把金屬機(jī)械設(shè)備接在負(fù)極，廢鋼鐵接在正極成為犧牲陽(yáng)極，能夠有效控制腐蝕。外加電流能夠促使陰極電勢(shì)超負(fù)方向轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生還原反應(yīng)從而免除設(shè)備腐蝕。這需要由外加電源提供電流。這種方法在石油化工企業(yè)的酸性液體管道或溝槽、輸油管、地下水管等防腐中經(jīng)常使用。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，石油化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中遇到的常見問題即機(jī)械設(shè)備的腐蝕，造成腐蝕的原因分為外部和內(nèi)部因素兩種，導(dǎo)致不同程度和類型的腐蝕，嚴(yán)重影響了設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，降低機(jī)械設(shè)備的使用年限，增加了生產(chǎn)成本，同時(shí)存在嚴(yán)重安全隱患，可能導(dǎo)致環(huán)境污染。因此，石油化工企業(yè)必須采取有效的應(yīng)對(duì)策略，利用新型的防腐技術(shù)，提高機(jī)械設(shè)備的耐腐蝕性能，從而為石油化工企業(yè)的安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供可靠動(dòng)力。

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