化工儀表腐蝕失效分析

許麗麗

摘要：腐蝕現(xiàn)象廣泛存在于化工生產(chǎn)中，尤其是對(duì)于化工自動(dòng)控制系統(tǒng)中的化工儀表，腐蝕是引起化工儀表靈敏度降低甚至失效的一個(gè)重要原因?；x表是化工自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)化工生產(chǎn)的安全高效進(jìn)行起著至關(guān)重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，更加先進(jìn)的測(cè)量控制技術(shù)及儀表儀器不斷出現(xiàn)，與此同時(shí)一些新的腐蝕問題也不斷產(chǎn)生。因此，儀表的防腐蝕問題成為一個(gè)重要的研究課題。文章主要闡述了對(duì)化工儀表的認(rèn)識(shí)以及我國(guó)化工儀表防腐蝕研究現(xiàn)狀，并對(duì)化工儀表腐蝕問題進(jìn)行了分析，提出了幾種有效的化工儀表防腐蝕方法，最后對(duì)化工儀表防腐蝕研究的發(fā)展方向進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：化工儀表；腐蝕；失效分析；防腐

一、 對(duì)化工儀表的認(rèn)識(shí)

化工生產(chǎn)往往是在特定的溫度、壓力、流量、物位、成分的條件下，物料連續(xù)地在管路和容器中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的過程。在化工生產(chǎn)中必須對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)與控制，才能保證化工生產(chǎn)的正常進(jìn)行?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)重要特點(diǎn)是生產(chǎn)裝置大型化、生產(chǎn)過程自動(dòng)化?；x表的作用就是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程中各種工況信息的檢測(cè)、轉(zhuǎn)換、顯示和控制，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝置安全操作，平穩(wěn)運(yùn)行，提高效率的基本條件和重要保證。

21世紀(jì)，隨著化工自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)的不斷深化，化工儀表也得到了的飛速的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化儀表已經(jīng)從模擬儀表技術(shù)步入數(shù)字化和智能化技術(shù)的時(shí)代?；x表的分類按其作用劃分，一般可分為檢測(cè)儀表、顯示儀表、調(diào)節(jié)控制儀表和執(zhí)行器四大類。檢測(cè)儀表將所需監(jiān)測(cè)控制的參數(shù)利用接觸或非接觸的方式進(jìn)行測(cè)量后轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號(hào)送至顯示儀表或調(diào)節(jié)系統(tǒng)，如需調(diào)節(jié)，則由調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出信號(hào)，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成。因此，在生產(chǎn)過程中與介質(zhì)發(fā)生接觸，容易受到腐蝕的元器件主要是檢測(cè)儀表和執(zhí)行器。

二、我國(guó)化工儀表防腐蝕研究現(xiàn)狀

對(duì)化工儀表而言，腐蝕研究的重點(diǎn)應(yīng)該集中在檢測(cè)變送器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。目前，材料選擇、工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、穩(wěn)定工藝參數(shù)、涂覆已經(jīng)成為人們普遍采用的儀表防腐措施。首先，檢測(cè)儀表往往需要與腐蝕性介質(zhì)進(jìn)行直接接觸，因此儀表相應(yīng)單元制作材料的選取非常重要。從20世紀(jì)70年代至90年代，國(guó)內(nèi)各研究所先后研制出30余種儀表耐腐蝕合金，為在不同介質(zhì)中選取經(jīng)濟(jì)可靠的耐腐蝕儀表材料提供了較大的選擇范圍。同時(shí)，對(duì)耐腐蝕合金性能的分析也為儀表的長(zhǎng)周期運(yùn)行提供了防腐蝕依據(jù)。其次，由于儀表腐蝕的影響因素除材料以外，還有工藝環(huán)境的影響，包括溫度和壓力的影響，因此對(duì)于儀表的結(jié)構(gòu)應(yīng)該按其所使用的工況特點(diǎn)和控制要求而加以選擇。近年來，對(duì)調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)研究取得了較大的進(jìn)展，選擇結(jié)構(gòu)合理的調(diào)節(jié)閥以及適應(yīng)環(huán)境的閥體、組件材料，在大多數(shù)化工生產(chǎn)中，可以有效地克服氣蝕和閃蒸對(duì)化工儀表的損害。工業(yè)自動(dòng)化儀表的作用是指示和控制生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)，因而要求儀表性能準(zhǔn)確、靈敏、可靠、耐用。實(shí)踐證明對(duì)儀表的功能元件采用涂覆、加隔離液或襯里等防腐措施，常常會(huì)降低儀表的準(zhǔn)確性、靈敏度和可靠性。因此，根據(jù)各種儀表的功能特性和使用環(huán)境的腐蝕性，正確設(shè)計(jì)和正確選擇儀表用耐蝕材料以及改進(jìn)工程、工藝設(shè)計(jì)、控制工藝環(huán)境等對(duì)儀器儀表的防腐蝕是切實(shí)有效的措施。目前我國(guó)對(duì)化工儀表防腐蝕方面的研究還存在許多薄弱環(huán)節(jié)。對(duì)于相關(guān)儀表材料的選擇，自控儀表工程師常常只是簡(jiǎn)單的查閱一些說明書或教科書，參考其所列出的相關(guān)材料的適用范圍進(jìn)行選擇，對(duì)于非常重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)往往也只是參考說明書上所列出的適用工藝條件，便做出最終判斷。對(duì)于選擇這樣的儀表（包括調(diào)節(jié)閥等執(zhí)行機(jī)構(gòu)）在此工藝條件下究竟能夠使用多久，如何進(jìn)行使用壽命的計(jì)算至今尚無相關(guān)資料的詳細(xì)論證，此外，如何解決調(diào)節(jié)閥的汽蝕和閃蒸問題，更是缺少理論上的分析論證。對(duì)整個(gè)儀表專業(yè)而言，缺少一些較為全面系統(tǒng)的對(duì)實(shí)際工作有指導(dǎo)意義的綜合性分析資料。

