化工機械設備腐蝕原因及其防腐措施研究

黃彪

（惠州天鑫石化工程有限公司，廣東 惠州 516086）

0 引言

石油化工設備經(jīng)長期運行之后，容易受到不確定因素影響而出現(xiàn)腐蝕問題。當腐蝕問題表現(xiàn)過于明顯或者嚴重時，可能會出現(xiàn)泄露以及其他問題。如果不及時采取科學合理的防腐措施以及設計方法進行應對處理，就很容易誘發(fā)安全事故問題出現(xiàn)。目前，為進一步提升石油化工設備運行穩(wěn)定性與高效性，石油化工企業(yè)對于石油化工設備防腐問題予以了高度重視。通過采取切實合理的防腐措施，有效增強了石油化工設備防腐運行效能。

1 石油化工設備實施防腐蝕工作的重要性

石油化工設備因所運轉(zhuǎn)的環(huán)境和本身具備的復雜性，常會發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。當設備出現(xiàn)腐蝕問題時，會對設備安全使用與功能產(chǎn)生較大程度的影響，如不采取措施最終設備內(nèi)部被腐蝕至失效，嚴重影響運行。倘若腐蝕問題發(fā)生在壁薄的管道中，在腐蝕作用下會引起滲漏，不加以防范就會殃及到工作人員身體健康，甚至發(fā)生火災或爆炸。所以，石油企業(yè)應重視相關設備防腐工作，采取科學的和行之有效的應對措施，做好應急預案，保證企業(yè)安全生產(chǎn)和企業(yè)經(jīng)濟效益不受到損害，避免出現(xiàn)嚴重事故給社會帶來負面影響。從另外層面出發(fā)，石油化工裝置中如果生產(chǎn)設備出現(xiàn)流失問題必定會破壞設備本身，削減其使用性能及效率，造成嚴重浪費和效率低下。要妥善解決這一問題，就要注重問題成因的分析，探尋有效的問題解決方法及對策，要求在日常工作中結(jié)合以往工作經(jīng)驗及先進的技術理念，建立完善的解決流程，確保設備腐蝕問題得到妥善解決，在實際生產(chǎn)過程發(fā)揮其最大效用，切實維護石油化工企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益。

2 石油化工設備常見腐蝕原因

2.1 設備問題

在實際的化工產(chǎn)品生產(chǎn)和加工階段，應用于生產(chǎn)加工的設備種類非常多，主要有反應設備、換熱設備、加熱設備、儲存設備、儀表設備等，其很大程度上都是由各種金屬構(gòu)成的。而金屬在空氣中長時間暴露，會與空氣中各類物質(zhì)出現(xiàn)氧化反應造成腐蝕的情況，加上化工設備結(jié)構(gòu)非常復雜，導致防腐氧化過程非常復雜和容易變化。同時，如果化工設備存在活潑金屬，在接觸到電解質(zhì)后就會出現(xiàn)電化學反應，造成電化學腐蝕的問題出現(xiàn)。這類腐蝕在預防上難度非常大，一旦出現(xiàn)就會直接對金屬部件產(chǎn)生嚴重影響，不僅會出現(xiàn)部件被損壞問題，還可能會由于物料泄露，造成電氣設備出現(xiàn)短路、溫度無法控制等問題，嚴重的話可能會引發(fā)爆炸事故。

