化工機(jī)械設(shè)備腐蝕原因及其防腐措施研究

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（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司化工廠 山西 037000）

近些年，化工領(lǐng)域機(jī)械化生產(chǎn)程度不斷加深，大量機(jī)械設(shè)備被化工公司使用，機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)直接關(guān)系到生產(chǎn)成果的質(zhì)量。但化工設(shè)備在運(yùn)行中依舊承受著腐蝕的困擾，這會(huì)提高相關(guān)公司的運(yùn)營(yíng)代價(jià)。所以，應(yīng)當(dāng)對(duì)防腐問題投入較多的關(guān)注。

1.化工機(jī)械腐蝕類型

以淺層次的視角來說，腐蝕是因?yàn)椴牧霞碍h(huán)境之間，形成化學(xué)及電化學(xué)，導(dǎo)致材料原本的功能出現(xiàn)差異化的損傷。而化工機(jī)械出現(xiàn)腐蝕問題后，在表面光澤度、外形與機(jī)械性等方面，都會(huì)產(chǎn)生不良影響，繼而導(dǎo)致其失效，并使化工生產(chǎn)期間，部分能源及資源出現(xiàn)不必要的消耗，提高化工廠的運(yùn)營(yíng)成本。所以，主動(dòng)運(yùn)用針對(duì)性的防腐技術(shù)，可提升化工機(jī)械自身的防腐水平，這是推動(dòng)現(xiàn)代化工行業(yè)的重點(diǎn)研究問題。根據(jù)材料類型劃分，可分成金屬與非金屬兩類，其中金屬腐蝕根據(jù)形成機(jī)理，又分成物理、化學(xué)及電化學(xué)；根據(jù)腐蝕表面的狀態(tài)，可分成全面與局部?jī)煞N腐蝕，其中局部腐蝕包括小孔、應(yīng)力、電偶等。下面例舉其中幾個(gè)類型，進(jìn)行分析。

首先是電化學(xué)類的腐蝕，其是金屬和電解質(zhì)溶液之間，形成電化學(xué)的反應(yīng)。化工設(shè)備通常是金屬材質(zhì)，正常生產(chǎn)期間，會(huì)和電解質(zhì)溶體有所接觸，隨即受到電極影響，使得金屬材料發(fā)生腐蝕。同時(shí)，在化工行業(yè)中比較復(fù)雜的生產(chǎn)條件中，還會(huì)面臨氧化還原反應(yīng)。該類電化學(xué)腐蝕對(duì)機(jī)械設(shè)備，有巨大的威脅。其次是化學(xué)腐蝕，通過金屬和非電解質(zhì)之間，形成化學(xué)反應(yīng)，整個(gè)腐蝕過程完全屬于純氧化的還原反應(yīng)，通過腐蝕介質(zhì)和金屬構(gòu)件的表層原子，相互接觸，產(chǎn)生腐蝕物。在反應(yīng)過程中，沒有電流出現(xiàn)。在生產(chǎn)期間，有些原料本身存在腐蝕性，與設(shè)備上的金屬構(gòu)件接觸，出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，直接在構(gòu)件表面形成氧化物，此類氧化物一旦出現(xiàn)，會(huì)給化工設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)性能造成嚴(yán)重的影響。化學(xué)腐蝕大多集中于高溫干燥的生產(chǎn)條件中，無需依托其他物質(zhì)，便能引發(fā)腐蝕問題。再次，出現(xiàn)在化工設(shè)備上還有點(diǎn)狀、應(yīng)力、縫隙、高溫氧化、疲勞等類型的腐蝕。根據(jù)化工設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用情況，電化學(xué)腐蝕是相對(duì)嚴(yán)重的一項(xiàng)，但不管是何種腐蝕，均會(huì)引發(fā)電化學(xué)腐蝕。最后，物理腐蝕，材料是直接受到物理作用，發(fā)生腐蝕，通常是因?yàn)槿芙馀c滲透造成的。

2.化工設(shè)備出現(xiàn)腐蝕的原因

(1)內(nèi)在因素

在化工設(shè)備上，和其它材質(zhì)相比，金屬構(gòu)件自身防腐水平偏低，而且和金屬晶粒粗細(xì)情況有關(guān)，對(duì)于晶粒比較粗的金屬，其防腐水平更差。但化工設(shè)備構(gòu)成材料大多是金屬，比較容易被腐蝕。另外，在開展生產(chǎn)活動(dòng)中，用到的原料及設(shè)備裝載的溶液，也會(huì)給金屬構(gòu)件帶來較大的破壞力。同時(shí)，化工設(shè)備部件抗腐蝕性能和表層粗糙程度基本上為正相關(guān)，所以相關(guān)廠家在表層粗糙度上有一定要求，或者在部件上的鍍層，要滿足日常防腐蝕的標(biāo)準(zhǔn)。此外，化工設(shè)備結(jié)構(gòu)分布比較集中的位置，容易形成應(yīng)力腐蝕，增加被腐蝕的速率。

