化工機(jī)械設(shè)備腐蝕原因及防腐措施探討

【摘 要】隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)生產(chǎn)對(duì)化工產(chǎn)品的需求不斷增加，越來越多生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行超出設(shè)計(jì)能力。如何最大限度地降低設(shè)備損壞率，尋求可持續(xù)有效的發(fā)展，已經(jīng)成為各大化工大力投入，亟待解決的問題。而化工工藝設(shè)備關(guān)鍵部件金屬材料因受到腐蝕損壞導(dǎo)致故障的現(xiàn)象屢見不鮮，而且很難得到根本性的解決。許多專家認(rèn)為，機(jī)械設(shè)備材料的保護(hù)和防腐蝕技術(shù)的大力推廣應(yīng)用是降低維護(hù)費(fèi)用和使工廠安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證。

【關(guān)鍵詞】化工機(jī)械；設(shè)備腐蝕；原因；防腐措施

前言

腐蝕是由化學(xué)或化學(xué)作用使物體消耗或破壞。從廣義的角度來說，腐蝕是指材料與環(huán)境間發(fā)生的化學(xué)或電化學(xué)作用而導(dǎo)致材料功能受到損傷的現(xiàn)象；從狹義的角度來說，腐蝕是指金屬與環(huán)境間的物理-化學(xué)相互作用，使金屬性能發(fā)生變化，導(dǎo)致金屬、環(huán)境及其構(gòu)成系統(tǒng)功能受到損傷的現(xiàn)象?；C(jī)械腐蝕是自發(fā)的普遍存在的現(xiàn)象，機(jī)械設(shè)備被腐蝕后，在外形、色澤以及機(jī)械性能方面都將發(fā)生變化，造成設(shè)備破壞以及資源和能源的嚴(yán)重浪費(fèi)，使企業(yè)受到巨大的損失。因此，研究腐蝕機(jī)理，采取防護(hù)措施，提高防腐能力，對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)有著十分重大的意義。

一、化學(xué)腐蝕的種類

1、化工機(jī)械設(shè)備局部腐蝕

局部腐蝕是腐蝕的一種，也是最為常見的腐蝕之一。最常見的就是樓頂?shù)匿摻钭o(hù)欄，只是局部的腐蝕，一般都是朝下部分被腐蝕得較為嚴(yán)重，而朝上的那部分不是很明顯。這種腐蝕類型的主要特征表現(xiàn)為對(duì)金屬的一定部位腐蝕較為嚴(yán)重，而其他部位則表現(xiàn)只是輕微的腐蝕或者沒有被腐蝕。對(duì)這種情況，要根據(jù)具體情況來尋找應(yīng)對(duì)措施，因?yàn)橛械闹皇悄切┰斐筛g物質(zhì)較為集中的在金屬的特定部位聚集，有的則是金屬的質(zhì)地較差造成的，因此對(duì)待此類腐蝕要根據(jù)具體情況來應(yīng)對(duì)。

2、化工機(jī)械設(shè)備均衡腐蝕

均衡腐蝕，就是人們熟知的均勻腐蝕，在很多時(shí)候，人們也是這樣來理解均勻腐蝕的。就是腐蝕金屬的速率可以使用線性函數(shù)來表達(dá)。這種腐蝕常見于金屬常年浸泡在相關(guān)的溶液，或者是金屬所處的環(huán)境中彌漫著均勻的某種具有腐蝕性的氣體。對(duì)于這類的機(jī)械設(shè)備一般采用耐腐蝕材料來制作，或是進(jìn)行其他的預(yù)防腐蝕措施。這個(gè)在采用預(yù)防措施的方向上，還要綜合實(shí)際情況來考慮，因?yàn)榛ぴO(shè)備在一定程度上來說是有一定使用壽命的，如果正常腐蝕程度已經(jīng)不能致使設(shè)備無法使用，而設(shè)備也已經(jīng)達(dá)到使用壽命，那么進(jìn)行額外的防腐蝕措施就是一種經(jīng)濟(jì)資源的浪費(fèi)。

二、化工機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生腐蝕的機(jī)理分析

化工機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生腐蝕得機(jī)理主要包括以下兩個(gè)方面。

