關(guān)于化工儀表防腐問題的研究

呂婷婷

中化環(huán)境科技工程有限公司 遼寧 沈陽 110031

化工儀表及自動化控制系統(tǒng)能對化工裝置生產(chǎn)運行中的重要參數(shù)進行有效監(jiān)測及控制，對生產(chǎn)裝置的安全穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用。隨著儀表在化工中的的廣泛應用，化工儀表腐蝕問題也日漸突出。儀表腐蝕不僅會造成經(jīng)濟損失，還會危及人身安全，甚至對環(huán)境造成破壞。其中有相當一部分的腐蝕損失是由于缺乏腐蝕方面的知識或者所知不夠完備造成的，因此對化工儀表的防腐問題加以研究，可以有效的減少這一方面造成的損失。

1 常見化工儀表類型

化工儀表分類方式有很多，按照測量參數(shù)可以分為溫度測量儀表、壓力測量儀表、流量測量儀表、液位測量儀表和過程分析儀表；按照儀表驅(qū)動能源可以分為氣動儀表、電動儀表、液動儀表；按照儀表在自動控制系統(tǒng)中的作用可以分為檢測儀表、顯示儀表、控制儀表和執(zhí)行器。本文按照測量參數(shù)對化工儀表進行分析。

1.1 溫度測量儀表

溫度是化工生產(chǎn)中最基本、最重要的參數(shù)之一，與化工生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量，生產(chǎn)效率以及生產(chǎn)裝置的安全和使用壽命等息息相關(guān)。溫度測量儀表可分為接觸式和非接觸式兩大類，接觸式儀表包括熱膨脹式溫度計、熱電阻溫度計及熱電偶溫度計。非接觸式溫度計包括光輻射式溫度計、紅外吸收式溫度計。大多數(shù)化工溫度測量儀表選用接觸式溫度計?；どa(chǎn)中腐蝕介質(zhì)的溫度測量，溫度傳感器通常安裝在溫度計套管內(nèi)，與設備或管道法蘭連接，溫度計套管的材質(zhì)依據(jù)測量介質(zhì)的不同選用不同的材質(zhì)。

1.2 壓力測量儀表

壓力是化工生產(chǎn)過程的必要條件和動力，對化工生產(chǎn)過程壓力的監(jiān)測是保證生產(chǎn)裝置的安全穩(wěn)定運行的重要條件?；毫y量儀表就地壓力儀表一般選用彈簧管壓力表、膜盒壓力表、隔膜壓力表，遠傳壓力儀表一般選用短安裝壓力變送器、隔膜密封壓力變送器、差壓變送器等。對于腐蝕性介質(zhì)的壓力測量，選用隔膜壓力表或隔膜密封壓力變送器，隔離膜片材質(zhì)根據(jù)被測介質(zhì)的理化性質(zhì)可選用不銹鋼、鋼襯四氟、貴金屬等材質(zhì)。

1.3 流量測量儀表

流量是指在單位時間內(nèi)流體流經(jīng)通道某一截面的流體數(shù)量，計量單位可以是體積流量，也可以是質(zhì)量流量。流體流量測量是化工生產(chǎn)過程中常見的測量參數(shù)之一。流量測量儀表可用于生產(chǎn)過程種的原料配比控制、能源計量以及三廢排放的管理和控制。

流量測量儀表可大致分為容積式、速度式和質(zhì)量式三大類。容積式流量儀表主要包括橢圓齒輪流量計、雙轉(zhuǎn)子流量計、往復活塞式流量計、腰輪流量計、刮板流量計等。速度式流量計主要包括渦輪流量計、渦街流量計、電磁流量計、超聲波流量計、差壓式流量計、靶式流量計、水表等。質(zhì)量式流量計包括科里奧利質(zhì)量流量計和熱式質(zhì)量流量計等。其中，非接觸式超聲波流量計可用于測量具有強腐蝕、高粘度、易燃易爆、非導電等特性的其他流量測量儀表不可測的惡劣工況可導聲流體介質(zhì)的流量測量。電磁流量計也是一種常見的應用于化工生產(chǎn)中腐蝕性較強場合的流體流量測量的儀表。電磁流量計的電極及襯里材質(zhì)可根據(jù)被測介質(zhì)的腐蝕性及溫度等工況條件選擇相應的材質(zhì)。當工藝管道為絕緣材質(zhì)管道過金屬管道內(nèi)涂絕緣層時，電磁流量計還應在傳感器兩端法蘭口處各裝一只耐腐蝕接地環(huán)。

