淺析化工機械設備及管線腐蝕管理與維護

羅江

（陜西陜化煤化工集團有限公司，陜西 渭南 714100）

化工機械設備在運行過程中，與含有酸堿鹽的溶液、水、大氣等介質接觸，發(fā)生電化學或化學反應，進而產生腐蝕作用。腐蝕會導致機械設備及管線尺寸、形狀變化，或發(fā)生結構破壞。在當前的化工生產中，這種腐蝕現象十分常見，對化工生產的進行有不利影響。如果機械設備及管線發(fā)生腐蝕，將會無法正常運行，同時設備壽命明顯縮短，還可能造成設備及管線的跑冒滴漏問題。在嚴重的情況下，還有可能引起爆炸事故，造成人員財產損失和環(huán)境污染。所以，加強化工機械設備及管線的腐蝕管理與維護，具有很大的必要性。

1 化工機械設備及管線腐蝕的類型

1.1 化學腐蝕

在化工生產過程中，一般會涉及較多的腐蝕性化學原料。當這些化學物質接觸到機械設備金屬表面后，就可能發(fā)生化學反應，產生金屬氧化物，進而對金屬表面造成破壞。化學腐蝕的產生，通常是腐蝕性化學介質和金屬在干燥、高溫的環(huán)境下，直接發(fā)生反應。

1.2 電化學腐蝕

電化學腐蝕的發(fā)生環(huán)境，一般都是比較潮濕的，因此，這種反應也屬于氧化還原反應的本質。當化工機械設備及管線的金屬材料部分與電解質溶液發(fā)生接觸，就會產生電極反應，進而造成腐蝕。電化學腐蝕也是發(fā)生頻率最高，同時對機械設備性能產生最大影響的腐蝕類型。

1.3 其他類型腐蝕

除了上述兩種常見的腐蝕類型外，還可按照設備類型自身差異、設備受到腐蝕的不同原因等進行劃分。例如，可以分為點狀腐蝕、晶間腐蝕、焊接應力腐蝕等。

2 化工機械設備及管線腐蝕的原因

2.1 內在原因

金屬的防腐能力與化工機械設備及管線腐蝕有著很大的關系。大多數化工機械設備及管線都是以機械構件組成，而金屬材料自身的防腐能力，與其內部晶粒粗細程度成反比關系。如果機械擁有越大的晶粒密度，則其防腐能力就會越低。所以，現代化工機械設備及管線中，如果構成的金屬部件為粗晶粒，其就不會具有足夠的防腐能力，因而更容易發(fā)生腐蝕現象。例如，很多化工機械設備及管線材料是鑄鐵類，相比不銹鋼材料，就會更容易產生腐蝕。不同的溶液與腐蝕的發(fā)生也有關系。在化工機械設備運行中，接觸不同的溶液和介質，其中很多溶液都有腐蝕性。當化工機械設備及管線材料防腐能力不足，就會發(fā)生腐蝕。此外，機械設備零件表面粗糙程度，也會影響腐蝕現象。零件是化工機械設備最常出現腐蝕的位置，在發(fā)生腐蝕后將會影響整個設備的質量及性能。而零部件中腐蝕現象的發(fā)生，一般是與表面粗糙程度有關。如果零件表面粗糙程度越高，就越容易發(fā)生腐蝕。

2.2 外在原因

化工機械設備在運行過程中，接觸到的腐蝕性物質類型較多，都可能對設備及管線造成腐蝕。腐蝕從本質上看屬于化學現象，如果化工生產中介質溫度較高，就會出現更強烈的腐蝕作用。介質具體流速也會對腐蝕速度及程度產生影響，隨著速度的加快，腐蝕嚴重程度也會加深。在化工機械設備長期運行過程中，由于零部件旋轉產生剪力，容易引起扭曲，導致電位下降，進而發(fā)生電池腐蝕的情況。從化工機械設備管理經驗中能夠看出，工作人員必須注重對設備及管線的維護。如果沒有對化工機械設備應用良好的防腐措施，設備在使用過程中就比較容易出現腐蝕。如果機械設備已經有部分腐蝕現象發(fā)生，而沒有及時采取措施進行處理，可能導致腐蝕繼續(xù)蔓延和加重。此外，還要對化工機械設備及管線的所處環(huán)境進行分析，例如，在海洋環(huán)境中使用的化工機械設備，由于受到海水的侵蝕，其中的海洋生物、流速、酸堿性、溫度、溶解氧、含鹽量等，與設備及管線的腐蝕都有關系，都會造成腐蝕速度加快和程度加深。另外，海洋中微生物還會產生較多的二氧化碳及硫化氫，對設備及管線腐蝕也有影響。

