化工設備管道腐蝕原因及防腐措施淺析

朱鵬程 胡鴻

摘要：在化工生產過程中，設備的腐蝕問題對于生產企業一直都是重點關注的領域。在化工產品生產過程中會有大量的腐蝕性介質（氣體或者液體）或化學物質出現在生產工藝流程中，這些腐蝕性氣體長時間和設備發生接觸后，設備的表面就會出現銹蝕、腐蝕的情況。情況嚴重時還會對裝置安全、人身健康造成重大威脅與危害，因此設備的防腐蝕管理對于保證企業的安全生產有著重大意義。

關鍵詞：化工;機械設備;腐蝕原因;應對措施

一、化工設備常見的腐蝕原因

設備材料原因

在對于設備的腐蝕原因分析中，設備自身的結構和材料也是影響腐蝕情況的因素之一，具體如下：

（1）設備材質選型使用不當

設備材料使用不當通常是在安裝或檢修的過程中，維修安裝人員沒有選擇合適的材料來進行替換或使用。有的檢修人員甚至使用銹跡、不耐腐蝕的材料對原材料部件進行替換，從而導致腐蝕的加劇。另外檢修人員對設備管道的安裝維修要求標準太低，比如不銹鋼的管道、安裝的卻是碳鋼或者其他材質的緊固件，和設備本身的材料不一致，也會出現滲碳腐蝕的現象。因此要選擇適合的材料配件，避免因為材料的差異發生氧化還原反應，加快設備管道的腐蝕。

（2）材料備件管理混亂

由于化工設備在生產裝置中總會接觸一些的腐蝕性氣體。不同的設備材料如果放置、保管、存儲不當就會長期與空氣中的腐蝕性氣體接觸，發生一系列的氧化還原反應，久而久之，腐蝕情況越來越嚴重。因此對于設備零件、管道配件等材料需要妥善保管，避免此類情況發生。

（3）設計構造有缺陷

對于設備而言，初期的結構設計對于整個設備的運行情況有著至關重要的作用。結構設計影響著設備整體的承重能力和關鍵節點的使用耐久程度。一旦出現結構設計不良，會導致設備出現故障和銹蝕的情況大幅增加。

1.2化工生產中的化學腐蝕

由于化工生產的過程會有大量的腐蝕氣體產生，如鹽酸氣體、氯化氫氣體等。這些氣體和化學試劑都會和設備表面進行接觸從而對金屬表面產生腐蝕。如果維護不當，長時間使用后會導致鍍層的脫落，進而對設備本身造成腐蝕。

1.3化工產品生產中氣液流動速度

另外由于設備和腐蝕性氣體/液體接觸是不可避免的。在生產環節中，這些氣液的流動速度也會影響著設備的腐蝕情況（通常情況下，流速和腐蝕速度成正比）。

二、化工機械設備腐蝕的應對措施解析——以保溫層下的腐蝕（CUI）與防治為例。歐盟統計數據表明：在過去35年中，超過20%的重大事故是由于CUI問題引起的。

2.1保溫層下腐蝕的概念

保溫層下腐蝕（CUI）是在保溫層（保冷層、人員防護層、耐火材料）下所有形式的基體材料腐蝕。 它的形成機理是濕氣積聚在具有保溫層設備的外表面。而濕氣來源大部分是雨水侵入、冷卻塔附近、蒸汽放空附近、雨淋滅火系統附近、蒸汽伴熱損壞等多種形式; 保溫層下腐蝕（CUI）的特點是：不易預測（保溫層破損位置與腐蝕發生位置不同）; 腐蝕速率高（腐蝕速率會根據實際條件加劇，如氯化物、硫化物）;檢測困難（檢測位置不易到達，如位于高處，需要準備腳手架）。

2.2保溫層下腐蝕原因

溫度影響腐蝕反應的速率。一般情況下，在電化學腐蝕中，腐蝕速率會隨著溫度的升高而增大。但是，由于溫度升高加快了水蒸發的速率從而導致金屬表面的水分減少，反而減緩了腐蝕的發生。電解質溶液的濃度會隨著溶劑的減少而增大。此外，高溫還會引起材料其他性能的變化，比如降低致密性等。實驗研究表明，腐蝕發生的速率還與系統的封閉性有關：如果在開放的水系統環境中，溫度會降低金屬腐蝕速率;而在密閉系統中，情況則相反。

