化工材料的腐蝕與防護

陳果

摘 要：通過了解腐蝕與防護的相關內容，總結了一些有關腐蝕與防護的基本要點，并擬將其應用于以后化工生產當中，以進行正確的設備選材，合理的結構設計，并根據實際使用情況對腐蝕選取最佳的預防措施，用以減少因腐蝕而引起的經濟損失，人員傷亡，環境危害，資源浪費等情況。同時，還能促進新技術的發展，減少自然損耗。

關鍵詞：腐蝕；防護措施；化工設備

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.028

1 材料腐蝕與防護內容基本介紹

材料腐蝕是材料受環境介質的化學、電化學和物理作用產生的損壞或變質現象，因此腐蝕也包括化學、電化學與機械因素或生物因素的共同作用。其具有自發性、普遍性和隱蔽性的特點。

1.1 腐蝕的分類

由于材料腐蝕是一個十分復雜的過程，材料構件、化學成分、表面狀態等差異，所處環境的不同，以及不同的受力狀態，所以存在著各種不同的腐蝕分類方法。

（1）根據材料的類型：可分為金屬材料和非金屬材料的腐蝕；

（2）根據腐蝕的反應機理可分為化學腐蝕和電化學腐蝕；

（3）根據腐蝕過程進行的條件，可以把腐蝕分成高溫腐蝕和常溫腐蝕。

對于金屬材料，根據材料所處的環境狀態可將腐蝕分為：

（1）在自然環境中的腐蝕：大氣腐蝕、土壤腐蝕、淡水和海水腐蝕、微生物腐蝕；（2）在工業環境介質中的腐蝕：在酸性溶液中的腐蝕、在堿性溶液中的腐蝕、在鹽類溶液中的腐蝕、在工業水中的腐蝕、在熔鹽中的腐蝕、在液態金屬中的腐蝕。

根據腐蝕形態可將腐蝕分為：

（1）全面腐蝕：均勻全面腐蝕、不均勻全面腐蝕；（2）局部腐蝕：電偶腐蝕、點蝕、縫隙腐蝕及其特例絲狀腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕；（3）在力學和環境因素共同作用下的腐蝕：氫致開裂、應力腐蝕斷裂、腐蝕疲勞、磨損腐蝕。

對于非金屬材料分為高分子材料的腐蝕和無機材料的腐蝕。

1.2 材料防護的基本途徑

提高材料本身的耐蝕性、改變環境、采用涂鍍層和表面改性、將材料與介質隔開、采用電化學保護、正確的選材和合理的設計。

1.3 金屬的電化學腐蝕

金屬的電化學腐蝕的實質就是在浸入電解質溶液中的金屬表面上形成了腐蝕原電池。

根據構成腐蝕電池的電極尺寸大小可將腐蝕電池分為兩大類：

（1）宏觀腐蝕電池：異種金屬浸于不同的電解質溶液中、異種金屬在同一腐蝕介質中相接觸、濃差電池、溫差電池；

（2）微觀電池：金屬表面化學成分不均勻引起的微觀電池、金屬組織不均勻性構成的圍觀電池、金屬表面物理狀態的不均勻性構成的微觀電池、金屬表面膜不完整構成的微觀電池。

根據發生腐蝕的機理可分為：

（1）析氫腐蝕。以氫離子還原反應為陰極過程的金屬腐蝕稱為析氫腐蝕。

（2）吸氧腐蝕。以氧的還原反應為陰極過程的腐蝕稱為氧還原腐蝕或者吸氧腐蝕。

1.4 金屬的鈍化

金屬表面形成了一層極薄的鈍化膜，使金屬由活化態變成鈍態，這一現象稱為鈍化現象。

2 化學工業中的腐蝕與防護

化學工業是基礎性工業，主要包括各種酸、堿、鹽的生產，其產品又是其他工業的原料，在化學工業中，以硫酸、硝酸、鹽酸、氫氟酸、甲酸、醋酸及磷肥、食鹽制成堿和尿素合成等生產介質的腐蝕性最強，設備腐蝕嚴重，常常造成很大的經濟損失。

2.1 化學工業中常見腐蝕現象

（1）在化學工業中，表面易鈍化的金屬材料以及有陰極性鍍層的金屬（不銹鋼、鋁合金），由于特殊離子（如Cl-、Br-、I-）在其表面不均勻吸附導致鈍化膜不均勻破壞而誘發點蝕，從而造成不銹鋼受到大規模腐蝕，使設備的使用壽命縮減，甚至出現溶液滴、漏，污染環境等危害。

（2）在設備的不同構件之間的連接，如金屬和金屬之間的鉚接、搭焊、螺紋聯接，以及各種法蘭盤之間的墊襯等金屬之間的接觸，或者在金屬表面有沉積物、附著物、涂膜等時出現的縫隙腐蝕使金屬聯接處出現縫隙，造成液體的泄露等。

（3）二氧化碳氣提法尿素合成裝置的高壓甲銨冷凝器換熱管上端高溫區殼程氣體壓力比管程水壓大，使殼體與管束同時受到一個拉應力并且處于高濃度介質環境，又由于材質含C量略高，造成碳化鉻更容易析出，使晶界附近貧鉻，發生晶間腐蝕，使應力腐蝕孕育期縮短，使得最后設備發生應力腐蝕破裂。

（4）熱電廠渦輪葉片正常工作時受到離心力和彎曲應力。起停時，載荷發生波動，葉片表面干濕交替，冷凝蒸汽溶解大量的氯化物鹽，沉積在葉片上，發生腐蝕，停機時，氧氣和二氧化碳溶解于酸性鹽中，加強腐蝕。二氧化硅粒子沖蝕造成葉片出現縫隙，導致縫隙腐蝕，Cl-進一步促進縫隙腐蝕導致裂紋，裂紋尖端應力集中，最終在腐蝕性環境的聯合作用下，發生腐蝕疲勞失效。

（5）鈦和18-8不銹鋼在稀硫酸中活性腐蝕，并析出氫氣；在磷復肥生產中由于介質腐蝕和磨蝕聯合作用導致料漿泵損壞嚴重，不能維持正常生產；醋酸生產中，丁烷氧化處理后的第二冷凝器由于腐蝕嚴重報廢；尿素合成由于介質腐蝕嚴重，設備損壞相當嚴重等等。

2.2 腐蝕的防護

（1）設備進行合適的選材以及合理的設計，以提高材料本身的耐蝕性。（2）改變環境，降低環境的腐蝕性，例如除去大氣中的SO2，在水溶液中除氧氣，在環境中加入緩蝕劑等。（3）采用鍍層和表面改性，采用金屬鍍層、非金屬鍍層和改變材料的表面結構，使材料表面具有耐蝕性。（4）將材料與腐蝕介質隔開，采用襯里，防銹油，防銹紙等。（5）采用電化學保護，通過陰極極化降低氧化反應速度，或通過實現陽極鈍化來達到防腐目的。

3 化學工業中腐蝕科學技術的發展

（1）利用所學知識，加上創新，開發和應用新的耐蝕合金、非金屬材料及防護技術。（2）普及腐蝕科學知識。（3）應用腐蝕檢測和監控技術。（4）對化工失效設備進行原因分析，來降低腐蝕率。（5）深入研究腐蝕機理。

4 總結

通過學習腐蝕與防護課程，對腐蝕的類型以及原理的掌握能夠對化學工業設備的腐蝕進行有效分析，可減少化工行業、石油化工、造紙行業中，金屬腐蝕造成設備的跑、冒、滴漏造成大量有毒物質的泄露，所以，研究與與解決材料的腐蝕問題與環境污染和保護人民健康息息相關。endprint