(2)外部因素

①均勻侵蝕，屬于出現(xiàn)率相對(duì)較高的一種，通過化學(xué)或者電化學(xué)產(chǎn)生，直接造成金屬構(gòu)件外表面出現(xiàn)劣化，若不進(jìn)行處理，金屬會(huì)逐漸失效，其通常是導(dǎo)致化工設(shè)備腐蝕的最大因素，但能夠被預(yù)測(cè)，解決方式也比較簡(jiǎn)單，可以被有效預(yù)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(duì)金屬框架的某處，具體表現(xiàn)出三種情況。首先是點(diǎn)蝕，在金屬結(jié)構(gòu)上有孔洞或者空腔，一般是因?yàn)閷?duì)應(yīng)范圍內(nèi)的鈍化，引發(fā)點(diǎn)蝕。此范圍轉(zhuǎn)化成陽(yáng)極，其他金屬結(jié)構(gòu)的部分，會(huì)成為陰極，引發(fā)局部的電化學(xué)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(zhǔn)被檢測(cè)到，主要是由于其損壞面積不大，同時(shí)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(diǎn)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(dǎo)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(shè)備的涂層被水侵蝕，從涂層上的相對(duì)缺陷開始，逐漸擴(kuò)散[1]。

③電偶腐蝕，在兩類金屬材料同時(shí)處于具有腐蝕性的電解質(zhì)內(nèi)，便會(huì)引起電偶腐蝕。兩類金屬出現(xiàn)電偶，分別作為陰陽(yáng)極，其中，扮演“陽(yáng)極”的一方，被腐蝕的程度更嚴(yán)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(xiàng)條件，才會(huì)引起電化學(xué)的腐蝕，即兩類電化學(xué)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(yīng)的過程，是受到化工設(shè)備所處環(huán)境條件的綜合影響，原因可能是溫度、應(yīng)力等。

⑤流動(dòng)輔助腐蝕，在設(shè)備金屬部件的表面形成氧化物層，被溶劑破壞后，會(huì)引發(fā)此類腐蝕問題，導(dǎo)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(xué)及電化學(xué)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。

3.化工設(shè)備的常規(guī)防腐方法

在化工行業(yè)中，應(yīng)用到的工藝技術(shù)是比較復(fù)雜的，而且生產(chǎn)鏈也偏長(zhǎng)，涉及到的原料也有較高的危險(xiǎn)性及一定的腐蝕性，會(huì)導(dǎo)致機(jī)械、管道、閥門等被腐蝕失效，增加日常運(yùn)轉(zhuǎn)的故障率，對(duì)于公司的平穩(wěn)生產(chǎn)有著不良影響。所以說，構(gòu)建切實(shí)可行、全面的防腐蝕方案，是保障機(jī)械正常應(yīng)用的重點(diǎn)。

(1)合理運(yùn)用防腐材料

現(xiàn)有的防腐材料主要有三類，首先是油脂，制作簡(jiǎn)單，費(fèi)用少，能在一定范圍內(nèi)推廣。但同時(shí)其性能缺陷也比較突出，在耐水及抗酸方面，表現(xiàn)并不好。所以，僅能用在普通條件的空間中，對(duì)于化工廠內(nèi)部的機(jī)械，應(yīng)當(dāng)另尋其他材料。其次是生漆，其比較堅(jiān)韌，和油脂相比，在水與油方面，有更佳的應(yīng)用表現(xiàn)。但鑒于其帶有毒性，如果長(zhǎng)時(shí)間與之接觸，會(huì)對(duì)人體造成傷害。因此，對(duì)于這類材料應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎選擇，通常用在長(zhǎng)期停機(jī)，不會(huì)經(jīng)常用到的設(shè)備上。最后，樹脂材料，其在耐腐蝕性上的表現(xiàn)較好，對(duì)酸、熱以及水等都有防護(hù)作用，還具有電絕緣性能，同時(shí)，不會(huì)對(duì)人體造成明顯的損傷。但實(shí)際應(yīng)用中，前期處理工序較多，而且需要等待較長(zhǎng)的時(shí)間。而若想在源頭處控制發(fā)生腐蝕事件的風(fēng)險(xiǎn)，需優(yōu)化換熱裝置本身的設(shè)計(jì)、制造，降低常規(guī)碳鋼的應(yīng)用量，盡可能應(yīng)用抗腐蝕水平較高的材質(zhì)，比如超低碳不銹鋼。但以經(jīng)濟(jì)的角度來看，具有耐腐蝕性的金屬，造價(jià)勢(shì)必會(huì)更高。所以，實(shí)際應(yīng)用中，要結(jié)合其他防腐蝕方法，與經(jīng)濟(jì)性、便利性等問題，確定是否應(yīng)用或者使用量。

