化工機(jī)械典型設(shè)備的腐蝕原因及防腐措施

劉 陽(yáng)

（中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300131）

化工機(jī)械腐蝕是普遍存在的現(xiàn)象，腐蝕會(huì)造成設(shè)備破壞、安全事故以及資源浪費(fèi)，本文對(duì)幾種典型化工機(jī)械設(shè)備的腐蝕原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的防護(hù)措施，為化工企業(yè)設(shè)備防腐提供參考。

1 化工機(jī)械典型設(shè)備的腐蝕原因

1.1 生產(chǎn)設(shè)備

化工機(jī)械設(shè)備一般由金屬材料制成，金屬材料的耐腐蝕性取決于它的金屬顆粒大小和顆粒密度，金屬表面越光滑，其耐腐蝕性越強(qiáng)，表面越粗糙，其耐腐蝕性越差。目前大部分化工機(jī)械都是由金屬材料制成，主要以碳素鋼材為主，碳素鋼材雖然鋼度較強(qiáng)、成本較低、能夠進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，但防腐性能較差。

化工機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理也會(huì)造成腐蝕，如果零件之間有結(jié)構(gòu)縫隙、使用元件有設(shè)計(jì)死角，而當(dāng)這些部位在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常接觸腐蝕性物質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生腐蝕問(wèn)題。

加工介質(zhì)也是設(shè)備產(chǎn)生腐蝕的主要影響，例如原油預(yù)處理裝置，原油中硫含量和酸值越高，對(duì)設(shè)備的腐蝕越重。在低溫輕油部位存在H2S-HCl-H2O腐蝕環(huán)境，原油中的鹽類水解會(huì)產(chǎn)生HCl，HCl 處于干態(tài)時(shí)對(duì)金屬無(wú)腐蝕作用，但當(dāng)在冷凝系統(tǒng)溫度降低出現(xiàn)冷凝水滴的時(shí)候，HCl 溶于水生成酸性強(qiáng)腐蝕環(huán)境，同時(shí)原油中的有機(jī)硫化物在煉制反應(yīng)中生成H2S，H2S 溶于水后與金屬鐵發(fā)生反應(yīng)生成硫化鐵和HCl，硫化鐵結(jié)構(gòu)疏松不能阻止進(jìn)一步腐蝕，而生成的HCl 又加強(qiáng)了酸性強(qiáng)腐蝕環(huán)境，從而加劇了設(shè)備的腐蝕。在高溫重油部位，主要是活性硫（以硫化氫為主）直接與金屬反應(yīng)導(dǎo)致的化學(xué)腐蝕。另外存在SO2高溫?zé)煔獾牟课?，還容易發(fā)生硫酸露點(diǎn)腐蝕，此類腐蝕非常嚴(yán)重。

另外，大部分煉化一體化項(xiàng)目中有一類重要的裝置即加氫裝置，其中會(huì)存在氫氣腐蝕，包括：脫碳、氫鼓包、氫脆。脫碳是指鋼材與高溫氫接觸，氫原子滲入鋼材，和不穩(wěn)定碳化物反應(yīng)生產(chǎn)甲烷，使鋼材表面形成脫碳；氫鼓包是在高溫狀態(tài)下氫原子滲入鋼材，溫度降低后氫原子又聚集結(jié)合成氫分子，大量氫分子聚集，體積膨脹、壓力增強(qiáng)從而使鋼材產(chǎn)生鼓包；氫脆與鋼材中的氫含量以及所處部位的應(yīng)力有關(guān)，當(dāng)鋼材中的氫濃度為（6～7）×10-6時(shí)脆性最大，此時(shí)鋼材的延展性降低、抗壓能力減弱，在應(yīng)力作用下可出現(xiàn)裂紋，這些氫致腐蝕損傷對(duì)化工機(jī)械造成極大隱患。

1.2 承壓設(shè)備

承壓設(shè)備可能會(huì)受到應(yīng)力腐蝕，應(yīng)力腐蝕是材料在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)的共同作用下產(chǎn)生的脆性斷裂。所有材料均存在屈服現(xiàn)象，但造成應(yīng)力腐蝕的外加應(yīng)力或殘留應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的屈服強(qiáng)度，因此不可忽視腐蝕介質(zhì)的作用，例如低碳鋼在高濃度氫氧化鈉作用下的堿脆、在硝酸溶液中的硝脆，不銹鋼在高熱高濃度含氯離子溶液中的氯脆，銅合金在氨氣環(huán)境下的氨脆等。

