化工機械設備的防腐探討

2016-03-11 07:02:05陳乾坤秦鳳梅

河南建材 2016年5期

陳乾坤　秦鳳梅

河南高新石化裝備有限公司（453000）

化工機械設備的防腐探討

陳乾坤秦鳳梅

河南高新石化裝備有限公司（453000）

腐蝕是材料與環境反應引起的材料破壞與變質，它存在于各行各業，在化工設備行業更為嚴重，因此需要通過科學、有效的防腐技術來減緩或防止化工設備腐蝕的發生。這里通過介紹腐蝕的原因和種類、腐蝕的危害及控制腐蝕的意義，詳細闡述了化工設備的防腐措施。

腐蝕；防腐；機械設備；化工設備

從廣義上講，腐蝕是指材料與環境間發生的化學或電化學作用而導致材料功能受到損傷的現象；從狹義上講，腐蝕是指金屬與環境間的物理及化學相互作用，使金屬性能發生變化，導致金屬環境及其構成系統功能受到損傷的現象。在絕大部分的化工機械設備中介質都有腐蝕性，設備的腐蝕速率都對比其他行業嚴重，因此化工機械設備最需要完善的有效的防腐措施。

1　腐蝕的原因和種類

1.1腐蝕的原因

金屬本身的組成和結構是銹蝕的根據，外界條件（如溫度、濕度和金屬接觸的物質）是促使金屬銹蝕的客觀因素。在工業企業特別是化工企業的環境介質中，含有大量的SO2、CO2、H2S、氫氧化物、鹽霧、硫化物、鹵化物等有害物質，有些環境還伴有高溫和潮濕等，在這些因素的綜合影響下，金屬便與這些有害物質發生物理、化學反應，形成腐蝕［1］。

1.2腐蝕的分類

從腐蝕的外觀形態看，金屬腐蝕可分為全面腐蝕和局部腐蝕。

全面腐蝕一般表面均勻覆蓋著腐蝕產物膜，這種膜在不同程度上能使腐蝕減緩，如高溫氧化和易鈍化金屬（如不銹鋼、鈦、鋁等）在氧化環境中形成的鈍化膜，都具有良好的保護性，能使腐蝕速率大大降低甚至停止腐蝕。局部腐蝕又有小孔腐蝕、應力腐蝕、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、磨損腐蝕等。

從腐蝕看，金屬腐蝕機理可分為物理腐蝕、化學腐蝕和電化學腐蝕等。物理腐蝕是指金屬由于單純的物理溶解作用所引起的破壞。許多金屬在高溫熔鹽、熔堿及液體金屬中可發生此類的腐蝕。化學腐蝕是指金屬表面與非電解質直接發生純化學反應引起的損壞。電化學腐蝕是金屬與周圍的電解質溶液相接觸時產生的電化學反應而發生的腐蝕。它的特點是在腐蝕過程中有電流產生。

2　腐蝕的危害與控制腐蝕的意義

金屬腐蝕給國民經濟造成了巨大的損失，甚至帶來災難性的事故，浪費寶貴的資源與能源，而且污染環境。在國民經濟各部門中，每年都有大量的金屬構件和設備因腐蝕而報廢。據發達國家調查，每年由于腐蝕造成的損失約占國民經濟總產值的2%～4%。在腐蝕作用下，世界上每年生產的鋼鐵中有10%被腐蝕消耗［2］。2010年1月26日，世界鋼鐵協會25日公布了2009年世界粗鋼總產量為12億t，其中約3.6億t因銹蝕而報廢，且其中1.2億t將徹底變為不可回收的廢物。按2009年全年粗鋼均價4500元/t計算，損失5400億元。腐蝕造成的損失是巨大的，它是材料設施的“癌癥”，但是通過采取科學的措施，腐蝕也是可以控制、減輕的，一般可減輕25%～30%。

3　化工設備的防腐蝕措施

3.1開發耐蝕材料

耐蝕材料的開發研究是防腐蝕技術進步的突破口，耐蝕材料主要分為金屬材料、高分子材料、無機非金屬材料。金屬及合金材料是結構材料中的主體，其中鋼鐵占主要地位，但是鋼鐵的耐蝕性能具有局限性。具有高耐蝕性能的合金及有色金屬材料的開發和應用發展迅速，在一定程度上解決了局部腐蝕及特殊環境下的腐蝕問題，如含鉬高的耐蝕合金、雙相不銹鋼、高純鐵素體不銹鋼、鎳基合金、鈦及鈦合金等。耐蝕非金屬材料目前國內外耐蝕非金屬材料在化工生產中應用非常廣泛。非金屬材料具有優良的耐蝕性能，而機械性能可以通過增強等途徑來彌補，在某些領域已有取代鋼材的趨勢。現在正在開發的有耐蝕塑料、玻璃鋼、石墨、工程陶瓷等。

