提高化工機(jī)械防腐能力的有效路徑

唐愛華，金 偉

（1.華北石化公司四聯(lián)合運(yùn)行部，河北任丘 062550；2.華北油田煤層氣搶險(xiǎn)維修中心，山西晉城 048203）

0 引言

化工企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境本身具有一定危險(xiǎn)性，如果化工機(jī)械設(shè)備的防腐工作不到位，很可能使機(jī)械設(shè)備局部發(fā)生化工物質(zhì)泄漏，容易發(fā)生安全事故。化工機(jī)械設(shè)備的使用壽命與其防腐措施有密切關(guān)系，假如防腐措施疏忽導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)了局部腐蝕，便為之后的成倍腐蝕找到切入口，腐蝕程度和速度會(huì)隨之提高增強(qiáng)。雖然隨著科技的飛速發(fā)展，化工機(jī)械設(shè)備的使用年限得到延長，但是提高機(jī)械設(shè)備的防腐能力仍然是企業(yè)需要提上日程的問題。

1 化工機(jī)械出現(xiàn)腐蝕的原因

1.1 化工設(shè)備運(yùn)行強(qiáng)度過大

化工機(jī)械設(shè)備會(huì)產(chǎn)生運(yùn)行過程中的普遍腐蝕，只是在機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)行強(qiáng)度下的腐蝕力度并不很大，仍在機(jī)械設(shè)備使用壽命考慮范圍之內(nèi)。如果化工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)度過大的運(yùn)行，高強(qiáng)度運(yùn)行過程中產(chǎn)生的振動(dòng)更加強(qiáng)烈，對于機(jī)械設(shè)備的腐蝕力度也會(huì)加強(qiáng)?；C(jī)械設(shè)備在高強(qiáng)度運(yùn)行的過程中，其自身處于一種高負(fù)荷狀態(tài)，長時(shí)間處于這種高強(qiáng)度運(yùn)行環(huán)境下對于設(shè)備本身是不利的。機(jī)械設(shè)備雖然沒有人工疲勞期，但是同樣有使用壽命，運(yùn)行強(qiáng)度過大勢必會(huì)相應(yīng)縮短使用壽命?；C(jī)械設(shè)備在高強(qiáng)度運(yùn)行的情況下，機(jī)械設(shè)備與工作環(huán)境中的空氣等其他物質(zhì)接觸摩擦更為頻繁、更為強(qiáng)烈，出現(xiàn)點(diǎn)腐蝕和縫隙性腐蝕是不可避免的，再加之機(jī)械設(shè)備處于強(qiáng)度過大的工作環(huán)境，更讓機(jī)械設(shè)備的腐蝕程度加深，速度加快。

1.2 設(shè)備操作環(huán)境中含腐蝕性物質(zhì)

化工機(jī)械設(shè)備工作的環(huán)境復(fù)雜，空氣中不定變化的濕度和溫度本身就會(huì)在與機(jī)械設(shè)備接觸的過程中對其外部進(jìn)行腐蝕；化工生產(chǎn)環(huán)境和設(shè)備操作環(huán)境中漂浮的化學(xué)物質(zhì)復(fù)雜，帶有腐蝕性的物質(zhì)通過揮發(fā)和蒸發(fā)形成腐蝕性氣體，腐蝕性氣體在與機(jī)械設(shè)備接觸的過程中難免會(huì)在設(shè)備表面產(chǎn)生物理作用和化學(xué)反應(yīng)。改變化工設(shè)備操作環(huán)境是不現(xiàn)實(shí)的，因此，提高機(jī)械設(shè)備的防腐蝕能力還需從防腐措施上入手，只有將防腐措施做好才能讓外界工作環(huán)境與機(jī)械設(shè)備本身更少地直接接觸。一般而言，機(jī)械設(shè)備外部的腐蝕雖然不是變化十分明顯，但也會(huì)隨著時(shí)間腐蝕的積累而肉眼可見，由外至內(nèi)的防腐蝕措施才是減少機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)腐蝕問題的直接措施。

1.3 設(shè)備內(nèi)部存在腐蝕因素

化工機(jī)械設(shè)備內(nèi)部的零部件之間也存在腐蝕問題，各種用途的零部件制造金屬材質(zhì)有所差異，在充當(dāng)介質(zhì)或者受力時(shí)，由于結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或者零部件之間相互觸碰而產(chǎn)生設(shè)備內(nèi)部腐蝕。在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的過程中，由于需要外界施加壓力和動(dòng)力使設(shè)備內(nèi)部各零部件相互配合，因此，零部件間的接觸摩擦便會(huì)產(chǎn)生相互腐蝕作用。此外，在不同的壓力動(dòng)力條件下，機(jī)械設(shè)備為了完成生產(chǎn)工作在內(nèi)部會(huì)形成電解或電極環(huán)境，無論是設(shè)備內(nèi)部發(fā)生物理作用還是化學(xué)反應(yīng)都會(huì)對設(shè)備的內(nèi)部產(chǎn)生腐蝕。隨著機(jī)械設(shè)備工作時(shí)間的積攢和工作強(qiáng)度的增強(qiáng)，腐蝕印記越來越明顯，從而形成由內(nèi)而外的腐蝕，機(jī)械設(shè)備在內(nèi)外腐蝕的共同作用下，其防腐蝕能力所面臨的挑戰(zhàn)也越來越嚴(yán)峻。