1.4 物位測量儀表

物位是指在一定容積的容器內(nèi)所儲存的液體或固體物質(zhì)表面層距離容器底部或者某一基準面的高度。物位測量在化工生產(chǎn)過程和計量中起著非常重要的作用。物位測量儀表既可用于對化工生產(chǎn)的原料罐、半成品罐和成品罐內(nèi)物質(zhì)的儲存量加以計量，為生產(chǎn)經(jīng)營活動提供可靠數(shù)據(jù)，也可以用于化工生產(chǎn)過程中對反應釜等的物位監(jiān)測和控制，保證生產(chǎn)過程的安全穩(wěn)定。

物位測量儀表種類繁多，按照檢測原理可大致劃分為力學類、聲學類、電學類、電磁波類、放射性類、光學類等?；ひ何粶y量儀表常見的有力學類，如靜壓式液位計、磁浮子液位計、浮筒液位計、差壓液位計式等；聲學類如超聲波物位計、音叉料位計等；電學類如電容物位計、電阻式物位計等；電磁波類如雷達液位計等。其中，超聲波液位計和非接觸式雷達液位計在進行液位測量是均不與被測介質(zhì)直接接觸，因而適用于強腐蝕介質(zhì)的液位測量，但兩者適用場合有有所區(qū)別。雷達液位計比超聲波適用范圍更加廣泛，但對于真空、蒸汽含量高、粉塵、液面有泡沫、懸浮物液體等超聲波液位計不適用的場合，雷達液位計都可以很好地測量。但是，雷達液位計的價格也要高于超聲波液位計。

1.5 過程分析儀表

隨著過程分析儀表系統(tǒng)技術(shù)日趨成熟，在化工生產(chǎn)中的應用也越來越廣泛。過程分析儀表通過對生產(chǎn)過程中物質(zhì)或產(chǎn)品組分的在線監(jiān)測，可用于對化工產(chǎn)品質(zhì)量的控制、安全監(jiān)控、三廢排放指標的監(jiān)測與控制等。

過程分析儀表按照測量介質(zhì)狀態(tài)可分為氣體檢測分析儀和液體監(jiān)測分析儀。氣體分析儀包括過程氣相色譜儀、紅外線分析儀及紅外光度分析儀、紫外線分析儀及紫外可見光光度分析儀、氧分析儀、熱導式氣體分析儀、激光氣體分析儀、過程質(zhì)譜儀等。液體分析儀包括pH計、氧化還原電位計、電導率儀、密度計、粘度計、水質(zhì)分析儀、水中油分析儀等。大型過程分析儀表通常包括取樣與預處理裝置、樣品測量裝置、樣品排放及回收裝置、顯示及數(shù)據(jù)處理裝置、能源供給及載體回收裝置五個組成部分。在線分析儀表取樣部件的材質(zhì)應依據(jù)被測介質(zhì)的理化性質(zhì)選用不銹鋼、聚四氟乙烯、聚氯乙烯等耐腐蝕材質(zhì)。

2 化工儀表主要腐蝕類型

化工儀表的腐蝕主要是構(gòu)成儀表零部件的金屬或非金屬材料，與外部接觸環(huán)境產(chǎn)生物理作用、化學或電化學反應，導致儀表材料表面及內(nèi)部性能發(fā)生改變，功能結(jié)構(gòu)受損。常見的儀表腐蝕類型主要包括物理腐蝕、化學腐蝕和電化學腐蝕。

2.1 物理腐蝕

物理腐蝕是指化工儀表金屬材料物理溶解或者受到高溫高壓或外在機械力作用力，對儀表材料造成的破壞。如鐵在液態(tài)鋅中會發(fā)生物理溶解，化工合成氨生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高溫蒸汽對儀表的物理壓迫造成的腐蝕等。