3 化工機械設備及管線腐蝕的管理維護

3.1 合理選擇設備材料

以往很多化工機械設備及管線都是以普通碳素結構鋼為主要材料，其成本比較低，具有廣泛的來源，加工方便，力學性能優(yōu)良，所以應用廣泛。在常規(guī)工作環(huán)境中，使用這類材料基本可以滿足要求，不會發(fā)生明顯的腐蝕。但是，在化工行業(yè)中，由于經常接觸高濃度腐蝕性介質，所以其耐腐蝕性能不足，就會發(fā)生嚴重的腐蝕破壞現象。所以，應當合理地選擇設備材料，盡量選擇耐腐蝕性強的金屬材料。在材料選擇中，要綜合考慮腐蝕環(huán)境，包括各種特殊環(huán)境條件，如交變應力、沖擊荷載、真空、高壓、低溫、高溫等；是否有急冷急熱造成的應力變化及熱沖擊效應；加熱冷卻的溫度及溫度周期的變化；不同材料接觸狀態(tài)；包含殘余應力在內的應力狀態(tài)；液體的流動或靜止狀態(tài)；操作壓力、溫度等；介質濃度、成分等。同時，對產品要求、設備結構、設備類型等仔細考慮。此外，還要對設計預期使用年限加以分析，確保能夠使整個生產裝置要求壽命滿足。要盡量達到整個機械設備及管道各個部分材料均勻劣化的改變。在此基礎上，還要綜合維修費用、施工費用、材料費用等經濟因素全面考慮。這樣，能夠將設備腐蝕程度最大限度地降低，使設備使用壽命延長。

3.2 結構工藝防腐設計

在結構工藝防腐設計方面加以優(yōu)化，能夠使機械設備及管線的抗腐蝕性能大大提高。如果構件幾何形狀設計不合理或復雜度較高，就容易出現積液、熱應力、機械應力等問題，造成應力腐蝕、縫隙腐蝕、氧化腐蝕等。所以，要綜合考慮結構設計與工藝設計的合理性。在設計機械構件形狀的時候，要保證簡單，盡量使用相同的金屬材料，以免存在死角。如果設備中局部殘留液體或固體物質沉降堆積，就可能由于局部濃縮聚集發(fā)生腐蝕。所以，在設計過程中，盡量避免排液不盡的死區(qū)或死角。設計中要盡可能將縫隙減少，很多金屬設備中都有縫隙存在，液體流通不暢，就可能出現縫隙腐蝕。例如，不銹鋼設備、鋁設備、碳鋼設備等，都比較常見?？p隙腐蝕可引起應力腐蝕、孔蝕等破壞效應。對此，要避免機械設備中滯留殘余水分，設計時避免向上容器的凹狀，或合理設置排水孔，提升結構設計的優(yōu)良性，避免縫隙腐蝕。在焊接過程中，應當注意避免出現應力集中或內應力的問題，以連續(xù)焊接工藝為主，減少間斷焊接造成的內應力。還要注意避免未焊透、焊瘤、咬邊等問題，否則，可能造成新的腐蝕點出現?？梢栽谠O備及管線表面涂常見的表面涂漆防腐，使用防銹漆隔離開構件與腐蝕介質，也要注意不能忽略焊縫。防腐涂層是在設備外部涂裝，不會對設備結構及強度造成影響。可以使用聚乙烯醇縮丁醛+磷酸、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、鄰苯二甲酸樹脂等材料。使用過程中，注意衡量漆膜老化、機械性質、防銹能力、漆刷能力等。根據使用條件、施工環(huán)境、表面狀態(tài)、形狀、材質等做出合理的選擇，達到優(yōu)良的防腐性能。