(2)合理制定方案工藝

在化工機(jī)械前期設(shè)計(jì)及制作期間，如果設(shè)備結(jié)構(gòu)不合理，同樣會(huì)導(dǎo)致機(jī)械發(fā)生腐蝕。如果要提高化工機(jī)械自身的耐腐蝕水平，應(yīng)當(dāng)注重設(shè)計(jì)方案及相應(yīng)制造技術(shù)，提高化工設(shè)備的可用性、穩(wěn)定性。一方面，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造時(shí)，外觀造型應(yīng)當(dāng)盡可能簡(jiǎn)單，以避免增加機(jī)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(jìn)入到機(jī)械內(nèi)部，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，不能及時(shí)清理出去，便容易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。此外，要讓同一個(gè)設(shè)備及構(gòu)件，運(yùn)用同一種材料制作，并強(qiáng)調(diào)焊接處理的效果。同時(shí)，為避免出現(xiàn)縫隙，要仔細(xì)檢查各連接處的質(zhì)量。另一方面，適當(dāng)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(shè)備遭到腐蝕，對(duì)應(yīng)內(nèi)壁會(huì)變薄。所以，在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要滿足生產(chǎn)技術(shù)和機(jī)械強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)適當(dāng)留出空間?；ぴO(shè)備面對(duì)的大部分腐蝕，均無法精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，所以留出空間，有助于延長(zhǎng)機(jī)械使用年限。相關(guān)企業(yè)應(yīng)當(dāng)在生產(chǎn)工藝與配套的相關(guān)工作機(jī)制方面，加大落實(shí)力度，從管理層面預(yù)防發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕情況。同時(shí)，優(yōu)化運(yùn)行維護(hù)的方式。對(duì)于需要長(zhǎng)期運(yùn)行的化工設(shè)備，其面對(duì)的腐蝕問題是隨著機(jī)械的工作狀態(tài)進(jìn)行的，對(duì)此，便需要運(yùn)維行為可以保持基本的連貫性。在實(shí)際防腐中，相關(guān)公司要結(jié)合機(jī)組實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，總結(jié)可能出現(xiàn)的腐蝕問題，以確定預(yù)防處理方案。

(3)合理開展腐蝕監(jiān)測(cè)

化工設(shè)備經(jīng)過有效的前期處理與合理應(yīng)用，相關(guān)化工廠還需注意日常監(jiān)測(cè)的問題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械的腐蝕現(xiàn)象，并實(shí)施針對(duì)性防腐處理。根據(jù)化工設(shè)備的實(shí)際使用功能，可通過定時(shí)周期檢查，安排專人負(fù)責(zé)對(duì)容易受到腐蝕的區(qū)域，實(shí)施仔細(xì)檢查與修理。近年來，相關(guān)領(lǐng)域?qū)C(jī)械使用與檢查的實(shí)踐探索，形成了比較符合化工機(jī)械長(zhǎng)時(shí)間工作的檢查計(jì)劃，在原有檢查方案基礎(chǔ)上，以三年為節(jié)點(diǎn)，相關(guān)企業(yè)可邀請(qǐng)專業(yè)檢測(cè)人員，按照標(biāo)準(zhǔn)化的檢測(cè)方式，全面評(píng)估化工機(jī)械整體及其內(nèi)部構(gòu)件，生成專業(yè)化的報(bào)告結(jié)果，并采取針對(duì)性的整改處理。而對(duì)于部分化工設(shè)備，針對(duì)化工機(jī)械的腐蝕問題，可通過對(duì)重要位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以達(dá)到防護(hù)的效果，一般監(jiān)測(cè)是防磨防爆與金屬材質(zhì)的監(jiān)督。借助對(duì)金屬材質(zhì)的全面檢測(cè)，在現(xiàn)場(chǎng)通過無損檢測(cè)方法，獲得所需資料，并設(shè)置專門的信息檔案，保障化工機(jī)械系統(tǒng)始終在比較健康的狀態(tài)下工作。