2 化工機(jī)械產(chǎn)生腐蝕的主要種類

2.1 化學(xué)腐蝕

化工機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)的高溫干燥環(huán)境是化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的有利條件和前提，在高溫干燥的環(huán)境下，腐蝕介質(zhì)與金屬之間的接觸更為直接。金屬表面與腐蝕介質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)并形成新的氧化物，是化學(xué)腐蝕進(jìn)行并完成的過程。在化學(xué)腐蝕過程中，除了腐蝕介質(zhì)與金屬，其他物質(zhì)較少參與，比如：高溫干燥環(huán)境下具有氧化性的腐蝕介質(zhì)與鋼材等金屬，表面接觸后會(huì)生成氧化鐵，或出現(xiàn)金屬表面脫碳等現(xiàn)象。化學(xué)腐蝕開始時(shí)，由于氧化性的腐蝕介質(zhì)與金屬接觸會(huì)在金屬表面形成一層氧化膜，氧化膜的形成能夠從一定程度上減慢腐蝕速度，對金屬起到暫時(shí)的保護(hù)作用；一旦氧化膜不完整，腐蝕活動(dòng)還會(huì)繼續(xù)進(jìn)行。如果不對化工機(jī)械設(shè)備采取及時(shí)的防腐措施，隨著化學(xué)腐蝕的持續(xù)進(jìn)行，機(jī)械內(nèi)部零部件等內(nèi)部結(jié)構(gòu)很可能被破壞而發(fā)生性質(zhì)上的變化，同時(shí)，化學(xué)腐蝕發(fā)生之后產(chǎn)生的氧化物堆積也會(huì)影響機(jī)械設(shè)備的正常有序運(yùn)行。

2.2 電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕發(fā)生的條件與化學(xué)腐蝕有所不同，電化學(xué)腐蝕在潮濕的環(huán)境下更容易發(fā)生，在金屬和電解質(zhì)組成兩個(gè)電極的情況下便會(huì)由于兩者電極點(diǎn)位高低差異而在金屬表面發(fā)生電化學(xué)腐蝕，常見的鐵生銹就是鐵在常溫潮濕的環(huán)境下與空氣中的氧氣在鐵金屬表面發(fā)生了電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕的發(fā)生是有條件的，氧氣和金屬是必不可少的反應(yīng)物質(zhì)，潮濕環(huán)境是電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的必要前提，在干燥條件下電化學(xué)腐蝕并不容易產(chǎn)生?；C(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中無法保障整個(gè)運(yùn)行過程都處于干燥環(huán)境，化工生產(chǎn)同樣需要水等液體參與生產(chǎn)，因此，潮濕的環(huán)境便為電化學(xué)腐蝕提供了電解質(zhì)溶液。電化學(xué)腐蝕相比化學(xué)腐蝕在化工生產(chǎn)中較為常見，由于化工生產(chǎn)環(huán)境具有復(fù)雜性，無論是水蒸汽還是液體加工原料都會(huì)為電化學(xué)腐蝕的產(chǎn)生提供有利條件。

3 提高化工機(jī)械防腐能力的有效路徑

3.1 在設(shè)計(jì)方案中改進(jìn)工藝、結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度方面的防腐設(shè)計(jì)

化工機(jī)械工作環(huán)境是客觀存在的，從改變客觀環(huán)境入手減少腐蝕物質(zhì)不太現(xiàn)實(shí)，因此，只有在設(shè)計(jì)時(shí)對防腐工藝進(jìn)行改進(jìn)才能有效提高化工機(jī)械防腐能力。很多化工機(jī)械設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜或設(shè)計(jì)不合理等問題，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題會(huì)在使用過程中逐漸暴露出弊端。機(jī)械設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造越復(fù)雜維修越有難度，復(fù)雜的設(shè)備結(jié)構(gòu)更容易使腐蝕性的物質(zhì)堆積，并容易使檢修人員排查安全隱患時(shí)出現(xiàn)檢修盲區(qū)，隨著腐蝕物一次次地被忽略，機(jī)械故障的危機(jī)也越來越逼近。因此，在設(shè)計(jì)化工機(jī)械設(shè)備的時(shí)候要考慮全面，將防腐工作做到位：①機(jī)械設(shè)備的整體形狀和內(nèi)部構(gòu)造避免過于復(fù)雜，避免選材的材料種類過于多樣，同種材料間比異種材料間發(fā)生腐蝕的可能性低很多；②設(shè)備構(gòu)造盡量避免留縫隙并合理處理連接處，以便之后設(shè)備清洗和維修工作的順利進(jìn)行，縫隙少也能控制縫隙腐蝕發(fā)生的可能性；③盡量避免焊接缺陷的發(fā)生，在焊接處應(yīng)該多涂防腐涂料，焊接處是機(jī)械設(shè)備整體較為薄弱的地方，需要不斷提高焊接工藝。機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中對于運(yùn)行強(qiáng)度的要求不同，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)更多地提升設(shè)備本身強(qiáng)度，盡可能留出更多的腐蝕空間?；C(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)方案在建造的過程中起到較為重要的引導(dǎo)作用，無論是在工藝、結(jié)構(gòu)還是強(qiáng)度方面都要保障防腐作用的有效發(fā)揮。