2.2 外部因素

外部影響原因如下：①均勻侵蝕，屬于出現(xiàn)率相對較高的一種，通過化學或者電化學產(chǎn)生，直接造成金屬構(gòu)件外表面出現(xiàn)劣化，若不進行處理，金屬會逐漸失效，其通常是導致化工設備腐蝕的最大因素，但能夠被預測，解決方式也比較簡單，可以被有效預防，屬于比較安全的因素。②局部腐蝕，與上述腐蝕因素有差異，是針對金屬框架的某處，具體表現(xiàn)為3 種情況。首先是點蝕，在金屬結(jié)構(gòu)上有孔洞或者空腔，一般是因為對應范圍內(nèi)的鈍化，引發(fā)點蝕。此范圍轉(zhuǎn)化成陽極，其他金屬結(jié)構(gòu)的部分，會成為陰極，引發(fā)局部的電化學腐蝕，并在不斷惡化中，直接把金屬材料貫穿及失效。該腐蝕因素通常無法精準被檢測到，主要是由于其損壞面積不大，同時還容易被由于腐蝕形成的化合物擋住。其次是縫隙腐蝕，和點蝕相似，出現(xiàn)在某些區(qū)域。此類腐蝕和停滯微環(huán)境存在聯(lián)系。舉例來說，墊圈與夾具附近便容易出現(xiàn)縫隙腐蝕。導致形成該腐蝕現(xiàn)象的原因是：縫隙內(nèi)有酸性情況，或者是氧氣不足。最后是絲狀腐蝕，化工設備的涂層被水侵蝕，從涂層上的相對缺陷開始，逐漸擴散。③電偶腐蝕，在兩類金屬材料同時處于具有腐蝕性的電解質(zhì)內(nèi)，便會引起電偶腐蝕。兩類金屬出現(xiàn)電偶，分別作為陰陽極，其中，扮演“陽極”的一方，被腐蝕的程度更嚴重，反觀陰極受傷害的程度比較輕。而出現(xiàn)此腐蝕現(xiàn)象，要求具備幾項條件，才會引起電化學的腐蝕，即兩類電化學的金屬，金屬為電接觸狀態(tài)，金屬直接在電解質(zhì)中裸露。④環(huán)境裂縫屬于腐蝕反應的過程，是受到化工設備所處環(huán)境條件的綜合影響，原因可能是溫度、應力等。⑤流動輔助腐蝕，在設備金屬部件的表面形成氧化物層，被溶劑破壞后，會引發(fā)此類腐蝕問題，導致直接裸露的構(gòu)件部分，腐蝕及惡化加重。⑥晶間腐蝕，本質(zhì)上屬于化學及電化學腐蝕，形成原因是金屬材料內(nèi)的雜物，一般集中在構(gòu)件邊界區(qū)域。

2.3 石化反應因素

受到生產(chǎn)需求以及生產(chǎn)目標的影響，石油化工產(chǎn)品在生產(chǎn)實踐過程中可能會涉及化學試劑的使用問題。因化學試劑存在明顯腐蝕性問題，在生產(chǎn)過程中可能會引發(fā)一系列化學反應，生成帶有腐蝕性質(zhì)的中間產(chǎn)物。這些產(chǎn)物成分可在空氣擴散作用下影響化工設備表面安全，最終引發(fā)腐蝕問題。

3 化工機械設備防腐措施

3.1 隔離腐蝕介質(zhì)

在實際開展防腐工作過程中，除了采用對應的方法進行修復和處理外，從根本上解決腐蝕問題是非常重要的一個思路，也是效果最好的一種防腐路徑?；谠O備容易被介質(zhì)腐蝕的情況，當前需要采用控制化工介質(zhì)濃度的方式，將腐蝕介質(zhì)與設備之間進行有效隔離。通過改善設備的所處環(huán)境，確保能夠獲得更好的防腐效果。首先，對于石油化工設備來說，需要盡量遠離海水等具備一定腐蝕性的介質(zhì)，如可以通過在設備的表面設置防腐層，將設備自身與海水隔離開來，避免設備長時間受到海水的腐蝕，造成設備的質(zhì)量受到影響。其次，可以適當?shù)膶橘|(zhì)濃度進行控制，通過稀釋等手段，在保證企業(yè)正常運行的基礎上，降低高濃度介質(zhì)長時間腐蝕設備的情況出現(xiàn)。同時，由于石油化工企業(yè)中參與生產(chǎn)的大部分設備或者管道，都會受到腐蝕介質(zhì)的影響，并且介質(zhì)濃度和溫度會時常變化，因此，在選擇防腐措施過程中，需要按照實際情況合理的選擇。如針對一些受到溫度影響溫度升高才會發(fā)生腐蝕的介質(zhì)，在無法控制介質(zhì)的情況下，則需要將重點放在設備自身的隔離措施上，如涂隔離層等。