化工機(jī)械中承壓設(shè)備較多，其運(yùn)行過(guò)程中不僅要承受高壓，經(jīng)常還會(huì)伴隨著高溫以及各種混合化學(xué)物質(zhì)，加劇了承壓設(shè)備的腐蝕。具有腐蝕性質(zhì)的化學(xué)液體原料以及在高溫下汽化形成的腐蝕氣體，在設(shè)備金屬表面進(jìn)行作用，很容易造成點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕等，從而導(dǎo)致堿脆、氨脆等現(xiàn)象以表面腐蝕點(diǎn)、腐蝕縫隙為起點(diǎn)，在應(yīng)力作用下，形成整體脆性斷裂。

1.3 儲(chǔ)存設(shè)備

儲(chǔ)存設(shè)施以原油儲(chǔ)罐為例，罐頂內(nèi)部極易受到氣相腐蝕，罐頂內(nèi)部不直接接觸油品，但大量的有害氣體（例如H2S、CO2、O2）和油氣會(huì)聚集在罐頂內(nèi)部下方空間，加之浮盤(pán)與罐壁的摩擦、罐頂內(nèi)部涂層本身有缺陷或破損時(shí)，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的腐蝕。

儲(chǔ)罐內(nèi)壁受到的主要是化學(xué)腐蝕。儲(chǔ)罐內(nèi)壁接觸油品的部位會(huì)受到油品中活性硫的腐蝕，如硫、硫化氫、硫醇等，且在高溫等作業(yè)條件下，各物質(zhì)之間仍會(huì)相互分解、轉(zhuǎn)化對(duì)罐內(nèi)壁造成腐蝕。另外，儲(chǔ)罐內(nèi)壁氣液結(jié)合處，油品中氧濃度低為陰極，油面上氧濃度高為陽(yáng)極，由于液位變化導(dǎo)致氧濃差電池條件下產(chǎn)生腐蝕。

儲(chǔ)罐底板內(nèi)表面是整個(gè)儲(chǔ)罐腐蝕最嚴(yán)重的部位，主要受到電化學(xué)腐蝕。油品在儲(chǔ)罐中靜置一段時(shí)間后會(huì)在底部形成一層水層，從而水層作為電解質(zhì)溶液與儲(chǔ)罐底板金屬接觸產(chǎn)生電極反應(yīng)導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕。在電極反應(yīng)中，儲(chǔ)罐底板金屬材料失去電子被氧化，生成金屬氧化物和金屬離子，而電解質(zhì)溶液中的雜質(zhì)通過(guò)傳遞電子，使得反應(yīng)不斷發(fā)生、腐蝕不斷進(jìn)行。另外，儲(chǔ)罐底板內(nèi)表面還易受到微生物誘發(fā)的腐蝕，如硫酸鹽還原菌等引起的腐蝕。

儲(chǔ)罐外壁直接與大氣接觸，其腐蝕實(shí)質(zhì)屬于電化學(xué)腐蝕。大氣中存在大量的O2，會(huì)對(duì)金屬儲(chǔ)罐外壁產(chǎn)生銹蝕，環(huán)境污染嚴(yán)重的地區(qū)比如有酸雨的地區(qū)和沿海地區(qū)對(duì)于露天儲(chǔ)罐的腐蝕會(huì)更嚴(yán)重一些。

儲(chǔ)罐底板外表面主要為氧濃差電池腐蝕和雜散電流腐蝕。罐底與砂基礎(chǔ)接觸不良，導(dǎo)致罐底氧濃度分布不均，引起氧濃差電池，一般罐底中心部位由于受到油品重量壓力，該處氧濃度較低，從而導(dǎo)致罐底中心部位成為陰極被腐蝕。加之，有雨水、冷凝水、地下水分的存在會(huì)加劇罐底外表面的腐蝕。

1.4 運(yùn)輸設(shè)備

管道輸送的介質(zhì)中大部分存在著一定含量的硫元素，硫元素會(huì)與金屬管道中的鐵元素發(fā)生反應(yīng)，生成硫酸亞鐵化合物，其中的游離酸又會(huì)發(fā)生水解反應(yīng)，從而加劇管道內(nèi)部的腐蝕情況。

