化工機械設備的防腐設計及防腐對策

趙 真

（哈爾濱工程大學，黑龍江哈爾濱 150001）

化工生產中，機械設備所處環(huán)境往往比較復雜和惡劣，容易使機械設備產生腐蝕，輕則影響設備的外觀，嚴重時將引起安全事故，所以機械設備腐蝕不容小覷，有必要深入探究有效的防腐對策。

1 化工機械設備腐蝕

腐蝕是指機械設備材料在環(huán)境等因素作用下產生的變質與破壞現(xiàn)象。對于化工機械設備，腐蝕現(xiàn)象按照機械設備的材質可以分成兩種類型，即金屬腐蝕與非金屬腐蝕。

其中，金屬腐蝕是指由化學或電化學造成的破壞，此外還包括生物作用與物理作用。這種腐蝕的形態(tài)大致可分成均勻與局部兩類。不同形態(tài)往往相互關聯(lián)，在實際的腐蝕當中可能包含多種形態(tài)。調查可知，局部腐蝕占比可達70%以上，同時某些局部腐蝕具有突發(fā)性，造成的后果具有災難性，能引起很多安全事故。對此，不論是在選料還是在操作過程中，都要密切注意局部腐蝕，一旦發(fā)現(xiàn)，必須立即采取措施處理[1]。

對于非金屬腐蝕，由于絕大部分非金屬都不導電，所以這種腐蝕通常是指純化學作用下或物理作用下產生的失效破壞。在非金屬材料的表面和介質發(fā)生接觸以后，氣體與溶液都會立即擴散到非金屬材料中，進而使材料自身各項性能發(fā)生明顯的變化，比如強度降低和發(fā)生軟化與硬化。

2 化工機械設備防腐

不同類型的材料處在不同的環(huán)境條件下所產生的腐蝕不同，包括腐蝕的形態(tài)和速度。在化工生產這種特定環(huán)境中，首先應選擇腐蝕速度相對較慢的材料，其次是通過涂覆涂料或改善設計來起到預防與延緩腐蝕的作用。

2.1 選擇適宜的耐腐蝕材料

要想保證選材的正確性，一方面要有完善且正確的數(shù)據(jù)，另一方面要具備腐蝕與防腐方面的知識。對材料而言，其耐腐蝕性是一項重要性能，和環(huán)境有著密切的關系，可借助均勻腐蝕率進行評價，目前分成以下四個等級：第一級為腐蝕率小于0.05mm/a，優(yōu)良；第二級為腐蝕率在0.05～0.50mm/a，良好；第三級為腐蝕率在0.5～1.5mm/a，雖然也可以使用，但腐蝕情況會比較嚴重；第四級為腐蝕率大于1.5mm/a，不可使用，因為腐蝕情況會十分嚴重。不同材料的腐蝕率可以在說明和手冊當中查詢到。然而，對化工生產這種復雜且惡劣的環(huán)境而言，需通過實驗來確定材料的腐蝕率，具體的操作方法為：取一定面積材料放到與生產環(huán)境相接近的環(huán)境當中，持續(xù)數(shù)日以后將其取出，清洗干凈后稱取質量，通過計算確定單位時間該材料單位面積質量損失率，最后根據(jù)材料的密度采用專門的公式計算腐蝕率。需要注意的是，以上指標是針對金屬材料而言的，非金屬材料的耐腐蝕性能需將外形的破壞程度、強度丟失與重量增加等作為依據(jù)來判斷[2]。

2.2 防腐設計

對設計與制造人員而言，應充分了解設備腐蝕方面的知識，并參考以往的案例，避免由于設計原因導致腐蝕加劇。

（1）盡可能消除死角與縫隙。死角與縫隙都是液體無法流動的部位，雖然外部溶液當中金屬腐蝕的腐蝕率相對較低，但這兩個部位因腐蝕產物不斷積聚或液體停滯等原因會使電位及pH 出現(xiàn)明顯的變化，進而造成腐蝕，并且由以上原因造成的腐蝕還很難發(fā)現(xiàn)，且發(fā)展速度很快，極易產生破裂及穿孔。對此，在設計過程中應盡可能消除死角與縫隙[3]。

