金屬設(shè)備的腐蝕與防腐

王春江

（中海瀝青（四川）有限公司， 河南 信陽(yáng) 464000）

金屬設(shè)備的腐蝕與防腐

王春江

（中海瀝青（四川）有限公司， 河南 信陽(yáng) 464000）

石油煉化公司有大量的金屬設(shè)備，本文主要介紹大氣、設(shè)備所處環(huán)境、介質(zhì)條件、金屬純度、金屬種類、金屬的精密度以及表面粗糙度對(duì)金屬設(shè)備腐蝕的影響。而具體提出的防腐措施有鈍化金屬的表面、運(yùn)用復(fù)合材料、電化學(xué)保護(hù)、襯里、防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及金屬表面涂覆涂料等以減緩金屬設(shè)備的腐蝕。

金屬設(shè)備，腐蝕原因，防腐措施

1 造成設(shè)備腐蝕的原因

1.1 外在原因

造成設(shè)備腐蝕的外在因素包括大氣、設(shè)備所處環(huán)境、設(shè)備所處理的介質(zhì)等。

①大氣對(duì)設(shè)備的腐蝕。大氣對(duì)設(shè)備的腐蝕主要表現(xiàn)在大氣中的氧氣和水對(duì)鐵質(zhì)設(shè)備的腐蝕作用。［1］從腐蝕條件來(lái)看，大氣中的水汽是決定大氣腐蝕的速度和歷程的主要因素。除此之外，大氣中的腐蝕性氣體、氣候條件、以及金屬表面的狀態(tài)等都會(huì)成為大氣腐蝕的影響因素。大氣中的水汽和設(shè)備表面的金屬物質(zhì)反應(yīng)后會(huì)生成一層致密的氧化膜，這就是我們通常所說(shuō)的鈍化現(xiàn)象。因此一般來(lái)說(shuō)，在大氣中長(zhǎng)期暴露的鋼，其腐蝕速度是逐漸降低的。

②設(shè)備所處環(huán)境對(duì)設(shè)備的腐蝕。管道是石油煉化公司數(shù)量最多的一種設(shè)備，有的暴露在空氣中，有的埋在地底下。暴露在空氣中的管道會(huì)受到大氣的腐蝕，而埋在地底下的管道會(huì)受到土壤腐蝕。［2］土壤腐蝕會(huì)造成管道穿孔損壞，引起油、氣、水的泄露，容易引起事故的發(fā)生。土壤腐蝕本質(zhì)上是電化學(xué)腐蝕，由于各地的土壤的孔隙度、含水量、含鹽量酸堿度等存在差異，土壤對(duì)設(shè)備的腐蝕程度就會(huì)不同。

③介質(zhì)對(duì)設(shè)備的腐蝕。多數(shù)金屬在非氧化性酸中，隨著濃度的增加，腐蝕加劇。而在氧化性酸中，則隨著濃度的增加，腐蝕速度有一個(gè)最高值。當(dāng)濃度增大到一定數(shù)值后，濃度再增加，金屬表面就產(chǎn)生了保護(hù)膜，使腐蝕速度反而減小。另外，介質(zhì)的溫度、壓力、流動(dòng)速度等對(duì)設(shè)備也存在一定影響。［3］通常隨著溫度升高，腐蝕速度增加。因而溫度的升高，增加了反應(yīng)速度，也增加了溶液的對(duì)流、擴(kuò)散，減小電解液的電阻，從而加速了陽(yáng)極過程和陰極過程。在有鈍化的條件下，隨著溫度升高，鈍化變得困難，腐蝕也加大。壓力的加大也會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕變得更快，使設(shè)備出現(xiàn)裂痕等。某些介質(zhì)對(duì)設(shè)備腐蝕速度的影響很大，比如氯離子在很低濃度的情況下也會(huì)大大加快金屬設(shè)備的腐蝕速度。因此，介質(zhì)對(duì)設(shè)備的影響是很大的，應(yīng)該予以重視。