大部分管道尤其是長(zhǎng)輸管道都埋在土壤中，因此土壤中的化學(xué)物質(zhì)會(huì)直接與管道發(fā)生化學(xué)反應(yīng)造成腐蝕。同時(shí)，潮濕的土壤中環(huán)境作為電解質(zhì)會(huì)在管道金屬表面形成導(dǎo)通回路，容易產(chǎn)生比較嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕，大部分埋地管道的腐蝕都是電化學(xué)作用。

若發(fā)生地震災(zāi)害或者受到土地表面的超壓沖擊，會(huì)導(dǎo)致管道表面防腐涂層的破裂，甚至導(dǎo)致管道出現(xiàn)裂紋，在涂層和管道的裂紋處會(huì)產(chǎn)生化學(xué)和電化學(xué)腐蝕，加速管道的破壞。另外，其他環(huán)境因素包括降水、植物、微生物等自然因素均能改變管道周圍的環(huán)境，加劇管道的腐蝕。

2 化工機(jī)械典型設(shè)備的防腐措施

2.1 生產(chǎn)設(shè)備

對(duì)于金屬設(shè)備應(yīng)加強(qiáng)腐蝕失效技術(shù)分析，對(duì)脫硫系統(tǒng)、冷凝器等生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常與腐蝕物質(zhì)接觸的設(shè)備定期開(kāi)展檢查。若采用碳鋼等不耐腐蝕的材料很容易受到腐蝕侵害，應(yīng)盡量選用含Cr、Ni、Mo等元素的耐腐蝕材料，或采用表面涂層處理，如碳鋼做表面滲鋁處理、鈦涂層等，對(duì)已經(jīng)受到腐蝕侵害的零件及時(shí)進(jìn)行更換，確?；C(jī)械安全運(yùn)行。

化工機(jī)械在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡量考慮減少縫隙和死角的措施，在制造過(guò)程中應(yīng)盡量利用完整材料進(jìn)行制造，避免出現(xiàn)焊瘤、曜變等缺陷問(wèn)題，另外，可以在設(shè)備零件的連接位置采用新型耐腐蝕性的高分子材料，避免因酸、堿腐蝕物質(zhì)沖刷造成的腐蝕。

加工含硫原油的設(shè)備，可在油品中添加合適型號(hào)的有針對(duì)性的破乳劑，從而使分散于油品中的水滴結(jié)合并利用油水體積質(zhì)量的差別使水滴沉降，將原油脫水。另外還可加注氨水和添加緩蝕劑，加注氨水中和原油中的氯離子變?yōu)椴凰獾腘H3Cl，從而可以減少HCl 的量，同時(shí)注氨還能中和原油中的酸性物質(zhì)和部分硫化物，控制腐蝕；添加緩蝕劑可以在設(shè)備金屬表面與腐蝕物質(zhì)接觸的部位形成保護(hù)膜，抑制金屬與腐蝕物質(zhì)的反應(yīng)，從而避免腐蝕。對(duì)于SO2高溫?zé)煔獾母g，可將排煙溫度提高到煙氣露點(diǎn)以上，從而減緩腐蝕。

加氫裝置在選材上可使用無(wú)夾雜或分層的潔凈鋼，同時(shí)氫脆是可逆的，可通過(guò)加熱脫氫恢復(fù)鋼材的性能，一般是加氫反應(yīng)設(shè)備停工時(shí)，在冷卻到150 ℃之前恒溫一段時(shí)間，脫除鋼材中的溶解氫，可有效防止氫脆的發(fā)生。

另外，針對(duì)化工機(jī)械設(shè)備的防腐工作還有一項(xiàng)重要的環(huán)節(jié)即管理環(huán)節(jié)，完善的管理制度和優(yōu)化的管理模式可以有效預(yù)防設(shè)備腐蝕。其中，完善的管理制度包括機(jī)械設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的體系規(guī)范、落實(shí)具體工作的責(zé)任人和責(zé)任制以及針對(duì)不同設(shè)備特定問(wèn)題的操作規(guī)程；優(yōu)化的管理模式即針對(duì)各種各樣的化工機(jī)械有專門(mén)的腐蝕隱患排查模式，針對(duì)某一化工機(jī)械存在的各種腐蝕問(wèn)題有對(duì)癥的解決方案。

2.2 承壓設(shè)備

承壓設(shè)備在設(shè)計(jì)和制造時(shí)必須嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，首先要根據(jù)使用條件選擇對(duì)生產(chǎn)介質(zhì)敏感性低的耐應(yīng)力腐蝕的設(shè)備材料，其次是在設(shè)計(jì)、制造設(shè)備的過(guò)程中以及生產(chǎn)零件的工藝選擇上盡量消除殘余拉應(yīng)力同時(shí)確保設(shè)備的強(qiáng)度和精密性。

