石化設備大氣腐蝕與防護技術的發展

徐慶梅

（大慶石油工程監理有限公司，黑龍江 大慶 163000）

0 引言

大氣腐蝕為設備或物質等與大氣環境相互接觸而發生的性能改變。一般物質腐蝕包含三要素：材料、腐蝕介質、腐蝕環境。本文針對大氣環境下的石化設備腐蝕進行了全面分析和探討。眾所周知，石化設備腐蝕問題是當下較為嚴重的問題，由于鋼材料在整個設備中的使用比例較高，在石化設備腐蝕的各種表現來看，金屬腐蝕問題最為突出。相關統計數據表明，當下世界年腐蝕鋼鐵比例占年總產量的30%，而其中約三分之二的廢鐵可再次利用。腐蝕問題的危害已經日益突出，對企業和廠區的負面作用不容忽視，易引發設備損失、原料流失等諸多問題，造成巨大經濟損失。因此，加強石化設備大氣腐蝕防護分析是十分有必要的。

1 大氣腐蝕影響因素

大氣腐蝕影響因素較多，主要與石油化工廠區當地氣候條件有關，包括溫度、濕度、降雨量、固體顆粒等。

1.1 相對濕度和氣溫

相關實踐經驗表明，當地環境溫度、相對濕度對設備腐蝕的影響較為突出。大氣腐蝕屬于一種水膜作用下的化學反應，水膜的形成與大氣相對濕度具有較高的相關性。不同金屬在相應濕度范圍內具有差別化的腐蝕速率，一般將大氣腐蝕速率顯著增加的濕度數值稱之為臨界濕度。結合大氣中腐蝕成分的差異，鋼材料臨界濕度為70%左右。當地濕度低于這一數值狀況下，大氣腐蝕作用較低，反之在相對濕度高于臨界濕度狀況下，適度影響便顯著增加。此外，氣溫的升高會加速大氣腐蝕速度，溫升為10℃狀況下，反應速度增加2倍。

1.2 降雨量

降雨量的影響作用表現如下：一方面降雨增加了當地相對濕度，使腐蝕效應相應增加；另一方面雨水融入大氣污染物，包括硫離子、氯離子等，會促進金屬腐蝕效應。但是值得注意的是部分地區的雨水具有沖刷表面灰塵、污染物的作用，可減緩液膜腐蝕過程。

1.3 有害氣體和固體顆粒物

在石化設備大氣腐蝕分析中，必須考慮工業運行的負面影響，其排放的硫化物、氮化物、氨氣等腐蝕性氣體較多，以二氧化硫的腐蝕作用最為突出。上述氣體在液膜中具有較高溶解度，容易與金屬發生化學反應或者促進水膜酸化，均會增加腐蝕速度。其成分以碳化鹽、氮化物和銨鹽等固體顆粒為主，在沿海地區的石化企業中可能還會含有無機鹽。固體顆粒對大氣腐蝕作用包括下述幾種形式：一是顆粒具有可溶性、腐蝕性，引發作用；二是顆粒無腐蝕作用，但是能吸附腐蝕性物質，如炭顆粒無腐蝕作用，但是吸附二氧化硫后產生危害；三是顆粒沉積在金屬表面，吸附水分，形成氧濃差作用導致縫隙腐蝕作用。

2 大氣腐蝕的防護措施

2.1 涂料涂裝

當下石化設備大氣防腐中最為常見的措施便是表面涂漆處理，可顯著降低大氣腐蝕作用。涂料保護機制如下：涂料在金屬表面形成致密薄膜，從而將大氣環境和金屬材料分割開來，降低腐蝕作用發展速度；涂料中的色素和金屬材料接觸發生化學反應，從而鈍化金屬表面，起到隔離大氣環境的功效；涂料內部含有活性高的物質，如鋅，從而起到犧牲陽極的保護作用。

涂料涂裝在進行設備大氣防腐中，金屬表面的前期預處理和涂裝系統工程等較為關鍵。表面清潔度必須達到預期要求，降低附著力不強的負面影響。當下預處理方法較多，包括手工清刷、化學處理等。此外，防腐蝕處理中必須考慮涂層體系的作用效果，一般包括面漆、中間漆和底漆三部分。底漆直接作用于基體表面，因此必須具有耐水性強、附著力強的優勢；中間漆需要具有良好的結合作用，避免凝聚力不足引發的開裂；面漆則起到防護功效，降低氧氣和水腐蝕作用。

國外早期開發的腐蝕涂料包括乙烯基涂料、環氧/胺涂料和氯化橡膠涂料。上世紀70年代以來腐蝕涂料的進展較為迅猛，逐步形成了新型涂料體系，包括環氧富鋅、聚氨酯和丙烯酸等多種涂料。石化行業中還包含陶瓷涂料、靜電防腐涂料等。

2.2 耐腐蝕材料

金屬防腐首先需要考慮合理的耐腐蝕材料材質，還需要兼顧材料的成本費用問題。當下石化設備的大氣防腐處理中，設備中大部分是碳鋼材料。美國材料協會針對長期暴露的Cu、P等進行了大氣腐蝕作用分析；德國也針對Cu、Cr、Mo等元素為主的材料進行耐腐蝕作用分析。眾多暴露試驗表明，含有Cu、Ni、P的Cor-Ten鋼較傳統碳鋼具有更高的耐腐蝕效果。

2.3 緩蝕劑

石化設備大氣腐蝕處理中經常采用氣相緩蝕劑進行防護處理，該物質屬于常溫下可自動揮發氣體，氣體吸附在金屬表面可以有效的降低金屬腐蝕速率。氣相緩蝕劑是石化設備干法防銹蝕主要保護手段，具有簡單便捷、擴散快、無需多次清洗的優勢。緩蝕劑主要是借助礦物油為原材料，添加油溶性物質和輔助劑后制備所得，包括抗氧化劑、消融劑等，防銹油脂的作用效果十分突出，可采用噴涂或涂刷的方法將其敷與金屬表面，從而達到隔離空氣的功效，是當下鋼制電器設備、儀表材料和螺栓組件中較為常見的防腐手段。

3 結語

對石化設備而言，大氣腐蝕作用是無法完全規避的，及時了解大氣腐蝕影響因素、防護方法才可從根本上解決防腐問題。一方面需要加強當地大氣環境的保護，盡量降低腐蝕性物質的含量，這對環境保護、防腐處理等均具有較好的功效；涂料涂裝是解決大氣防腐的常見方法，增加防腐蝕涂裝工程相關技術人員的培訓，促進其快速開發低成本、低污染、高性能材料等是未來工作的重點。