（2）消除或減小應力。部分設備不僅要承受外壓力，還會在加工制造時產生一定應力，此時受特殊環(huán)境條件的作用，可能產生應力腐蝕現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在采用不銹鋼設備及部件時十分常見，不僅破壞的過程特別突然，而且危害極大。對此，通過合理的設計能杜絕或減輕這種腐蝕帶來的危害，比如通過設計使應力的實際分布達到均勻，避免應力在局部聚集。在條件允許時還可通過退火來達到去應力的目的，消除對鍛件、鑄件和焊接件進行制造時產生的應力，但要注意退火時高溫會使設備發(fā)生變形，并且該方法對大型設備而言比較麻煩，費用也很高[4]。

2.3 覆蓋層保護

覆蓋層可分成非金屬與金屬兩種。涂層是目前廣泛應用的防腐蝕方法，由溶劑、樹脂材料與橡膠漿液等原料制成防腐層，直接覆蓋在設備金屬表面。雖然該方法簡單有效，但只能用在腐蝕強度不是很大的條件下。另外，非金屬襯里近幾年也得到了快速的發(fā)展和廣泛應用，尤其是在化工生產領域，考慮到絕大多數(shù)非金屬材料都具有良好的耐腐蝕性，如瓷磚、橡膠與塑料等，所以可將金屬和腐蝕環(huán)境分隔開，使襯里設備在具備金屬剛性的同時具有非金屬材料的耐腐蝕性能[5]。

2.4 電化學保護

電化學保護指的是通過外加電流改變金屬的腐蝕電位，從而減慢金屬的腐蝕速率。該方法可分成陰極與陽極保護兩種，目前已經(jīng)在化工生產領域得到十分廣泛的應用，不僅效果顯著，而且經(jīng)濟實用。

陰極保護是指在待保護金屬的表面持續(xù)通入陰極電流，將金屬的電位改變?yōu)樨?，同時減慢溶解的速度。該方法不適合結構形狀比較復雜的對象，因為當結構比較復雜時，會在與陽極相距較近的位置產生很大電流密度，而與陽極相距較遠的位置電流密度卻很小，無法提供足夠的保護功能。該方法主要用于處在水中與土中的結構，同時介質的腐蝕性不可過強，否則將無法起到理想的保護作用。該方法不僅能防止均勻腐蝕，還能預防選擇性腐蝕、點蝕與沖擊腐蝕。

陽極保護指的是對保護對象和外加電流的正極進行連接，然后放到電解質溶液中促使保護對象的陽極發(fā)生極化，創(chuàng)建并長時間維持在鈍態(tài)，并抑制陽極溶解，減慢腐蝕的速度，實現(xiàn)保護的目的。如果被保護對象無鈍化特征，則不可采用這一方法。

如果介質具有較強的氧化性，則以陽極保護為宜；如果以上兩種保護方法都可以使用，則應優(yōu)先使用陰極保護；若不可忽略氫脆，則應使用陽極保護的方法。

2.5 保證操作規(guī)范性

化工設備防腐除了要從材料和防腐手段兩個方面入手，還要注意設備的操作，保證操作的規(guī)范性也能起到一定防腐作用。對此，要通過培訓來提高操作人員的專業(yè)能力與安全意識，使他們能夠嚴格按照相關規(guī)范進行操作。同時要加強設備的日常檢查與維修，尤其是耐腐蝕能力較差的設備，應定期養(yǎng)護，必要時可建立檔案記錄設備實際情況，以保證日常維護與檢修工作的針對性。發(fā)現(xiàn)設備發(fā)生腐蝕后，應立即采取措施處理，以免腐蝕進一步發(fā)展造成更嚴重的破壞。

3 結束語

綜上所述，化工機械設備防腐并不是一項單純的技術內容，而是與生產效率、安全、資源、節(jié)能、環(huán)保等都有一定關聯(lián)的綜合內容。因此，在實際工作中應加強對腐蝕知識的教育和普及，并積極推廣各類防腐技術，這對促進企業(yè)經(jīng)濟發(fā)展與保證經(jīng)濟效益都有十分重要的意義。