化工儀表腐蝕失效分析

許麗麗

摘要：腐蝕現象廣泛存在于化工生產中，尤其是對于化工自動控制系統中的化工儀表，腐蝕是引起化工儀表靈敏度降低甚至失效的一個重要原因?；x表是化工自動化系統的重要組成部分，對化工生產的安全高效進行起著至關重要的作用。隨著科學技術的發展，更加先進的測量控制技術及儀表儀器不斷出現，與此同時一些新的腐蝕問題也不斷產生。因此，儀表的防腐蝕問題成為一個重要的研究課題。文章主要闡述了對化工儀表的認識以及我國化工儀表防腐蝕研究現狀，并對化工儀表腐蝕問題進行了分析，提出了幾種有效的化工儀表防腐蝕方法，最后對化工儀表防腐蝕研究的發展方向進行了探討。

關鍵詞：化工儀表；腐蝕；失效分析；防腐

一、 對化工儀表的認識

化工生產往往是在特定的溫度、壓力、流量、物位、成分的條件下，物料連續地在管路和容器中進行化學反應的過程。在化工生產中必須對這些參數進行準確的監測與控制，才能保證化工生產的正常進行。現代工業生產的一個重要特點是生產裝置大型化、生產過程自動化?；x表的作用就是實現生產工藝過程中各種工況信息的檢測、轉換、顯示和控制，是實現生產裝置安全操作，平穩運行，提高效率的基本條件和重要保證。

21世紀，隨著化工自動化生產技術的不斷深化，化工儀表也得到了的飛速的發展，工業自動化儀表已經從模擬儀表技術步入數字化和智能化技術的時代?；x表的分類按其作用劃分，一般可分為檢測儀表、顯示儀表、調節控制儀表和執行器四大類。檢測儀表將所需監測控制的參數利用接觸或非接觸的方式進行測量后轉換成相應的信號送至顯示儀表或調節系統，如需調節，則由調節系統輸出信號，由執行機構完成。因此，在生產過程中與介質發生接觸，容易受到腐蝕的元器件主要是檢測儀表和執行器。

二、我國化工儀表防腐蝕研究現狀

對化工儀表而言，腐蝕研究的重點應該集中在檢測變送器和執行機構上。目前，材料選擇、工程結構設計、穩定工藝參數、涂覆已經成為人們普遍采用的儀表防腐措施。首先，檢測儀表往往需要與腐蝕性介質進行直接接觸，因此儀表相應單元制作材料的選取非常重要。從20世紀70年代至90年代，國內各研究所先后研制出30余種儀表耐腐蝕合金，為在不同介質中選取經濟可靠的耐腐蝕儀表材料提供了較大的選擇范圍。同時，對耐腐蝕合金性能的分析也為儀表的長周期運行提供了防腐蝕依據。其次，由于儀表腐蝕的影響因素除材料以外，還有工藝環境的影響，包括溫度和壓力的影響，因此對于儀表的結構應該按其所使用的工況特點和控制要求而加以選擇。近年來，對調節閥的結構研究取得了較大的進展，選擇結構合理的調節閥以及適應環境的閥體、組件材料，在大多數化工生產中，可以有效地克服氣蝕和閃蒸對化工儀表的損害。工業自動化儀表的作用是指示和控制生產過程中的工藝參數，因而要求儀表性能準確、靈敏、可靠、耐用。實踐證明對儀表的功能元件采用涂覆、加隔離液或襯里等防腐措施，常常會降低儀表的準確性、靈敏度和可靠性。因此，根據各種儀表的功能特性和使用環境的腐蝕性，正確設計和正確選擇儀表用耐蝕材料以及改進工程、工藝設計、控制工藝環境等對儀器儀表的防腐蝕是切實有效的措施。目前我國對化工儀表防腐蝕方面的研究還存在許多薄弱環節。對于相關儀表材料的選擇，自控儀表工程師常常只是簡單的查閱一些說明書或教科書，參考其所列出的相關材料的適用范圍進行選擇，對于非常重要的執行機構往往也只是參考說明書上所列出的適用工藝條件，便做出最終判斷。對于選擇這樣的儀表（包括調節閥等執行機構）在此工藝條件下究竟能夠使用多久，如何進行使用壽命的計算至今尚無相關資料的詳細論證，此外，如何解決調節閥的汽蝕和閃蒸問題，更是缺少理論上的分析論證。對整個儀表專業而言，缺少一些較為全面系統的對實際工作有指導意義的綜合性分析資料。

三、化工儀表腐蝕失效分析

化工儀表的腐蝕是指構成儀表零部件的金屬或非金屬材料，由于物理作用、機械作用、化學或電化學作用引起的侵蝕和腐蝕現象，通稱為化工儀表的腐蝕。研究化工儀表的防腐蝕問題的目的是通過分析化工儀表的腐蝕類型、機理及其危害，通過實驗分析，查找影響化工生產，尤其是氯堿生產和聯堿生產中所使用的化工儀表的主要腐蝕因素及其解決方法，從而實現提高儀表的防腐蝕性能，保證測量控制精度，用自動化來提高生產效率的目的?；x表的主要腐蝕類型是電化學腐蝕、化學腐蝕及由于物理、機械作用造成得對儀表材料的侵蝕。