1.2 內(nèi)在原因

造成金屬設(shè)備腐蝕的主觀原因有金屬的種類（金屬的抗腐蝕能力）、金屬自身的精密度、金屬表面的粗糙程度、金屬的純度等。

①金屬種類的影響。不同金屬的抗腐蝕能力是不同的。比如在酸中金的腐蝕速度不會(huì)發(fā)生改變，F(xiàn)e則會(huì)隨著酸濃度的增加氧化速度逐漸減慢。鋁在空氣中放置一段時(shí)間后其腐蝕速度會(huì)急劇降低，而鐵在可空氣中放置一段時(shí)間，其腐蝕速度則會(huì)加快。

②金屬自身精密度對(duì)設(shè)備腐蝕的影響。金屬的晶粒越粗，設(shè)備的腐蝕速度越快。生活中不銹鋼比一般鑄鐵更能有效避免腐蝕。這就相當(dāng)于同一塊金屬與環(huán)境的接觸面積增大了，所以致使腐蝕速度的加快。

③金屬表面粗糙度對(duì)腐蝕的影響。目前為止，石油石油煉化公司所用的設(shè)備絕大多數(shù)都是經(jīng)過焊接處理過的。這樣說(shuō)來(lái)，設(shè)備表面的粗糙程度也就不是均一的。另外，焊接部位如果出現(xiàn)氣泡，也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的不穩(wěn)定。［4］金屬表面質(zhì)地不嚴(yán)密，就會(huì)導(dǎo)致腐蝕速度的加快。當(dāng)金屬的表面粗糙度大時(shí)，其比表面和比表面能都很大。可產(chǎn)生較強(qiáng)的表面效應(yīng)，改變化學(xué)腐蝕反應(yīng)的速率和平衡常數(shù)等熱力學(xué)的量，加快了化學(xué)腐蝕的時(shí)間、程度使金屬的腐蝕程度比光滑表面金屬的腐蝕程度嚴(yán)重。

④金屬的純度對(duì)腐蝕的影響。化工設(shè)備中所以用到的材料一般都是比較純的，［5］根據(jù)國(guó)標(biāo)，近幾年我國(guó)化工設(shè)備所用的材料最低是Q235B。材料不純使設(shè)備產(chǎn)生腐蝕的主要原因是主要材料與材料中的雜質(zhì)發(fā)生了電化學(xué)腐蝕。當(dāng)材料和材料中的雜質(zhì)遇到某種電解質(zhì)時(shí)就組成了一個(gè)原電池。金屬作為電池的陽(yáng)極就會(huì)被腐蝕：

2 對(duì)金屬設(shè)備的防腐措施

對(duì)于設(shè)備的防腐是極其重要的，因?yàn)榫驮O(shè)備的成本而言就是很多的。而且，設(shè)備的腐蝕就是設(shè)備的損壞，在大型石油煉化公司就可能造成重特大型安全事故。現(xiàn)階段全球所采用的金屬設(shè)備防腐措施主要有：鈍化金屬的表面、運(yùn)用復(fù)合材料、電流保護(hù)、犧牲保護(hù)、運(yùn)用有機(jī)防腐涂料等。

2.1 鈍化金屬的表面

緩蝕劑也就是后面所說(shuō)的鈍化液的定義是一種以適當(dāng)?shù)臐舛群托问酱嬖谟诃h(huán)境中時(shí)，可以防止或減緩腐蝕的化學(xué)我只或幾種化學(xué)物質(zhì)的混合物。各種金屬所進(jìn)行表面鈍化的方法大致相同，但是所用到的鈍化液一般不同。以鋼鐵為例，其鈍化液的組成大概是鈦鹽0.05～0.5（質(zhì)量份，后相同），硝酸2.7～7.5，氟化物10～15，水加至100。一般鈍化鋼鐵表面的方法是：將鋼鐵表面進(jìn)行脫脂處理后用去離子水漂洗，對(duì)鋼鐵表面進(jìn)行除銹處理后用去離子水漂洗，使用預(yù)先配置好的鈍化溶液在鋼鐵表面進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，將轉(zhuǎn)化處理過后的鋼鐵用去離子水漂洗后自然干燥即得到色澤均勻的鈍化膜。至此，金屬表面的鈍化完成。以鈍化金屬的表面來(lái)減緩金屬設(shè)備的腐蝕的應(yīng)用時(shí)很廣泛的，因?yàn)槠洳僮骱?jiǎn)單，成本低廉。