管理方面要提高安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化管理，對(duì)承壓設(shè)備定期檢修，同時(shí)明確設(shè)備的使用環(huán)境和年限，注意零件的使用周期，對(duì)腐蝕嚴(yán)重的部位要定期檢修和更換。

2.3 儲(chǔ)存設(shè)備

對(duì)于儲(chǔ)存介質(zhì)應(yīng)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，從源頭上減少介質(zhì)的含硫量，可有效降低儲(chǔ)存設(shè)備的腐蝕速度和腐蝕程度。

對(duì)于設(shè)備本身可以采用陰極保護(hù)與涂防腐層相結(jié)合的辦法來(lái)控制電化學(xué)腐蝕，包括犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)和外加電流的陰極保護(hù)。在陽(yáng)極材料的選取方面，使用一些石墨、鐵單質(zhì)和鋁等材料，能夠?qū)崿F(xiàn)高效保護(hù)；對(duì)于電流保護(hù)，通過(guò)人工方式增加外接電源提供外加電流，使得金屬材料的電位一直低于外部環(huán)境的電位，從而抑制金屬材料發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，進(jìn)行有效保護(hù)。

在儲(chǔ)罐設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程中采用冗余方式，適當(dāng)增加儲(chǔ)罐易腐蝕部位鋼板的厚度，以延長(zhǎng)腐蝕時(shí)間，但此法經(jīng)濟(jì)造價(jià)高、效果不明顯，一般不予采用。

在防腐管理方面定期排放罐底的積水、雜質(zhì)，定期輪換騰空儲(chǔ)罐并及時(shí)清洗；減少油品的收發(fā)次數(shù)，盡量滿裝以減少儲(chǔ)罐內(nèi)的氣相空間；定期對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行測(cè)厚和缺陷檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行維修和大修。

2.4 運(yùn)輸設(shè)備

針對(duì)管道內(nèi)腐蝕情況，可以采取的防腐措施有：添加緩蝕劑、內(nèi)涂層技術(shù)以及采用復(fù)合管材料，其中采用玻璃內(nèi)襯復(fù)合管防腐效果較強(qiáng)，且能保障鋼管的機(jī)械強(qiáng)度。

外涂層技術(shù)是在管道外表面涂刷防腐涂料，使管道與外部環(huán)境隔絕，利用涂層的耐腐蝕性，阻止環(huán)境對(duì)管道的腐蝕，起到保護(hù)管道的作用。由于目前管道敷設(shè)的環(huán)境復(fù)雜多樣，因此應(yīng)根據(jù)環(huán)境特點(diǎn)選擇合適的、有效的防腐涂層，可以有效的抵抗周圍土壤的腐蝕作用、植物的影響等，具有足夠的穩(wěn)定性、貼合性、硬度、彎曲度和抗沖擊力的能力。

利用電化學(xué)原理對(duì)涂層防腐進(jìn)行補(bǔ)充防護(hù)，利用外加電流的陰極保護(hù)方式給管道輸送直流電，降低管道的電位讓管道得到保護(hù)，達(dá)到防腐目的。

針對(duì)無(wú)法對(duì)腐蝕破壞現(xiàn)象進(jìn)行有效避免的環(huán)節(jié)中，可以采用“設(shè)計(jì)余量”方式，在標(biāo)準(zhǔn)厚度上增加厚度，對(duì)腐蝕問(wèn)題進(jìn)行補(bǔ)償。

3 結(jié) 論

化工機(jī)械設(shè)備的腐蝕一般是由多種腐蝕原因環(huán)環(huán)相扣、共同作用形成的，出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，不僅會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還會(huì)影響設(shè)備的使用壽命，增加生產(chǎn)中的安全隱患。本文通過(guò)分析不同化工機(jī)械設(shè)備的腐蝕原因，了解腐蝕發(fā)生的機(jī)理，提出了不同的化工機(jī)械設(shè)備應(yīng)采取的具有針對(duì)性的防護(hù)措施，從而減緩設(shè)備腐蝕，避免因腐蝕引發(fā)的故障和事故。由于腐蝕原因的多樣性，防腐措施的選取一般也需要多種方法相結(jié)合，因此采取科學(xué)的方法加強(qiáng)化工機(jī)械設(shè)備的防腐工作，方能確?；C(jī)械設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。