2.2 化學腐蝕

化學腐蝕是指金屬材料與非電解質(zhì)相接觸，發(fā)生氧化還原反應造成的腐蝕。如化工廠儀表部件中的鐵元素與泄露在環(huán)境中的氯氣想接觸，發(fā)生氧化還原反應生成氯化亞鐵造成的儀表腐蝕?；x表部件在生產(chǎn)裂解設備中發(fā)生的腐蝕，也屬于化學腐蝕。

2.3 電化學腐蝕

電化學腐蝕是指金屬材料與電解質(zhì)溶液相接觸，發(fā)生原電池反應造成的腐蝕。電化學腐蝕是化工儀表最常見、危害最高的腐蝕類型，比化學腐蝕更為嚴重和迅速。電化學腐蝕的儀表部位通常比較隱蔽，難以被及時發(fā)現(xiàn)，且腐蝕通常難以修復。化工儀表金屬部件與酸、堿等電解質(zhì)溶液相接觸造成的腐蝕就是常見的電化學腐蝕中的一種。此外，碳鋼在沿海地區(qū)煙霧環(huán)境中的腐蝕也屬于電化學腐蝕。

3 化工儀表腐蝕的影響因素

化工儀表的腐蝕受許多復雜因素的影響，可從設計和環(huán)境兩個方面去分析。

3.1 設計因素

從設計方面，化工儀表選材及化工儀表結(jié)構(gòu)形式都對腐蝕程度有著重要的影響。同等工況條件下，不同的材料對于被測量介質(zhì)的抗腐蝕能力差距可能十分重大。儀表選型不合理，如測量強腐蝕介質(zhì)壓力選用普通壓力表，測量含氫離子介質(zhì)未對儀表進行防氫脆處理等，都會造成儀表的嚴重腐蝕。

3.2 環(huán)境因素

環(huán)境可分為外部環(huán)境和內(nèi)部環(huán)境。外部環(huán)境主要是指大氣環(huán)境，如沿海區(qū)域的鹽霧、廠房的酸性煙霧等。內(nèi)部環(huán)境主要是指被測量介質(zhì)的工況條件，理化性質(zhì)等，包括被測量介質(zhì)的成分和濃度、是否含有氯離子或硫等有害雜質(zhì)、溫度、壓力、酸堿度、氧含量、含水量、流速等。

4 化工儀表防腐策略

4.1 合理選擇防腐材料

在設計和儀表選型時，根據(jù)工況條件和被測量介質(zhì)合理選擇儀表防腐蝕材料?；x表材料的種類繁多，不同的材料在不同的環(huán)境中的耐腐蝕性能也不同。沒有萬能的防腐蝕材料。材料的的耐腐蝕特性，是針對具體的環(huán)境而言的，對耐蝕材料的使用，應針對具體環(huán)境具體分析，不能一言以概至。例如不銹鋼在大多數(shù)環(huán)境耐蝕性優(yōu)于碳鋼，但在濃硫酸環(huán)境中，其耐蝕性要低于碳鋼?；x表材料的選擇要綜合考慮檢測介質(zhì)特性，大氣環(huán)境，壓力等級，經(jīng)濟性等各個方面，選擇符合最佳條件的材料。

4.2 完善工藝流程和工藝操作規(guī)程

從工藝流程著手，對因工藝介質(zhì)或工況環(huán)境造成的腐蝕進行工藝流程優(yōu)化，盡量可能減少腐蝕性。如生產(chǎn)廢水處理過程中如果氟離子濃度過高，對金屬材料的腐蝕性極強，在廢水處理的前端加入除氟工藝，通過氟離子濃度計對氟離子濃度進行監(jiān)測和控制，避免氟離子對整套生產(chǎn)廢水處理裝置化工儀表的腐蝕。又如鍋爐進水前用亞硫酸鈉和肼等脫氧劑先祛除水中的氧，可以有效避免或減弱鍋爐管及其后儀表的氧化腐蝕。

完善工藝操作規(guī)程，提高自動化控制水平，提高操作人員的操作水平，保證生產(chǎn)裝置的安全平穩(wěn)運行，避免因操作不當造成的工藝介質(zhì)溫度或壓力的驟然升降給化工儀表造成的物理腐蝕。

