化工設備設計防腐相關問題探討

顧治國

摘 要：化工設備是化工企業生產不可或缺的重要組成部分，它對于企業的穩定運行乃至整個化工企業的發展有著重大的意義。而腐蝕是化工設備經常發生的問題，化工設備腐蝕與國民經濟各領域的發展有著直接的關系，設備腐蝕的原因多種多樣，在化工設備設計的過程中還有很多防腐相關的問題有待解決，致使化工設備存在著安全隱患，從而給化工企業的安全穩定生產帶來一定的影響。

關鍵詞：化工設備 腐蝕 防腐 設計 原因 機理 措施

中圖分類號：TQ050.9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（b）-0061-02

在日常的生產與生活環境中，化工設備會與空氣和水分等介質發生化學反應，致使其發生損耗或者被破壞的情況，腐蝕現象是化工設備較為常見的問題之一，腐蝕的化工設備在色澤、外觀和基本性能等方面都會發生轉變，從而使化工設備的使用與生產受到一定影響，也會給企業帶來經濟損失。

1 化工設備發生腐蝕的原因及分類

一般情況下，因為化工設備運行的環境比較特殊，所以設備大多采用金屬進行設計與制造，而金屬本身的結構會導致其非常容易被腐蝕，溫濕度以及空氣等環境因素都會使金屬發生腐蝕的現象。腐蝕的產生可以分為兩類，一種分類是以腐蝕的作用原理為依據，另一種分類是以造成腐蝕的原因及現象為依據。對于腐蝕的作用原理，可分成化學腐蝕和電化學腐蝕。化學腐蝕主要是指設備金屬表面與周圍介質發生比較強的化學反應，進而使設備金屬形成一定的破壞；造成該種腐蝕主要取決于周圍的溫度和干燥的環境；電化學腐蝕是指設備的金屬材料經過與電解液接觸后，發生電極反應而形成的腐蝕現象，電化學反應通常情況下都是氧化還原反應，形成該種腐蝕主要是由設備周圍環境的溫濕度問題影響的。

2 化工設備腐蝕的機理

2.1 電化學腐蝕的機理

金屬材料和電解質溶液接觸，通過電極反應產生腐蝕。主要是金屬表層與水溶液或者潮濕的大氣產生腐蝕，在金屬表層形成一種微電池，也稱腐蝕電池（其電極習慣上稱陰、陽極，不叫正、負極）。陽極上發生氧化反應，陰極發生還原反應，陽極反應是在金屬中分離出金屬離子，在介質中形成化學價變化，釋放出的電子與質子結合。陰極反應是指氧化劑在介質中接受陽極形成的電子而發生的反應。

2.2 工業大氣腐蝕機理

由于工業生產造成嚴重的環境污染，使空氣中含有非常多的揮發性物質比如硫化物、二氧化碳以及氫氧化物等，同時空氣中還包含一些工業形成的粉塵，這些物質都會形成對設備腐蝕的介質。在環境潮濕的情況下，這些介質經過與酸性的氣體和水發生反應形成具有很強腐蝕性能的無機酸，進而會造成設備的腐蝕現象。設備在工業大氣的環境下，都是因為電化學腐蝕和直接化學腐蝕共同引起的。作為腐蝕的本質，基本都是金屬材料中的金屬由于介質的原因而失去電子所形成的離子的氧化反應。

3 化工設備防腐措施的設計及應用

3.1 合理選材，優化設計

設備的腐蝕性與設備的材料有很大的關系，在選擇化工材料的過程中，要根據腐蝕發生的輕重，對材料進行精細合理地選擇，應充分考慮環境溫度、介質性質以及運行壓力等等，以化工原料的標準要求為依據進行設備的結構設計與類型設計。由于碳鋼或低合金鋼具有韌性好、強度低和硬度低的特點，其斷裂韌性和相應的臨界值也比較高，如果以此作為設備材料，將會很大程度地減少應力的腐蝕速度。設備的結構設計還要滿足其在生產使用中的要求以及應力，進行設備的設計時應該著重注意的幾個方面：一方面是設備的結構要求需要和化工生產出的產品耐腐蝕性一致；另一方面是要確保化工設備在運行使用中的穩定和流暢性，預防具有腐蝕性的介質殘留、熱負荷的不均勻分配和蒸汽凝結以及產生的腐蝕物的積累；最后應對外力進行保護，以防止由于交變應力的原因而導致的疲勞腐蝕。例如進行選材時要選取硫、錳元素含量相對較低的鋼材。其中Mn含量決定了鋼材中MnS夾雜物的含量所以鋼材中的MnS夾雜物是造成應力腐蝕的主要因素。常用的鋼材Q245R及Q345R牌號主要添加元素的含量見表1。

從表1數據顯示，雖然兩種鋼材的硫含量相同，但是Q245R的Mn含量比Q345R少很多。因此Q345R鋼材更容易受到腐蝕。所以在選材方面盡量選用Q245R。

3.2 環境防腐處理措施

具體的防腐處理措施包括以下兩方面：一是將環境中帶有腐蝕性的物質除掉。所謂腐蝕性物質，包含環境中的水、氧氣和其他的有害因素，可以通過脫氧劑的添加來實現氧氣的去除，通過及時除濕處理確保金屬的表面一直維持于露點上，并控制設備內的水分符合標準要求。二是可以加入擁有防腐功能的添加劑，在添加劑使用時，必須嚴格控制使用濃度。

3.3 表面涂層的防腐措施

在進行涂漆操作時，不僅要嚴格控制漆膜的抗銹能力、機械性能以及抗老化性能等，還要充分了解涂漆的物理特性、表面情況、操作環境以及使用要求等，從而實現對設備進行更好地防腐處理。金屬覆蓋層一般有兩種方法，其中一種是將塞焊及焊襯里、金屬復合方法應用在覆蓋層的材料中；另一種就是采用犧牲陽極的方法對設備進行防腐處理，犧牲陽極法包括鍍鉛法、噴鍍法和熱浸鍍法。

3.4 操作規范，降低腐蝕的程度

在日常工作中，應對操作人員進行定期或不定期的崗位技能培訓，使操作人員的操作規范性和安全意識得以提高，嚴格遵守工藝規程和崗位規程的操作要求，切不可在超壓、超溫或超負荷狀態下作業，對化工設備進行必要的日常維護和保養，重點維護壓力容器以及抗腐蝕性較差的設備，并能夠對其建立詳細的設備檔案。

4 結語

在化工設備的設計過程中，由于生產材料的特殊性，使設備的防腐性能以及工藝操作等都有著嚴格的要求。受到許多客觀因素的影響，設計人員的經驗不足、考慮不全面等方面存在問題，造成設計出的化工設備存在著嚴重的安全隱患，介質對化工設備的腐蝕影響與操作條件也有著直接的關系。所以，在進行化工設備設計時，應對材料的合理選擇、結構的合理設計和防腐蝕的措施進行認真思考。

參考文獻

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