三、化工儀表腐蝕失效分析

化工儀表的腐蝕是指構(gòu)成儀表零部件的金屬或非金屬材料，由于物理作用、機(jī)械作用、化學(xué)或電化學(xué)作用引起的侵蝕和腐蝕現(xiàn)象，通稱為化工儀表的腐蝕。研究化工儀表的防腐蝕問題的目的是通過分析化工儀表的腐蝕類型、機(jī)理及其危害，通過實(shí)驗(yàn)分析，查找影響化工生產(chǎn)，尤其是氯堿生產(chǎn)和聯(lián)堿生產(chǎn)中所使用的化工儀表的主要腐蝕因素及其解決方法，從而實(shí)現(xiàn)提高儀表的防腐蝕性能，保證測(cè)量控制精度，用自動(dòng)化來提高生產(chǎn)效率的目的?；x表的主要腐蝕類型是電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕及由于物理、機(jī)械作用造成得對(duì)儀表材料的侵蝕。

1電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕是化工儀表在腐蝕環(huán)境中失效的最主要原因，是指構(gòu)成化工儀表的金屬材料與被測(cè)介質(zhì)或者大氣等發(fā)生電化學(xué)作用而引起的腐蝕，其特點(diǎn)是腐蝕過程中伴隨有電流產(chǎn)生，相關(guān)數(shù)據(jù)表明，金屬的腐蝕大多由電化學(xué)腐蝕所致。

1）介質(zhì)腐蝕。介質(zhì)腐蝕是一種最常見的電化學(xué)腐蝕。例如化工生產(chǎn)過程中酸、堿、鹽溶液對(duì)儀表材料的腐蝕。

2）大氣腐蝕。大氣腐蝕的本質(zhì)也是一種電化學(xué)腐蝕。其腐蝕過程發(fā)生在金屬表面的一層薄薄的冷凝膜中，主要表現(xiàn)為當(dāng)冷凝液膜溶有及氯化物鹽類等時(shí)，對(duì)儀表電子元件及其電路板、連接線路等的腐蝕。

2化學(xué)腐蝕

指儀表材料與干燥高溫氣體或非電解質(zhì)溶液苯、乙醇等發(fā)生化學(xué)作用所引起的腐蝕。儀表材料在石化生產(chǎn)裂解裝置和硫鐵礦沸騰爐中的腐蝕就是一種非常典型的化學(xué)腐蝕。

3由于物理、機(jī)械作用造成對(duì)儀表材料的侵蝕。

例如在合成氨生產(chǎn)中，高壓閥芯受到汽蝕而產(chǎn)生的破壞。再如儀表用非金屬材料如塑料氣源管受大氣或介質(zhì)作用引起的溶解、溶脹。

四、化工儀表防腐方法

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，腐蝕因素的存在，造成儀表故障率頻繁發(fā)生。如果企業(yè)僅通過頻繁更換儀表的方式來保證生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，會(huì)大幅度增加企業(yè)的運(yùn)營(yíng)及維護(hù)成本。因此，化工企業(yè)應(yīng)該積極采用多種儀表防腐蝕措施。綜觀國(guó)內(nèi)外研究狀況，對(duì)于儀表的防蝕技術(shù)而言，目前普遍采用的方法有以下幾種：