(4)機(jī)械設(shè)計(jì)防腐要點(diǎn)

在化工機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，應(yīng)注重實(shí)際的防腐處理要點(diǎn)。一方面，設(shè)備結(jié)構(gòu)，機(jī)械自身的抗腐蝕水平，應(yīng)當(dāng)是在前期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中便考慮的問題，設(shè)備結(jié)構(gòu)對(duì)于機(jī)械整體的抗腐蝕能力有重要影響，但實(shí)際運(yùn)行中，通常會(huì)被設(shè)計(jì)人員忽略。相較而言，設(shè)計(jì)人員更重視提高化工裝置應(yīng)用的便利性，強(qiáng)調(diào)安設(shè)快捷，這使得由機(jī)械結(jié)構(gòu)引發(fā)的腐蝕情況，不能被提前預(yù)防，造成應(yīng)用安全風(fēng)險(xiǎn)。例如，化工機(jī)械因?yàn)樵O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理，在其縫隙與死角位置，出現(xiàn)殘余液體與固體物，在不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)與處理的情況下，會(huì)導(dǎo)致機(jī)械的相應(yīng)位置，長(zhǎng)期處于化學(xué)介質(zhì)中，并且濃度會(huì)不斷提高，引發(fā)腐蝕的問題。而為防止出現(xiàn)相關(guān)腐蝕問題，需在設(shè)計(jì)期間，盡可能不讓設(shè)備形成死角，預(yù)防接縫位置形成余液。另外，對(duì)比設(shè)計(jì)及裝設(shè)方案時(shí)，需盡可能進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，讓化工機(jī)械更具經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性。因此，在設(shè)計(jì)中，要注重機(jī)械性能，以此為前提，分析安設(shè)及應(yīng)用的便利性。

另一方面，介質(zhì)分析?；C(jī)械設(shè)計(jì)人員，需準(zhǔn)確掌握化工機(jī)械所在工作空間的環(huán)境條件，分析溶液與氣體等介質(zhì)的實(shí)際成分及濃度、溫度、相對(duì)濕度等。倘若機(jī)械設(shè)計(jì)者對(duì)設(shè)備最終應(yīng)用空間和承載的物質(zhì)等沒有明確的認(rèn)識(shí)，則難以確保設(shè)計(jì)成果具有較好的抗腐蝕能力以及運(yùn)行品質(zhì)。

(5)電化學(xué)的保護(hù)方式

電化學(xué)保護(hù)為借助機(jī)械的外部電流，讓金屬或者是合金構(gòu)建的腐蝕電位，被有效調(diào)整，以控制實(shí)際的腐蝕速度。而且該種防腐方法，也受到相關(guān)企業(yè)、領(lǐng)域人員較多的關(guān)注。當(dāng)前可用的電化學(xué)保護(hù)方式中，可分成陰極與陽(yáng)極兩類。目前大多數(shù)化工廠，會(huì)選擇陰極保護(hù)方式。此項(xiàng)措施是把電極電位往負(fù)方向調(diào)整，以免機(jī)械的金屬材料位于腐蝕條件下，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)陽(yáng)極腐蝕的風(fēng)控處理，實(shí)際操作方式有額外增加電流以及放棄陽(yáng)極兩種。其中后者在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)比較常見，操作難度低，便于管控，而且不會(huì)給周圍機(jī)械造成任何影響，涉及到的材料包括鎂合金及鋅合金等。陽(yáng)極保護(hù)中，把被防護(hù)的金屬部件和額外設(shè)置的直流電源正極，進(jìn)行穩(wěn)定連接。電解質(zhì)溶液內(nèi)，讓金屬部件的陽(yáng)極，處于既定電位上，以構(gòu)成比較平穩(wěn)的狀態(tài)，使得陽(yáng)極溶解被全面抑制，控制腐蝕現(xiàn)象發(fā)生的速率，讓化工設(shè)備受到全方位保護(hù)。而對(duì)于未發(fā)生飩化現(xiàn)象的金屬部件，不可選擇陽(yáng)極保護(hù)。一般運(yùn)用在以下幾種情況中：硫酸類加工活動(dòng)中，擁有結(jié)構(gòu)物，比如碳鋼儲(chǔ)槽；氨水與銨鹽溶液，如碳化塔。總的來說，對(duì)于強(qiáng)氧化類的介質(zhì)，應(yīng)當(dāng)先運(yùn)用陽(yáng)極保護(hù)。而在選擇陽(yáng)極保護(hù)或者陰極保護(hù)時(shí)，實(shí)際防腐差別不大的情形下，需盡量選擇陰極保護(hù)。