3.2表面覆蓋層

表面覆蓋層的費用占所有防腐蝕費用的87%左右。使用表面防腐蝕技術大大提高了整體材料的耐腐蝕性能。涂、襯、鍍、滲以及近年發展起來的各種高新技術在化工和石油化工中成為常用的表面防腐技術。

耐蝕涂料主要用于建筑物、構筑物、裝置及貯罐內外壁及輸水、輸油、輸氣管線。據數據統計，75%的防腐蝕涂層的損壞，是因為基體表面處理不當，所以，當務之急是重視表面處理質量。當前國際上研究最熱門的涂料有重防腐涂料、耐高溫涂料、富鋅涂料、帶銹涂裝涂料、氟樹脂涂料、陶瓷類涂料等。

襯里技術及復合管道襯里技術是利用強度高的材料（如玻璃鋼、碳鋼、鑄鐵等）作結構材料，用耐蝕性能優異的材料作襯里層。襯里技術常用于化工設備、管道等。如陶瓷內襯復合鋼管具有耐磨、耐蝕、耐熱性能，可廣泛應用于電力、冶金、礦山、煤炭、化工等行業作為輸送砂、石、煤粉、灰渣、鋁液等磨削性顆粒物料和腐蝕性介質，是理想的耐磨蝕管道。

電鍍是一種用電化學方法在鍍件表面上沉積所需形態的金屬覆層工藝。其目的是改善材料的外觀，提高材料的各種化學性能，賦予材料表面特殊的耐蝕性、耐磨性、裝飾性、焊接性及電、磁、光學性能等。電鍍是將零件作為陰極放在含有欲鍍金屬的鹽類電解質溶液中，通過電解作用在陰極上（即零件）發生電沉積現象形成電鍍層。電鍍在化工設備的防腐上具有很好的效果，對一些金屬防腐作用顯著。化學鍍是一種新型的金屬表面處理技術，是采用金屬鹽和還原劑在同一溶液中進行自催化氧化還原反應，在固體表面沉積出金屬鍍層的成膜技術。化學鍍工藝簡便、節能環保，其鍍層具有良好的耐蝕性、耐磨性、厚度均勻以及良好的結合強度等優點［3］。

3.3電化學保護

電化學保護是指利用外部電流使金屬（包括合金）腐蝕電位發生改變，以降低其腐蝕速率的防蝕技術。電化學保護可分為陰極保護和陽極保護。

在金屬表面上通入足夠的陰極電流，使金屬電位變負，并使金屬溶解速度減小，被稱為陰極保護。陰極保護不僅要求設備的結構簡單，還要求設備所處環境的介質腐蝕性并不是很強，這種保護方法主要用于防止土壤、海水等中性介質中的金屬腐蝕。

陽極保護是將外加直流電源的正極與被保護的金屬構件相連，在電解質溶液中使金屬構件陽極極化至一定電位，使其建立并維持穩定的鈍態，從而陽極溶解受到抑制，腐蝕速度顯著降低，使設備得到保護。對于沒有飩化特征的金屬，不能采用陽極保護。陽極保護主要應用在硫酸生產中的結構物（如碳鋼儲槽、各種換熱器、三氧化硫發生器等）和氨水及銨鹽溶液中的結構物（如碳化塔、氨水儲槽等）。在強氧化性介質中先考慮采用陽極保護。

3.4緩蝕劑

緩蝕劑是一種向緩蝕體系中添加適當濃度就能顯著降低金屬腐蝕速度而對腐蝕劑濃度影響很小的化學物質。緩蝕劑的用量很少，雖然它不能改變金屬在介質中的腐蝕傾向，但它能在金屬表面形成保護膜，從而減緩金屬的腐蝕速度，抑制金屬的腐蝕。

與其他防腐蝕方法相比，緩蝕劑具有使用方便、經濟、有效的特點，廣泛地應用于石油化工、機械制造、交通等部門，并在某些工業生產中成為不可取代的重要防護措施，被列入到生產工藝或操作規程中。石油工業是使用緩蝕劑最多的部門之一，從石油的鉆探、開發、運輸到煉制都要用到緩蝕劑。