提高化工機(jī)械防腐能力的研究

陳華榮

摘? 要：在化工行業(yè)中，化工機(jī)械是必不可少的生產(chǎn)設(shè)備，化工設(shè)備的腐蝕問(wèn)題會(huì)給企業(yè)帶來(lái)負(fù)面的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。為了提高化學(xué)機(jī)械的防腐能力，介紹了腐蝕的類(lèi)型，分析了化學(xué)腐蝕和金屬電化學(xué)腐蝕的原理。重點(diǎn)討論了化工機(jī)械的防腐設(shè)計(jì)，以及控制化工機(jī)械腐蝕的方法。研究表明，這些方法可以提高化工機(jī)械的防腐能力。

關(guān)鍵詞：化工機(jī)械;化學(xué)腐蝕;防腐能力;防腐設(shè)計(jì);綠色設(shè)計(jì)

1 引言

化工機(jī)械在化工生產(chǎn)過(guò)程中，長(zhǎng)期處于高溫高壓環(huán)境、而且與各種化工原料、氣體、溶劑等介質(zhì)長(zhǎng)期接觸，這種惡劣的外部環(huán)境很容易引起化工機(jī)械設(shè)備主體及零部件材料的腐蝕，引起材料性能下降，影響化工機(jī)械設(shè)備的正常使用，給生產(chǎn)帶來(lái)負(fù)面影響，也容易導(dǎo)致事故隱患的產(chǎn)生。因此，如何提高化工機(jī)械的防腐能力已經(jīng)成為了化工機(jī)械面臨的一個(gè)主要問(wèn)題。提高化工機(jī)械防腐能力不僅可以提高化工機(jī)械的使用壽命，而且可以減少企業(yè)的經(jīng)濟(jì)投入。腐蝕是化學(xué)或化學(xué)作用后造成材料消耗和一些損壞[1]。腐蝕后，機(jī)械設(shè)備的形狀、顏色和機(jī)械性能受到不同程度的損壞，使化工企業(yè)遭受了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，如何提高化工機(jī)械的防腐能力已成為化工企業(yè)面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。

2 化工機(jī)械設(shè)備腐蝕類(lèi)型

金屬設(shè)備腐蝕主要分為兩類(lèi)：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕?；瘜W(xué)腐蝕是指金屬設(shè)備的表面及其周?chē)h(huán)境在介質(zhì)中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，然后產(chǎn)生新的材料，一種金屬氧化物，從而導(dǎo)致金屬的破壞[2]?；瘜W(xué)腐蝕一般發(fā)生在高溫干燥的環(huán)境中，金屬直接與介質(zhì)中的環(huán)境接觸。電化學(xué)腐蝕是指金屬設(shè)備在與電解液接觸時(shí)受到電極的腐蝕。腐蝕的本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)。電化學(xué)腐蝕通常發(fā)生在潮濕的環(huán)境中。

另一方面，根據(jù)腐蝕原因，常見(jiàn)的腐蝕可分為高溫氧化腐蝕、剝落腐蝕、點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、顆粒間腐蝕、焊接應(yīng)力腐蝕、磨損腐蝕、振動(dòng)工業(yè)大氣腐蝕、海洋大氣腐蝕、疲勞腐蝕。對(duì)于化工企業(yè)來(lái)說(shuō)，電化學(xué)腐蝕是最嚴(yán)重的腐蝕。

3 設(shè)備腐蝕的化學(xué)機(jī)理

3.1 電化學(xué)腐蝕機(jī)理

金屬的電化學(xué)腐蝕是指金屬表面和離子導(dǎo)電介質(zhì)在電化學(xué)作用下產(chǎn)生的損傷。腐蝕反應(yīng)的電化學(xué)機(jī)理包括至少一個(gè)陽(yáng)極和一個(gè)陰極反應(yīng)，以及流經(jīng)介質(zhì)的離子電流和金屬內(nèi)部的電子一起流動(dòng)，在金屬離子與金屬陽(yáng)極反應(yīng)時(shí)，抗氧化成分向介質(zhì)中吸收來(lái)自陽(yáng)極還原過(guò)程的電子。碳鋼在酸中的腐蝕，氧化鐵離子在陽(yáng)極區(qū)的氧化，電子從陽(yáng)極（Fe）釋放到陽(yáng)極（FeC）中的鋼中，被H+吸收，因此氧的還原，其方程式為：

Fe+2H+→ Fe2++H2

電池內(nèi)部的電化學(xué)腐蝕形成了短路金屬，在陰極還原反應(yīng)中消耗陽(yáng)極的電子，電流不是等溫的。因此在電化學(xué)腐蝕中，如果促進(jìn)金屬陽(yáng)極電離會(huì)加速腐蝕，從而導(dǎo)致化工設(shè)備的快速破壞。

3.2 工業(yè)大氣腐蝕機(jī)理

在一些地區(qū)，工業(yè)污染嚴(yán)重，空氣中可能含有高濃度的腐蝕性介質(zhì)，如二氧化硫、二氧化碳、硫化氫、鹵化物和工業(yè)粉塵，潮濕空氣中的酸性氣體可能形成無(wú)機(jī)酸，如果化工機(jī)械設(shè)備與該介質(zhì)接觸，它們會(huì)被腐蝕嚴(yán)重?fù)p壞。含鐵機(jī)械設(shè)備在工業(yè)大氣中的腐蝕是化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的組合形式，其中二氧化硫腐蝕最為嚴(yán)重，原因是它能形成酸雨并起到催化劑的作用[3]。綜上所述，化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的本質(zhì)是金屬原子失去電子而成為離子的氧化過(guò)程，主要區(qū)別在于化學(xué)腐蝕是金屬與其周?chē)橘|(zhì)在高溫干燥條件下發(fā)生的反應(yīng)，電化學(xué)腐蝕的過(guò)程必須在潮濕的環(huán)境中進(jìn)行。