(6)緩蝕劑的實(shí)際應(yīng)用

對(duì)于部分化工機(jī)械的腐蝕問題，可應(yīng)用化學(xué)緩蝕劑，該化學(xué)試劑能減緩腐蝕現(xiàn)象，而且經(jīng)過實(shí)踐應(yīng)用嘗試，確實(shí)滿足化工生產(chǎn)的需要。同時(shí)，此防護(hù)方法的操作難度與造價(jià)等均比較低，但其只能用在閉合機(jī)械中，存在應(yīng)用局限性。緩蝕劑，屬于一個(gè)可以在濃度極低的情況下，也可以讓處于腐蝕類介質(zhì)里的金屬構(gòu)件，腐蝕速度大幅度下降的物質(zhì)，其可能是某種化合物，或者是由多種化合物構(gòu)成的復(fù)合類試劑。在化工生產(chǎn)中，緩蝕劑一般會(huì)用在冷卻水系統(tǒng)及化學(xué)清洗類的腐蝕中，也有部分會(huì)用在生產(chǎn)期間，涉及到技術(shù)性防腐。其中，冷卻水系統(tǒng)下，化工生產(chǎn)用水量較多，同時(shí)還涉及到在水體中溶入較多的溶解氧，由此產(chǎn)生腐蝕問題。再加上，腐蝕會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)下降，不得不產(chǎn)生額外的水體消耗，由此可見，利用緩蝕劑進(jìn)行化工設(shè)備的防腐處理，是極具效益性的。在化學(xué)清洗中，運(yùn)用緩蝕劑，可預(yù)防由此產(chǎn)生的設(shè)備腐蝕問題。而所謂的化學(xué)清理，是指針對(duì)化工機(jī)械表面可能會(huì)形成的污垢，借助化學(xué)的方式進(jìn)行清理，讓設(shè)備盡可能恢復(fù)至最初的狀態(tài)。

(7)其他防腐處理方法

除上述常見的防腐措施外，相關(guān)企業(yè)還應(yīng)注重在源頭處實(shí)施防控。具體來說，其一，清理生產(chǎn)環(huán)境中的腐蝕介質(zhì)，比如通過脫氧劑，解決氧氣。通過全面清洗，去除腐蝕部分。相關(guān)公司要運(yùn)用好停車年檢的契機(jī)，可選擇高壓水槍及超聲等方法，沖洗容易沉積結(jié)垢的部分。假設(shè)不能進(jìn)行停車處理，也能選擇在線的清理方式，最終要盡可能地清理掉各種腐蝕風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，以延長(zhǎng)換熱裝置的使用年限。其二，針對(duì)材料表層，實(shí)施防腐舉措，比如硫酸鹽等防腐劑，注意控制好劑量。一般的碳鋼材料換熱裝置，應(yīng)用抗腐蝕的涂料，既能提升管束自身的性能，又能將碳鋼材料和循環(huán)水分離開，以減少沉積和積垢的情況，提高裝置耐腐蝕水平與換熱運(yùn)行效率。此外，還有異種鍍層防腐，其是針對(duì)金屬材料，實(shí)施的防腐方式。比較典型的為化學(xué)鍍鎳磷，借助相應(yīng)還原劑，讓溶液內(nèi)鎳離子，可以有選擇地還原析出，繼而構(gòu)成金屬鍍層。此類防腐方法擁有較高的抗腐蝕強(qiáng)度，同時(shí)，在耐磨性、防結(jié)垢及導(dǎo)熱等方面，都有較好的表現(xiàn)。其三，管控潮濕及空氣等，以全方位防護(hù)機(jī)械腐蝕，并省去部分設(shè)備運(yùn)維費(fèi)用[2]。

4.結(jié)束語(yǔ)

總之，機(jī)械設(shè)備的腐蝕現(xiàn)象，無疑是制約化工企業(yè)長(zhǎng)效發(fā)展的重點(diǎn)。對(duì)此，相關(guān)企業(yè)應(yīng)當(dāng)基于廠內(nèi)現(xiàn)有的機(jī)械配置與搭配的工藝，歸納容易形成的腐蝕介質(zhì)，積極采取預(yù)防處理，并注重定期檢查清理。對(duì)于不同的化工設(shè)備，應(yīng)當(dāng)選擇更貼合的防腐方法?，F(xiàn)階段，化工領(lǐng)域的經(jīng)營(yíng)主體，需提高研究強(qiáng)度，盡可能在源頭處切斷，避免設(shè)備與各類腐蝕因素接觸。