數據表明，保溫層下的金屬腐蝕速率會隨著時間的推移而加快，設備五年之后的腐蝕速率會呈倍數增加。保溫層下腐蝕一直是煉油化工行業難以避免和發生頻率較高的腐蝕事件，而且由于其隱蔽性，導致無法及時發現并維修，因而易造成無法挽回的損失。在煉油化工行業中有時為了增加美觀，需要在保溫層材料外面鍍一層鋅鐵皮或鋁皮，但是，由于金屬層的覆蓋掩蓋了保溫層下的腐蝕現象，所以經常會導致事故的發生，尤其是當保溫層下出現冷凝水時，會大大加快腐蝕速率，造成安全事故。對于煉油化工行業而言，保溫層下的腐蝕除了具有共性之外，還有其特殊性，這主要是因為石化行業涉及到的工藝和流程非常多，一旦遇到故障就會停工維修，因而導致保溫層下的鋼結構要經歷多次往返預熱的過程，而熱循環會降低高溫涂料的壽命，尤其是傳統的材料。這是因為各種材料的膨脹系數不同，因而遇熱膨脹的程度也不同，因而會增加涂層的內應力，增大材料的腐蝕程度，從而使設備失去第一道也是最重要的一道防護措施。

2.3選擇合適的防腐涂料

在保溫層金屬表面涂防腐涂料會有效減少保溫層下的腐蝕，因此，在選擇涂料時一定要注意，所選的材料要具有良好的抗腐蝕性、耐酸性等，并且對于不同的材料也應該選擇不同的防腐涂料，以增加保溫層金屬更好的防腐效果。比如對于不銹鋼保溫層，由于不銹鋼會與氯化物及含有鋅、鉛、銅及其化合物的物質發生反應，因此在選擇涂料時應該避免這些物質。而對于碳鋼設備的表面涂料，要做好保溫層表面的處理工作，而且，碳鋼設備表面限制使用無機富鋅涂料。

2.4正確選用設備材質和保溫材料

一般情況下，會采用保溫材料的吸水性來評價其材料性能的好壞。金屬的腐蝕需要潮濕的環境，因此，對于保溫材料的選擇，也分疏水性和親水性兩種。優質的保溫材料應該是只含少量的水分，并且易于揮發干燥的材料。保溫材料由于具有保溫性能，因此其導熱系數大，在吸水后材料會膨脹，因而接觸到設備，從而引起腐蝕。部分保溫材料性能列于表1：

從表1可知，泡沫玻璃幾乎沒有吸濕性，而且結構呈蜂窩狀，因而表面積大，是一種性能優良的保溫材料。相比而言，珍珠巖的吸濕性稍大一些，但卻可以在某種情況下替代泡沫玻璃。同時也可以參考以下實驗研究，通過謹慎選取保溫材料或設備材質以減緩腐蝕速率：

（1）在保溫材料中，海泡石中含硫酸鹽較多，而硅酸鋁纖維、聚氨酯則含硫酸鹽量較少。

（2）含氯離子、氟離子較高的復合硅酸鹽由于會和不銹鋼中的成分發生作用，因而不能用于不銹鋼管道或設備的保溫材料。

（3）海泡石、復合硅酸鹽由于對金屬腐蝕性最大，因此，在選擇保溫層材料是應該謹慎。

（4）對碳鋼的腐蝕速率大小為：復合硅酸鹽>玻璃棉>巖棉>硅酸鋁。

（5）保溫材料的提取液pH值都在7～9，常用保溫材料的PH值比舊的略高。

（6）現場保溫材料的提取液中電導率最大的是海泡石、復合硅酸鹽和超細玻璃棉，其腐蝕性也最大，最小的是硅酸鋁、泡沫玻璃和聚氨酯。因此，在選擇保溫材料時除了考慮材料的物理性能，還要綜合考慮管道或設備的特殊性，針對具體環境進行選擇，在保證保溫材料發揮保溫作用的基礎上，提高金屬或設備的抗腐蝕性。

三、結論

煉油化工行業采用保溫層后，對節能降耗和環境保護起到了非常大的效果，但是也發生了無可避免的腐蝕問題。為了避免這種“看不見”的腐蝕對煉油化工行業造成的損失，需要從最基本的保溫層下腐蝕反應機理開始進行理論研究和實驗，通過保溫材料與管道材質的互相影響效果及保溫材料的合理選用等方面考慮，降低其腐蝕速率，使其對設備管道的腐蝕性最小，以減少生產事故的發生。

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