4 化工設(shè)備的防腐設(shè)計(jì)

眾所周知，金屬腐蝕損壞是主要的損壞形式之一，因此，在購(gòu)買(mǎi)機(jī)械設(shè)備時(shí)，應(yīng)考慮并注意這一因素，包括選擇和購(gòu)買(mǎi)后的安裝使用，以及當(dāng)我們?yōu)闄C(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)一些附件時(shí)，設(shè)備部件和設(shè)備在防腐設(shè)計(jì)的腐蝕環(huán)境中的功能同樣重要。

4.1 材料的選擇

目前，制造機(jī)械和設(shè)備所使用的材料基本上是普通碳鋼，這種材料的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低，加工簡(jiǎn)單。在正常的經(jīng)營(yíng)環(huán)境中，腐蝕造成的損害并不嚴(yán)重，但如果它經(jīng)常處于相對(duì)高濃度的腐蝕介質(zhì)中，就會(huì)受到嚴(yán)重的腐蝕。以常用的Q235鋼為例，其在酸性鹽介質(zhì)環(huán)境中的腐蝕速度高達(dá)0.5～1.0mm/a，雖然大多數(shù)企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)定期在設(shè)備表面涂抹防腐材料，但如果設(shè)備表面一旦出現(xiàn)劃痕或局部損耗，電化學(xué)腐蝕很快就會(huì)發(fā)生，加速擴(kuò)散，嚴(yán)重影響設(shè)備的使用壽命。因此，這種鋼不適合作為化工領(lǐng)域的原材料[4]。在選擇材料時(shí)，我們應(yīng)該盡可能選擇耐腐蝕鋼，雖然這種鋼的價(jià)格比普通材料貴，但從總體上看，它帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通鋼。

4.2 防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如果機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)不合理，就會(huì)產(chǎn)生腐蝕。因此，在化工機(jī)械的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們充分考慮了以下防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

（1）設(shè)備的形狀應(yīng)盡可能簡(jiǎn)潔;（2）設(shè)備的材料應(yīng)為同一種金屬，避免使用多種金屬材料;（3）盡量避免設(shè)備在結(jié)構(gòu)方面出現(xiàn)裂紋，防止表面劃傷，便于清潔;（4）避免焊接缺陷，避免應(yīng)力集中。

4.3 防腐層的強(qiáng)度設(shè)計(jì)

在化工機(jī)械中，環(huán)境具有較強(qiáng)的腐蝕性，因此在機(jī)械強(qiáng)度設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者也應(yīng)注意防腐設(shè)計(jì)的強(qiáng)度。在機(jī)械設(shè)備的強(qiáng)度設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們不僅要滿(mǎn)足設(shè)備本身對(duì)強(qiáng)度的要求，還要考慮設(shè)計(jì)的腐蝕余量，一般的腐蝕余量是設(shè)備壽命的兩倍腐蝕深度。

4.4 控制腐蝕的方法

對(duì)于機(jī)械金屬設(shè)備的控制方法，大致可以分為兩個(gè)方面，一方面，通過(guò)選擇耐腐蝕性強(qiáng)的金屬，并在其表面涂刷防腐材料處理。另一方面，對(duì)環(huán)境中的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行防腐處理，通過(guò)降低環(huán)境中的有害物質(zhì)、濕度和溫度來(lái)達(dá)到減少腐蝕的目的。當(dāng)然，人們也可以利用金屬設(shè)備的電化學(xué)保護(hù)，通過(guò)犧牲陽(yáng)極來(lái)保護(hù)陰極。對(duì)于化學(xué)腐蝕控制，人們應(yīng)該同時(shí)從多個(gè)方面進(jìn)行，只有這樣才能使腐蝕造成的損失最小化，從而延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命[5]。

對(duì)于化學(xué)腐蝕控制，我們遵循以下原則：（1）合理的裂縫構(gòu)造是防止縫隙腐蝕的關(guān)鍵，所以我們總是在化工設(shè)備中建造合理的裂縫。（2）化工設(shè)備表面涂有防銹漆，并始終盡量選用優(yōu)質(zhì)防銹漆。（3）噴涂防銹漆時(shí)應(yīng)特別注意噴涂焊縫涂層。（4）防止殘留水滯留在化工設(shè)備上。（5）培訓(xùn)員工，使他們充分了解腐蝕知識(shí)。

5 結(jié)論

化工設(shè)備是化工企業(yè)的重要設(shè)備，使用頻繁，對(duì)化工機(jī)械設(shè)備的要求也越來(lái)越高。因此，可以從材料選擇、設(shè)計(jì)等方面提高化工機(jī)械的防腐能力?；て髽I(yè)可以避免因腐蝕而影響化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)多年的實(shí)踐，我們對(duì)化工設(shè)備進(jìn)行了防腐設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)和可拆卸設(shè)計(jì)，并從多方面對(duì)設(shè)備的腐蝕進(jìn)行了控制，取得了良好的效果。

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