3.3 增加金屬防腐鍍層

在制造業(yè)方面，所生產的大多數金屬產品，都會按照其使用環(huán)境，在表面均勻噴涂一層鍍層，例如，電鍍、鍍鎳、鍍鋅等抗腐蝕金屬涂料或不受腐蝕作用的非金屬涂料。也可以通過運用相應的工藝技術，如氧化處理、正火處理等，使機械設備隔絕腐蝕介質，進而免受腐蝕影響。應用防腐蝕鍍層，就是在設備及管線表面接觸介質的部分，制作一層致密和均勻的保護膜，將機械設備表面和腐蝕介質之間的直接接觸阻斷，從而不會引起化學反應和發(fā)生化學腐蝕現象。當前金屬保護層類型的隔離保護層比較多見，可運用電鍍、噴鍍的方法，將一層致密均勻的特殊金屬或合金噴涂在機械設備及管線裸露的金屬表面上。其中，電鍍噴涂是在高溫下將金屬材料熔化，并借助壓縮空氣吹成霧狀粉末，在處理完成的零件表面上快速噴吹，使其形成金屬鍍層。噴涂的方法可以保證形成的金屬鍍層更緊密的結合機械部件，保護機械部件不會遭受介質腐蝕，進而保證了機械設備及管線安全。

3.4 緩蝕劑的合理使用

緩蝕劑也稱為腐蝕抑制劑，能夠發(fā)揮較強的抗腐蝕性能，可以在腐蝕環(huán)境保護機械設備及管線的金屬部分，使腐蝕速度減慢、程度減輕。緩蝕劑保護法正是指的這種保護金屬材料的方式。一般使用氣體介質、酸性介質、中性介質等。這種材料主要包含一種或多種化學品混合生產，可以應用于化工行業(yè)中的機械設備化學清理保養(yǎng)、冷卻設備防腐蝕處理等，例如，應用在容器管道、坩堝清理方面都很適合。同時，緩蝕劑種類豐富、成本較低、效果理想，對于機械設備及管線防腐蝕性能的提升有很大幫助。

3.5 生產環(huán)境防腐處理

在生產環(huán)境方面，也要采取一定的防腐處理措施，保證不同環(huán)境下機械設備生產使用過程中，接觸的介質屬性發(fā)生改變，進而削弱或消除腐蝕性，發(fā)揮防腐蝕的作用。在生產環(huán)境防腐處理中，對于環(huán)境中的腐蝕介質，可以通過相應的化學反應將其去除，或是使環(huán)境中腐蝕性介質的性質產生變化。例如，對于環(huán)境中的氧氣、水分等，可以相應的脫氧劑、除濕劑等進行去除，以免對機械設備及管線造成腐蝕。使用脫氧劑將生產環(huán)境中的氧成分去除，能夠避免氧氣與其他化學成分結合造成機械設備氧化腐蝕現象。利用除濕劑將生產環(huán)境中多余的水分子和濕度去除，可以使機械設備及管線內部受到水分子侵襲發(fā)生的腐蝕得到減少?？梢栽跈C械設備及管線表面，選擇亞硝酸鹽、巰基苯等防腐劑均勻涂抹，根據實際情況，確定防腐劑的濃度、用量等，進而保證防腐性能達到最佳。

3.6 陰陽極保護防腐法

陰極和陽極保護防腐法也是一種比較有限的防腐蝕措施?？梢园凑諜C械設備及管線的原材料類型，選擇相匹配的合金或金屬材料，與機械設備形成原電池的結構。利用添加的物質代替機械設備及管線發(fā)生腐蝕，進而保護機械設備和管線免受腐蝕的影響。如果機械設備和管線材料屬于活潑金屬，可以將陽極電流添加在設備和管線外部，利用陽極鈍化作用，對設備和管線提供保護。陰極保護法中，主要是通過對陽極材料的犧牲達到替代防腐的效果。使用具有較強還原性的金屬當作保護極，和被保護金屬連接形成原電池結構。負極選用具有較強還原性的金屬材料，產生氧化反應而消耗，因而作為正極的機械設備和管線金屬就會被保護，不會發(fā)生腐蝕現象。

4 結語

化工機械設備是開展各項化工生產活動的必要元素，機械設備及管線的運行狀態(tài)，將會直接影響化工生產的效率、質量、安全。腐蝕是化工機械設備及管線經常發(fā)生的問題之一，應當引起高度的重視。充分了解腐蝕的類型和原因后，制定有效的防腐蝕管理與維護策略，全面提升設備與管線的防腐能力。