2.2 運(yùn)用復(fù)合材料

工業(yè)上廣泛應(yīng)用的金屬結(jié)構(gòu)材料大多數(shù)都是合金，根據(jù)各種金屬的不同特點(diǎn)，一般工業(yè)上金屬耐蝕合金化有以下幾種途徑：提高金屬的熱力學(xué)穩(wěn)定性原理是向本來(lái)不耐蝕的純金屬中加入熱力學(xué)穩(wěn)定性高的合金元素制成合金。例如在銅中加入金，鎳中加入銅等；減弱合金的陰極活性；減弱合金的陽(yáng)極活性；使合金表面生成電阻大的腐蝕產(chǎn)物膜等。不過在應(yīng)用合金時(shí)要考慮材料的疲勞，硬度，韌性等，要根據(jù)設(shè)備的用途決定選取怎樣的合金。

2.3 電化學(xué)保護(hù)

電化學(xué)保護(hù)包括陰極保護(hù)，陽(yáng)極保護(hù)。陰極保護(hù)是將被保護(hù)金屬設(shè)備與直流電源的負(fù)極相連，依靠外加陰極電流進(jìn)行陰極極化而使金屬設(shè)備得到保護(hù)的方法或者在被保護(hù)金屬設(shè)備上鏈接一個(gè)電位更負(fù)的強(qiáng)陽(yáng)極，促使陰極極化。陽(yáng)極保護(hù)則是利用金屬在電解質(zhì)你溶液中依靠陽(yáng)極極化建立鈍態(tài)的特性而實(shí)施的保護(hù)方法。這種保護(hù)方法一般運(yùn)用在橋梁方面。

2.4 襯里

襯里是一種綜合利用不同材料的特性、具有較長(zhǎng)使用壽命的防腐方法。根據(jù)不同的介質(zhì)條件，大多是在鋼鐵或混凝土設(shè)備上選襯各種非金屬材料。對(duì)于溫度、壓力較高的場(chǎng)合，可以襯耐蝕金屬。這種處理方法一般是在設(shè)備制造的過程中完成的。目前應(yīng)用廣泛的是碳鋼設(shè)備表面襯里、磚板襯里、玻璃鋼襯里、橡膠襯里，化工搪瓷等。

2.5 防腐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

很多場(chǎng)合，機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)與腐蝕密切相關(guān)，不合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)常常會(huì)出現(xiàn)局部應(yīng)力集中、流體滯留、構(gòu)成縫隙、局部過熱等而引起多種不同形態(tài)的局部腐蝕。例如軸聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)，如果中心設(shè)計(jì)成圓形的，就不合理，一般情況下，中心連接部位設(shè)計(jì)成多邊形軸或者花鍵軸比較有利。

3 結(jié)語(yǔ)

設(shè)備的腐蝕是減短設(shè)備使用壽命的主要因素。而這個(gè)問題遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，給社會(huì)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，消耗了大量的資源，以及嚴(yán)重的污染了環(huán)境。然而，科技在不斷進(jìn)步，防腐技術(shù)也在不斷改進(jìn)，越來(lái)越多的新型防腐技術(shù)也在逐步應(yīng)用之中，金屬的腐蝕問題將會(huì)得到緩解。

［1］徐曉剛.化工腐蝕與防護(hù)［J］.北京：中國(guó)石化出版社，2009：63-78.

［2］陳匡民.過程裝備腐蝕與防護(hù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001：77.

［3］邵澤波.化工機(jī)械及設(shè)備［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000:91-92.

［4］唐委校.過程設(shè)備焊接結(jié)構(gòu)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010:121.

［5］王天普.石油化工設(shè)備維護(hù)技術(shù)［J］.北京：中國(guó)石化出版社2004：8.

王春江，男，工程師，主要從事石油煉制生產(chǎn)管理。