1電化學腐蝕

電化學腐蝕是化工儀表在腐蝕環境中失效的最主要原因，是指構成化工儀表的金屬材料與被測介質或者大氣等發生電化學作用而引起的腐蝕，其特點是腐蝕過程中伴隨有電流產生，相關數據表明，金屬的腐蝕大多由電化學腐蝕所致。

1）介質腐蝕。介質腐蝕是一種最常見的電化學腐蝕。例如化工生產過程中酸、堿、鹽溶液對儀表材料的腐蝕。

2）大氣腐蝕。大氣腐蝕的本質也是一種電化學腐蝕。其腐蝕過程發生在金屬表面的一層薄薄的冷凝膜中，主要表現為當冷凝液膜溶有及氯化物鹽類等時，對儀表電子元件及其電路板、連接線路等的腐蝕。

2化學腐蝕

指儀表材料與干燥高溫氣體或非電解質溶液苯、乙醇等發生化學作用所引起的腐蝕。儀表材料在石化生產裂解裝置和硫鐵礦沸騰爐中的腐蝕就是一種非常典型的化學腐蝕。

3由于物理、機械作用造成對儀表材料的侵蝕。

例如在合成氨生產中，高壓閥芯受到汽蝕而產生的破壞。再如儀表用非金屬材料如塑料氣源管受大氣或介質作用引起的溶解、溶脹。

四、化工儀表防腐方法

在實際生產過程中，腐蝕因素的存在，造成儀表故障率頻繁發生。如果企業僅通過頻繁更換儀表的方式來保證生產設備自動控制系統的正常運行，會大幅度增加企業的運營及維護成本。因此，化工企業應該積極采用多種儀表防腐蝕措施。綜觀國內外研究狀況，對于儀表的防蝕技術而言，目前普遍采用的方法有以下幾種：

1.有針對性地選擇耐腐蝕金屬或非金屬材料制造防腐蝕儀表的零部件，這是化工儀表防腐蝕的根本方法。例如，擔膜片的變送器用于氯氣的工況測量，工作壽命可在1年以上。

2.選擇合理的結構設計以及采用先進的加工工藝，也是提高儀表防腐蝕性能的重要途徑。例如，用于合成氨的高壓調節閥在采用多級減壓調節方式后在生產過程中明顯體現出抗汽蝕，使用壽命長的特點。

3. 對儀表的零部件采用涂覆、包、襯等方法進行保護，提升儀表的防腐蝕能力。例如涂覆方法，涂覆防腐成本較低，操作簡單，應用范圍較廣，是化工儀表防腐的一種有效方法，但是由于化工儀表對涂覆材料要求較高，因此，需要加大對防腐材料的研究，在做到儀表防腐的同時，同時保證儀表的正常運行。

4.穩定工藝生產對提高儀表防腐蝕性能非常重要。在工藝生產過程中需要選擇合理的檢測方法和檢測點，并應用于適當的工況，例如在對氯氣的檢測中，如檢測點處于易積水的管段，則會大大增加儀表受腐蝕的程度。

5.隔離防腐法，除了采用以上方法提高化工儀表防腐蝕性能外，還應盡量做好儀表檢測單元與腐蝕性介質的隔離設計。首先可以采用放射性、超聲波、光輻射等檢測儀表，此時可完全避免儀表被介質腐蝕破壞。其次，采用隔離裝置、隔離膜片、隔離液和其它隔離措施，都可以使儀表檢測部份與介質隔離，達到防腐蝕效果。隔離防腐是儀表防腐的有效方法，根據實際工況的不同和測量控制的需要，我們可采取加隔離液、吹氣、加保護層等方法有效地防止或減緩儀表的腐蝕。

五、化工儀表防腐設計的發展方向

化工儀表是自動化系統檢測控制的核心部件，儀表的失效主要是由腐蝕引起的，因此儀表的腐蝕問題日益受到關注。我們可以根據具體工況進行分析，選擇適當的儀表材料等方式來防止或減輕儀表的腐蝕，并在實際生產中采取相應對策來保證自動化儀表的正常運行。首先，尋求既耐腐蝕又比較經濟的耐腐蝕材質來制做儀表的功能元件，以獲得較高的性價比。其次，尋求針對工藝條件的測量方式，如用超聲波測量液柱等。第三，注重先進的工藝設計，對儀表進行合理的結構改造。

綜上所述，要解決化工儀表的腐蝕問題，可通過分析相關腐蝕類型中的主要腐蝕因素，通過儀表材質的選取，工藝結構的改進，提高儀表的防腐蝕性能，同時，可通過數學方式，結合實際測量數據，建立在一定條件下的腐蝕率關系式，并由此分析出儀表在特定環境的使用年限，為儀表的抗腐蝕和化工生產的正常進行提供可靠的依據和保證。

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