4.3 采取隔離措施

化工儀表的使用環(huán)境非常復雜，生產(chǎn)過程中儀表接觸的介質(zhì)復雜多變，極易對化工儀表造成腐蝕。將被測量強腐蝕性介質(zhì)與化工儀表隔離開來，對于延長儀表的使用壽命，降低腐蝕概率是一種非常有效的方式?？梢酝ㄟ^選擇非接觸式儀表或者采用介質(zhì)隔離的方式將化工儀表與工藝介質(zhì)隔離開來。

選用非接觸式儀表，如非接觸式雷達液位計，超聲波流量計等，這一類儀表在進行測量時不需要與被測量介質(zhì)直接接觸，避免了強腐蝕性介質(zhì)對儀表直接接觸部件的腐蝕。但是這一類儀表通常價格較高，后期維護復雜。

按照隔離介質(zhì)類型，隔離措施包括氣體隔離、液體隔離、膜片隔離。氣體隔離也就是吹氣法，通過吹入空氣或惰性氣體避免儀表測量部件與被測量介質(zhì)接觸，保護儀表不被腐蝕。吹氣法吹入氣體不用于被測量介質(zhì)發(fā)生作用，一般在常壓液位測量系統(tǒng)中使用。液體隔離可用于測量氯氣、氯化氫氣等介質(zhì)時，用全氟三丁胺或其他隔離液充灌在隔離罐內(nèi)，將儀表與被測量介質(zhì)相隔離。隔離液的選擇應保證隔離液不與被測介質(zhì)發(fā)生反應，對儀表部件也不會有腐蝕作用，且其密度和黏度不隨環(huán)境溫度的變化而顯著改變。液體隔離因其價格較貴，充灌麻煩等，在化工儀表防腐中應用并不廣泛。隔膜壓力表加裝的隔膜裝置就是膜片隔離中較為常見的一種。隔離膜片的材質(zhì)可根據(jù)被測量介質(zhì)的理化性質(zhì)選擇聚四氟乙烯或哈氏合金，鉭，鉑，鈦等防腐蝕能力較強的金屬。隔離膜片厚度要適當，太薄容易磨損或腐蝕，太厚則會影響儀表的測量精度。

4.4 加保護層

加保護層是化工儀表非常常見且有效的防腐措施。按保護層性質(zhì)可分為金屬保護層、非金屬保護層及非金屬保護膜。

金屬保護層包括噴涂、電鍍、熱浸、滲碳等。其中電鍍一般比較薄，存在微孔，因此不適用于酸、堿等強腐蝕環(huán)境，但可用于大氣、水等環(huán)境。

非金屬保護層包括涂刷防腐漆，橡膠、塑料、搪瓷等。其中涂刷防腐漆因其操作簡單、成本低，只需定期補刷和重刷就可以長期保持較好的防腐效果而被廣泛使用。橡膠、塑料、搪瓷都是十分常見的金屬襯里材質(zhì)。

非金屬保護膜包括鈍化膜等。如對不銹鋼、鈦、鋁等易鈍化的金屬表面進行氧化處理，使其鈍化，生成極薄的具有優(yōu)良保護性的氧化物膜。

4.5 加強日常管理和維護

對化工儀表加強日常管理和維護，對發(fā)生腐蝕的化工儀表及時發(fā)現(xiàn)和處理，避免化工儀表腐蝕進一步發(fā)展，造成嚴重后果。嚴格檢查設備管道的密封性，避免二氧化硫、氯氣、氨氣、氯化氫等易腐蝕有害氣體的跑冒滴漏，形成腐蝕環(huán)境。做好密封工作，避免儀表接線端子受到外部環(huán)境的腐蝕。

5 結(jié)束語

化工儀表的腐蝕問題是化工廠亟待解決的技術(shù)難題。化工工程工況復雜多變，被測介質(zhì)種類繁多，因此很難對化工防腐儀表形成定型產(chǎn)品。對化工儀表的防腐問題加以研究，收集整理化工儀表防腐在工程實踐中的應用案例，可以給同行提供一下借鑒。關(guān)于化工儀表防腐問題的研究任重而道遠。