3.2 在設備環(huán)境中加入緩蝕劑

若石油化工設備的工作環(huán)境為腐蝕環(huán)境，企業(yè)可以通過在環(huán)境內(nèi)加入少量緩蝕劑以達到設備抗腐蝕的效果，目前，比較常見的緩蝕劑主要分為三類：無機緩蝕劑、有機緩蝕劑與氣相緩蝕劑。其中無機緩蝕劑又被稱為陽極型緩蝕劑，它包括促進陽極鈍化的氧化劑或陽極成膜劑，通過作用于陽極區(qū)域促進其極化而生成保護膜，其優(yōu)點顯而易見，但若用量不足，保護膜的覆蓋便不盡全面，且缺陷面積較小，容易造成設備穿孔。有機緩蝕劑能夠吸附在設備基體表面產(chǎn)生不可視膜，有效阻止陰極與陽極反應，以此實現(xiàn)抗腐蝕，但相應地，這種不可視膜優(yōu)勢也可能會阻抑需要的反應，如酸洗時導致去膜速度過緩等。氣相緩蝕劑的揮發(fā)性較強，可以用來保護處于貯藏狀態(tài)下的金屬設備零件，它能夠被水解成基團吸附于設備基體表面，以此達到降低腐蝕速度的效果。相較其余方法，緩蝕劑的使用效果并不算太好，只能夠在一定程度上降低腐蝕速度，但若使用得當，也能夠大幅度增強石油化工設備的抗腐蝕性，達到防患于未然的效果。在實際使用緩蝕劑時，石油化工企業(yè)應當依據(jù)實際狀況對緩蝕劑的類型做出選擇，從安全環(huán)保性考量，保證緩蝕劑的緩蝕機理與生產(chǎn)過程不存在沖突[1]。

3.3 己二酸生產(chǎn)中硝酸腐蝕防護

在己二酸生產(chǎn)中，硝酸腐蝕是最主要的問題。這一方面的防腐工作，主要是針對硝酸生產(chǎn)車間環(huán)境、金屬構(gòu)件、硝酸設備以及管材等的腐蝕進行防腐設置。首先是從耐強腐蝕酸性介質(zhì)要求出發(fā)，對耐腐材料以及防腐方案進行合理的確定，進而保證能夠滿足不同腐蝕環(huán)境下的防護要求。可以使用改性乙烯基酯系列的防腐材料，生產(chǎn)車間在處理了地面、橫梁、立柱等表面后，使用改性乙烯基酯玻璃鋼作為防腐隔離層，同時使用改性乙烯基酯耐酸防腐砂漿找平，面層使用這一類的膠泥粘接耐酸鑄石板形成隔離防護。對于金屬構(gòu)件，打磨處理其基體表面，然后使用乙烯基酯滲透底漆進行封閉，再刷二道防腐中間漆。另外，有關硝酸設備以及管線腐蝕問題的防護，可以結(jié)合腐蝕情況變化曲線對金屬材料進行合理的選擇，比如稀硝酸可以使用白鋼304L 材質(zhì)，濃硝酸可以使用純鋁材質(zhì)。然而，在實際生產(chǎn)中，工藝的介質(zhì)條件復雜性較高，且硝酸的濃度具有較大變化，耐腐蝕材料，會存在非耐腐蝕區(qū)濃度介質(zhì)，生產(chǎn)中設備以及管線也會出現(xiàn)不同的腐蝕現(xiàn)象。因此，依照現(xiàn)階段生產(chǎn)中硝酸腐蝕的現(xiàn)況以及生產(chǎn)防護需求，硝酸生產(chǎn)以及儲運設施需要進行良好的監(jiān)測，實施科學化的管理[2]。

3.4 整合設備安裝要點，強化環(huán)境腐蝕控制

石油化工機械設備性能的提升對安裝環(huán)節(jié)有著一定的影響，因而需要做好設備安裝內(nèi)容要點整合，使安裝過程順利化。在進行設備施工防腐蝕作業(yè)中以及完善防腐蝕作業(yè)時，可以通過減少縫隙腐蝕來降低對石油化工設備所產(chǎn)生的不良影響，避免出現(xiàn)跑冒滴漏等問題。在安裝中技術人員應全程監(jiān)督，保證石油化工設備安裝不出現(xiàn)誤差，避免增加腐蝕概率。針對存在嚴重腐蝕區(qū)域需要利用金屬材質(zhì)進行修補與修復，必須根據(jù)金屬類別采取適應的手段，避免因金屬之間發(fā)生電化學腐蝕。同時可根據(jù)實際情況配置冷卻或干燥設備，確保能夠?qū)⒖諝鉂穸燃皽囟鹊玫骄珳士刂?，有效防控石油化工設備環(huán)境腐蝕問題[3]。