1、電化學(xué)腐蝕機(jī)理

由于機(jī)械設(shè)備大部分都是金屬外殼，而金屬表層與離子導(dǎo)電介質(zhì)非常容易發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，這樣一來便會(huì)引起電化學(xué)腐蝕，從而使設(shè)備遭受嚴(yán)重的破壞。所有根據(jù)電化學(xué)機(jī)理產(chǎn)生的腐蝕都至少包含一個(gè)陽極和一個(gè)陰極反應(yīng)，并且還會(huì)通過金屬本身的電子流以及介質(zhì)當(dāng)中的離子流互相聯(lián)系。其中陽極反應(yīng)屬于氧化過程，簡單來講就是金屬離子從金屬當(dāng)中轉(zhuǎn)移至介質(zhì)當(dāng)中，在這一過程中，會(huì)釋放出大量的電子流，這部分電子流會(huì)與介質(zhì)中的離子流相互聯(lián)系，并結(jié)合到一起，進(jìn)而引起電化學(xué)反應(yīng)；而陰極反應(yīng)則主要是對(duì)于介質(zhì)中的氧化劑成分而言的，其通過對(duì)陽極中的電子進(jìn)行吸收進(jìn)而形成的還原過程。在電化學(xué)腐蝕的整個(gè)過程中，因電流并不會(huì)對(duì)外做功，一般都是腐蝕電池的內(nèi)陰極發(fā)生自耗反應(yīng)，這樣一來便會(huì)導(dǎo)致金屬遭受腐蝕的速度加快。

2、工業(yè)大氣腐蝕機(jī)理

由于化工機(jī)械設(shè)備長期在工業(yè)污染較重的區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，在這樣區(qū)域中，空氣中一般都含有大量的揮發(fā)物，如二氧化碳、硫酸、氫氧化物以及硫化物等等，并且還會(huì)含有大量的工業(yè)分層，而這些種種都是具有極強(qiáng)腐蝕性的介質(zhì)。當(dāng)它們?cè)诔睗竦臈l件下，酸性氣體便會(huì)與H 2O相結(jié)合，并生成無機(jī)酸，這些酸具有非常強(qiáng)的腐蝕性。舉個(gè)簡單的例子，鐵質(zhì)合金在這樣的介質(zhì)中會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，從而會(huì)導(dǎo)致其被嚴(yán)重腐蝕破壞。在工業(yè)大氣的環(huán)境中，機(jī)械設(shè)備腐蝕大多都是由電化學(xué)和直接化學(xué)腐蝕綜合作用所導(dǎo)致的。從這兩種腐蝕的本質(zhì)上講，它們?nèi)慷紝儆诮饘僭邮щ娮雍筠D(zhuǎn)變?yōu)殡x子的氧化過程。而兩者之間唯一的區(qū)別是環(huán)境背景有所不同?；瘜W(xué)腐蝕是金屬與介質(zhì)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，此時(shí)的環(huán)境多為高溫、干燥，而電化學(xué)腐蝕則基本都是發(fā)生在較為潮濕的環(huán)境當(dāng)中。

三、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)械的采購以及安裝調(diào)試和一些配套設(shè)施的建設(shè)過程中要特別注重對(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。

1、材料的選擇原則

用來制造化工機(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，來源廣泛，力學(xué)性能好及加工方便等，這類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)期使用年限的問題，即滿足整個(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，延長設(shè)備使用周期。

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)不合理或者過于復(fù)雜的話，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?？p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、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)備與周圍介質(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脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、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、強(qiáng)度設(shè)計(jì)上的防腐考慮

由于化工機(jī)械設(shè)備長時(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， 構(gòu)件除滿足機(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。

結(jié)束語

總之，腐蝕性介質(zhì)普遍存在化工生產(chǎn)企業(yè)的工作環(huán)境中，處于這種環(huán)境下的機(jī)械設(shè)備，會(huì)受到比一般行業(yè)更快速、更嚴(yán)重的腐蝕，造成的損失也比其它行業(yè)要大的多，因此，在化工行業(yè)中加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備防腐能力，延長機(jī)械設(shè)備使用壽命，就顯得更有必要，更具意義。

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