3.2 選用具有較強(qiáng)防腐能力的機(jī)械設(shè)備制造材料

制造化工機(jī)械設(shè)備的最常用制造材料是碳素鋼，由于碳素鋼的低成本和簡單工藝比較符合企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益要求，便成為制造過程中最受青睞的主要材料。但是，碳素鋼在防腐方面并不具備優(yōu)勢，甚至處于劣勢地位，即使在表面涂抹防腐涂料也不能從根本上解決機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中因?yàn)楫a(chǎn)生劃痕所引起的腐蝕問題。因此，企業(yè)在選擇機(jī)械設(shè)備制造材料的時(shí)候應(yīng)該選用性價(jià)比比較高的材料，不能過分追求低成本。機(jī)械設(shè)備制造材料從根本上決定了日后運(yùn)行過程中防腐效果能否達(dá)標(biāo)，雖然企業(yè)選用耐腐蝕鋼材的成本要比碳素鋼高，但從長遠(yuǎn)角度看，提高制造成本可以降低機(jī)械設(shè)備后期使用和維修的成本。防腐材料能延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命，與其在后期維修上占用成本，不如在制造時(shí)多在使用防腐材料上投入成本，這樣制造出的機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行會(huì)更加有保障，企業(yè)生產(chǎn)也會(huì)更加順利。

3.3 金屬表面采用防腐涂料形成金屬防腐膜

金屬表面涂防腐材料是保護(hù)機(jī)械設(shè)備最直接的方法，防腐涂料形成的防腐膜將金屬與腐蝕物質(zhì)阻隔，一定程度、一定時(shí)間內(nèi)完整的防腐膜能夠起到有效的防腐作用，雖然防腐膜受到破壞后做不到完全屏蔽防腐物質(zhì)的作用，但仍然能夠緩解金屬表面的腐蝕速度。涂防腐涂料能夠在金屬表面形成防腐膜，能夠在一定程度上阻隔金屬與外界環(huán)境的接觸，化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕由于條件不足便不容易發(fā)生，這樣便形成了對金屬表面的陰極保護(hù)。常見的防腐涂料有很多，成本和性能各不相同，企業(yè)在選用防腐涂料時(shí)應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況和需求貨比三家，比如著重附著力和抵抗力的可以選用環(huán)氧樹脂涂料，但是這種涂料抗老化性能不高。每種涂料都有自身優(yōu)勢和劣勢，根據(jù)自身需求使用合適的涂料才是明智做法，切忌目光短淺、過度關(guān)注成本價(jià)格而為機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)埋下安全隱患。

3.4 采用氫腐蝕處理法對材料、環(huán)境和應(yīng)力等方面抑制腐蝕

化工機(jī)械設(shè)備在存放時(shí)容易吸收存放環(huán)境中的氫，在制造過程中也會(huì)隨電鍍、焊接等制造環(huán)節(jié)吸收并積存氫，氫腐蝕是化學(xué)腐蝕中最嚴(yán)重的一種，為了防止氫腐蝕對機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，要對設(shè)備氫腐蝕產(chǎn)生的內(nèi)因和外因采取抑制措施。選材時(shí)盡量選擇對氫不太敏感的抑制材料，如抗氫蝕鋼即使與氫接觸也能在金屬表面形成穩(wěn)定碳化物，從而抑制腐蝕的發(fā)生和進(jìn)行。在對有氫物質(zhì)的環(huán)境進(jìn)行抑制時(shí)，需要借助緩蝕劑、塑料保護(hù)層等手段盡可能減少氫與金屬的接觸。與前兩種抑制方式不同的是，應(yīng)力抑制更多是依靠制造工藝技術(shù)，在制造環(huán)節(jié)中對拉伸、焊接過程中的應(yīng)力進(jìn)行抑制，避免氫脆程度加深。

4 結(jié)束語

化工機(jī)械設(shè)備是企業(yè)生產(chǎn)能夠順利進(jìn)行的重要支撐，對機(jī)械設(shè)備的有效保護(hù)同樣是為企業(yè)生產(chǎn)的有序進(jìn)行保駕護(hù)航。對企業(yè)而言，關(guān)注機(jī)械制造成本并沒有錯(cuò)，但單純?yōu)榱俗非蟮椭圃斐杀径活櫳a(chǎn)中存在的安全隱患，等到故障發(fā)生時(shí)將追悔莫及。化工機(jī)械的防腐蝕工作不僅僅影響企業(yè)的生產(chǎn)進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)成本，還關(guān)系著企業(yè)的生產(chǎn)安全，為了減少企業(yè)生產(chǎn)的安全隱患和經(jīng)濟(jì)隱患，必須將機(jī)械設(shè)備防腐工作做到位。