3.5 合理制定方案工藝

在化工機械前期設計及制作期間，如果設備結(jié)構(gòu)不合理，同樣會導致機械發(fā)生腐蝕。如果要提高化工機械自身的耐腐蝕水平，應當注重設計方案及相應制造技術，提高化工設備的可用性、穩(wěn)定性。一方面，機械結(jié)構(gòu)設計與制造時，外觀造型應當盡可能簡單，以避免增加機械中溶液及灰塵等物質(zhì)的沉積量。如果有諸多溶液及灰塵進入機械內(nèi)部，難以及時發(fā)現(xiàn)，不能及時清理出去，便容易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。此外，要讓同一個設備及構(gòu)件，運用同一種材料制作，并強調(diào)焊接處理的效果。同時，為避免出現(xiàn)縫隙，要仔細檢查各連接處的質(zhì)量。另一方面，適當留出腐蝕空間。在化工行業(yè)中，腐蝕問題是極為常見的，如果化工設備遭到腐蝕，對應內(nèi)壁會變薄。所以，在機械設計時，不僅要滿足生產(chǎn)技術和機械強度標準，還應適當留出空間?；ぴO備面對的大部分腐蝕，均無法精準預測，所以留出空間，有助于延長機械使用年限。相關企業(yè)應當在生產(chǎn)工藝與配套的相關工作機制方面，加大落實力度，從管理層面預防發(fā)生嚴重的腐蝕情況。同時，優(yōu)化運行維護的方式。對于需要長期運行的化工設備，其面對的腐蝕問題是隨著機械的工作狀態(tài)進行的，對此，便需要運維行為可以保持基本的連貫性。在實際防腐中，相關公司要結(jié)合機組實際的運轉(zhuǎn)狀況，總結(jié)可能出現(xiàn)的腐蝕問題，以確定預防處理方案[4]。

3.6 鍍刷防腐鍍層或涂料

①微量元素的使用。在鋼中加入銅、鉻、鎳等微量元素能夠令鋼表面生產(chǎn)致密性與附著性強的保護膜，這種保護膜能夠在一定程度上阻礙腐蝕的擴散，以此實現(xiàn)對設備材料基體的保護。②在金屬設備的表層鍍金屬層以增強抗腐蝕性。目前，比較新穎且有效的鍍種是鈦，在真空鈦金爐內(nèi)，借用惰性氣體的輝光放電使金屬或合金蒸氣離子化，離子經(jīng)電場加速而沉積帶負電荷的金屬部件，經(jīng)過在設備表面鍍鈦層，設備的抗高溫、抗高壓、抗腐蝕能力均會得到大幅度增強，但是，鍍鈦工藝目前剛出現(xiàn)不久，其成本仍然相對較高，因此為了保證經(jīng)濟效益，石油化工企業(yè)可以選擇鍍鉻，鍍鉻能夠有效增強石油化工設備的耐腐蝕性與耐磨性、恢復設備已經(jīng)被磨損的金屬部件的尺寸，同時其經(jīng)濟性遠遠好過鍍鈦[5]。

4 結(jié)語

綜上所述，石油化工設備是化工企業(yè)非常重要的組成部分，其質(zhì)量和效率能夠直接影響到企業(yè)的效益。針對當前腐蝕問題比較嚴重的現(xiàn)狀，為了能夠更好的落實防腐工作，需要在明確造成設備腐蝕的主要原因基礎上，通過隔離腐蝕介質(zhì)、合理選擇設備、做好技術管理等措施，將防腐工作準確的落實在實際中，以此保證能夠在獲得較好抗腐蝕效果的基礎上，避免化工物質(zhì)泄漏造成環(huán)境污染、為生產(chǎn)帶來安全隱患等問題出現(xiàn)，保證生產(chǎn)安全性的基礎上，能夠為企業(yè)實現(xiàn)效益最大化提供一定支持。