1.有針對(duì)性地選擇耐腐蝕金屬或非金屬材料制造防腐蝕儀表的零部件，這是化工儀表防腐蝕的根本方法。例如，擔(dān)膜片的變送器用于氯氣的工況測(cè)量，工作壽命可在1年以上。

2.選擇合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及采用先進(jìn)的加工工藝，也是提高儀表防腐蝕性能的重要途徑。例如，用于合成氨的高壓調(diào)節(jié)閥在采用多級(jí)減壓調(diào)節(jié)方式后在生產(chǎn)過程中明顯體現(xiàn)出抗汽蝕，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。

3. 對(duì)儀表的零部件采用涂覆、包、襯等方法進(jìn)行保護(hù)，提升儀表的防腐蝕能力。例如涂覆方法，涂覆防腐成本較低，操作簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍較廣，是化工儀表防腐的一種有效方法，但是由于化工儀表對(duì)涂覆材料要求較高，因此，需要加大對(duì)防腐材料的研究，在做到儀表防腐的同時(shí)，同時(shí)保證儀表的正常運(yùn)行。

4.穩(wěn)定工藝生產(chǎn)對(duì)提高儀表防腐蝕性能非常重要。在工藝生產(chǎn)過程中需要選擇合理的檢測(cè)方法和檢測(cè)點(diǎn)，并應(yīng)用于適當(dāng)?shù)墓r，例如在對(duì)氯氣的檢測(cè)中，如檢測(cè)點(diǎn)處于易積水的管段，則會(huì)大大增加儀表受腐蝕的程度。

5.隔離防腐法，除了采用以上方法提高化工儀表防腐蝕性能外，還應(yīng)盡量做好儀表檢測(cè)單元與腐蝕性介質(zhì)的隔離設(shè)計(jì)。首先可以采用放射性、超聲波、光輻射等檢測(cè)儀表，此時(shí)可完全避免儀表被介質(zhì)腐蝕破壞。其次，采用隔離裝置、隔離膜片、隔離液和其它隔離措施，都可以使儀表檢測(cè)部份與介質(zhì)隔離，達(dá)到防腐蝕效果。隔離防腐是儀表防腐的有效方法，根據(jù)實(shí)際工況的不同和測(cè)量控制的需要，我們可采取加隔離液、吹氣、加保護(hù)層等方法有效地防止或減緩儀表的腐蝕。

五、化工儀表防腐設(shè)計(jì)的發(fā)展方向

化工儀表是自動(dòng)化系統(tǒng)檢測(cè)控制的核心部件，儀表的失效主要是由腐蝕引起的，因此儀表的腐蝕問題日益受到關(guān)注。我們可以根據(jù)具體工況進(jìn)行分析，選擇適當(dāng)?shù)膬x表材料等方式來防止或減輕儀表的腐蝕，并在實(shí)際生產(chǎn)中采取相應(yīng)對(duì)策來保證自動(dòng)化儀表的正常運(yùn)行。首先，尋求既耐腐蝕又比較經(jīng)濟(jì)的耐腐蝕材質(zhì)來制做儀表的功能元件，以獲得較高的性價(jià)比。其次，尋求針對(duì)工藝條件的測(cè)量方式，如用超聲波測(cè)量液柱等。第三，注重先進(jìn)的工藝設(shè)計(jì)，對(duì)儀表進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)改造。

綜上所述，要解決化工儀表的腐蝕問題，可通過分析相關(guān)腐蝕類型中的主要腐蝕因素，通過儀表材質(zhì)的選取，工藝結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，提高儀表的防腐蝕性能，同時(shí)，可通過數(shù)學(xué)方式，結(jié)合實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，建立在一定條件下的腐蝕率關(guān)系式，并由此分析出儀表在特定環(huán)境的使用年限，為儀表的抗腐蝕和化工生產(chǎn)的正常進(jìn)行提供可靠的依據(jù)和保證。

參考文獻(xiàn)：

[1]齊洋.淺談化工儀表的腐蝕及策略[J].科技信息.2012（36）

[2姚犇.化工儀表防腐蝕技術(shù)的研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).2012（25）

[3]侯勁.化工儀表的防腐蝕問題分析[J].自動(dòng)化與儀器儀表.2002（06）