淺析化工機械設(shè)備腐蝕原因及防腐措施

熊東 李連峰 方磊 周峰

(武漢有機實業(yè)有限公司，湖北 武漢 430000)

1 引起化工機械設(shè)備腐蝕的原因

化工機械設(shè)備腐蝕主要指的是設(shè)備在使用過程中長期接觸水、空氣，含有酸、堿、鹽之類的介質(zhì)，從而發(fā)生化學反應(yīng)，致使設(shè)備遭受腐蝕，引起設(shè)備表面或者尺寸發(fā)生改變，嚴重的會使設(shè)備無法正常運行使用。這種腐蝕在化工企業(yè)生產(chǎn)過程中是非常常見的，要想預防化工機械設(shè)備腐蝕的出現(xiàn)，首先要分析這種現(xiàn)象形成的原因。

由于不同設(shè)備的材料質(zhì)地不同，使用環(huán)境的不同，如：溫度或濕度等，對不同介質(zhì)的腐蝕效果也不同。雖然機械設(shè)備以金屬材料居多，但較為高級的金屬材料制成的設(shè)備比一般金屬材料抗腐蝕能力較強；機械設(shè)備中活動頻率較為高的零部件或者機械設(shè)備連接處也易受腐蝕，例如，設(shè)備軸承活動處、設(shè)備配合間隙、設(shè)備溝縫角落處等，腐蝕速度比同一設(shè)備的其余位置抗腐蝕能力也較差。對于一些表面光潔度較差較為粗糙的化工機械設(shè)備抗腐蝕能力也比表面光滑，有鍍鎳、鍍絡(luò)等鍍層的設(shè)備差。當設(shè)備的結(jié)構(gòu)較為復雜，零部件較多，或者沒有外殼保護，機械活動部位暴露在外時，容易積液積塵，也就更容易遭受腐蝕[1]。

而在化工領(lǐng)域生產(chǎn)過程中，其生產(chǎn)環(huán)境大多都是具有腐蝕性質(zhì)的介質(zhì)，相關(guān)的化工機械設(shè)備相比一般行業(yè)中更容易遭到腐蝕。因為化工生產(chǎn)企業(yè)諸如生產(chǎn)酸、堿、鹽等，都是其必定會接觸到的物質(zhì)，而這些物質(zhì)的種類、強度、含氧量、溫度等也影響著腐蝕程度的快慢。由于一般情況下，溫度變高時化學反應(yīng)變快，所以相對應(yīng)的腐蝕速度也會加快，根據(jù)研究可以得出，環(huán)境溫度每提升10℃，化學反應(yīng)速率最大會加快3倍，對應(yīng)接觸的機械設(shè)備腐蝕速率也會加快；而介質(zhì)與機械設(shè)備表面或者內(nèi)部接觸時，流動速度的快慢也與其腐蝕程度正相關(guān)，再加上溫度升高，氣體介質(zhì)活潑性增強與機械設(shè)備接觸面積增大。對設(shè)備外表不斷沖擊，破壞其保護膜，從而造成腐蝕。

2 化工機械設(shè)備的防腐研究

2.1 選用合理的材質(zhì)制造設(shè)備

現(xiàn)階段市場流行制作機械設(shè)備的材料大多為碳素鋼，成本低，貨源廣，方便制造，是一般生產(chǎn)環(huán)境下的首選材料。而由于化工行業(yè)的特殊性，高強度的腐蝕環(huán)境下，以碳素鋼為原材料制成的機械設(shè)備不再適用。例如Q235鋼、45鋼，在酸性介質(zhì)環(huán)境下腐蝕速度相當高，雖然設(shè)備定期進行維護和保養(yǎng)，但難免會有鍍層出現(xiàn)脫落或者磨損，其破損處就會產(chǎn)生化學反應(yīng)，形成腐蝕并不斷向外擴展變大，致使機械設(shè)備使用壽命降低，因此化工行業(yè)需要選擇更耐腐蝕的原材料制成的機械設(shè)備，例如，304不銹鋼、09MnCuPTi等合金鋼料。這類材料制成的設(shè)備在初期采購時的價格會更高，但是長期的使用其經(jīng)濟成本遠低于普通材料，據(jù)研究調(diào)查顯示，合金鋼料制成的機械設(shè)備在同等腐蝕環(huán)境下的使用壽命是普通鋼材的兩至三倍，總體經(jīng)濟成本較為合理。

2.2 設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工藝的防腐設(shè)計

在化工生產(chǎn)行業(yè)中，機械設(shè)備設(shè)計制造的合理性也會影響著其受腐蝕程度。設(shè)備設(shè)計的過于繁雜，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)過多的溝縫死角都會導致機械設(shè)備運作時出現(xiàn)應(yīng)力集中、熱傳導、積液積塵、鍍膜劃傷或脫落等，引起局部出現(xiàn)腐蝕，進而致使腐蝕面積增大，減少設(shè)備的使用壽命。因此，在設(shè)計和制造化工行業(yè)的機械設(shè)備時，就應(yīng)當考慮其結(jié)構(gòu)合理性，即：結(jié)構(gòu)簡易，形狀簡單；考慮機械配合運動時摩擦造成的表面受損；除非特殊必要，盡量采用同種金屬材料，以免發(fā)生電化學反應(yīng)造成的腐蝕；減少不必要的溝縫死角；選擇合理的結(jié)構(gòu)以便防銹涂層隔離腐蝕性介質(zhì)；避免出現(xiàn)有可能積水的凹處，如有必要應(yīng)設(shè)計排水口；在部件配合連接處應(yīng)當考慮應(yīng)力集中和熱應(yīng)力集中，防止后期使用過程中造成防腐層脫落或磨損；為防止出現(xiàn)縫隙腐蝕，應(yīng)當考慮部件連接處的連接形式：盡量不采用鉚接，鉚接的連接部位會產(chǎn)生露點或者縫隙，易于在腐蝕環(huán)境下的積液積塵，應(yīng)當采用縫焊、連續(xù)焊接或者填角焊接的方式，使兩個需要配合的部件緊密連接無縫隙。只有遵循合理的設(shè)計及制造方式，才能使化工機械設(shè)備減少容易遭受腐蝕的部位，減少腐蝕帶來的成本。

3 其他有效的防腐措施

3.1 增加金屬鍍層，隔離腐蝕介質(zhì)

一般來說，制造業(yè)生產(chǎn)的金屬產(chǎn)品根據(jù)使用環(huán)境大多會在其表面均勻地噴上一層鍍層，有鍍鋅、鍍鎳、電鍍等抗腐蝕金屬或不受腐蝕的非金屬涂料，或者在工藝上對材料進行正火處理或氧化處理，以達到機械設(shè)備和腐蝕介質(zhì)隔絕[2]。防腐蝕鍍層是在設(shè)備表面可以和介質(zhì)接觸的部分形成一層均勻、致密的保護膜，隔斷機械設(shè)備與腐蝕介質(zhì)的接觸，避免化學反應(yīng)的產(chǎn)生，造成化學腐蝕。較為常見的隔離保護層有金屬保護層，大多應(yīng)用噴鍍或電鍍的方式在機械設(shè)備金屬外殼表面噴上一層均勻、致密的合金或者特殊金屬。電鍍噴涂是指將高溫融化下的金屬用壓縮空氣吹成霧狀粉末迅速的噴吹到已經(jīng)經(jīng)過處理的零件上，在其表面形成金屬鍍層。運用噴涂方式制成的金屬鍍層和機械部件配合緊密，有效的防護了機械部件免受介質(zhì)腐蝕，提高使用壽命。

3.2 應(yīng)用緩蝕劑

緩蝕劑也可稱為腐蝕抑制劑。顧名思義，一種可以使得機械設(shè)備的金屬部件在腐蝕環(huán)境下減慢腐蝕速度的材料，這種保護金屬的方法稱之為緩蝕劑保護法，多用于中性介質(zhì)、酸性介質(zhì)和氣體介質(zhì)(氣相緩蝕劑)。一般來說，該材料由一種或者多種化學品混合而成，在化工行業(yè)主要應(yīng)用于機械設(shè)備化學清理保養(yǎng)或冷卻設(shè)備的防腐蝕，如清理鍋垢、容器管道等，不僅價格低廉，效果明顯，也能夠提升設(shè)備的防腐蝕能力。

3.3 生產(chǎn)環(huán)境的防腐蝕處理

生產(chǎn)環(huán)境的防腐蝕處理主要是機械設(shè)備生產(chǎn)使用在不同環(huán)境下通過改變與其接觸的介質(zhì)屬性來達到防腐的效果[3]。生產(chǎn)環(huán)境防腐處理主要分為以下幾點：通過應(yīng)用其他化學反應(yīng)去除環(huán)境中的腐蝕性介質(zhì)或者改變環(huán)境中腐蝕性介質(zhì)的性質(zhì)，例如使用脫氧劑或者除濕劑去除環(huán)境中的水分、氧氣等其他影響腐蝕機械設(shè)備的成分。通過脫氧劑去除空氣中的養(yǎng)分，避免生產(chǎn)環(huán)境中的其他化學成分與氧氣結(jié)合，從而氧化腐蝕機械設(shè)備。通過除濕劑降低空氣中的濕度和多余的水分子，尤其減少機械設(shè)備內(nèi)部的水分子產(chǎn)生的腐蝕。對機械設(shè)備表面涂抹防腐劑，例如：硫基苯、亞硝酸鹽等，需要注意的是，防腐劑的用量和濃度要根據(jù)實際情況來選擇。

3.4 陰極保護和陽極保護防腐法

陰極保護法和陽極保護法原理是根據(jù)機械設(shè)備原材料實際情況添加相應(yīng)的金屬或者合金，與機械設(shè)備形成原電池，犧牲添加物質(zhì)，從而達到對機械設(shè)備的防腐效果。對于活潑金屬等材料構(gòu)成的機械設(shè)備，在設(shè)備外部添加陽極電流，通過陽極鈍化，從而保護設(shè)備免遭腐蝕。犧牲陽極的陰極保護法，即犧牲陽極保護法[4]，即將還原性較強的金屬作為保護極，與被保護金屬相連構(gòu)成原電池，還原性較強的金屬將作為負極發(fā)生氧化反應(yīng)而消耗，被保護的金屬作為正極就可以避免腐蝕。

4 結(jié)語

綜上所述，在當今這個對化工產(chǎn)品需求日益增加的環(huán)境下，減少腐蝕機械設(shè)備帶來的損失，對于化工行業(yè)的企業(yè)來說，無疑是降低生產(chǎn)成本的好方法。全面分析化工機械設(shè)備本身的原因和生產(chǎn)環(huán)境的原因，選用適合自身生產(chǎn)環(huán)境的材料制成的和設(shè)計制造更防腐的機械設(shè)備，在已經(jīng)投入使用的機械設(shè)備上，采取增加金屬保護層、使用緩蝕劑、做好環(huán)境防腐等，必要時可采取陰極保護法或犧牲陽極保護法，都能降低或減少化學腐蝕給化工行業(yè)生產(chǎn)設(shè)備帶來的腐蝕，增加使用壽命，保障安全生產(chǎn)，增加企業(yè)經(jīng)濟效益。