化工設備設計防腐的相關問題研究

池海(中石油吉林化工工程有限公司，吉林 吉林 132001)

0 引言

化工設備防腐設計的目的是保證設備使用的安全性，延長設備使用壽命，降低企業資金成本損耗，保證化工生產作業的安全、穩定、高效。但隨著化工生產復雜性的提升，社會對化工設備防腐要求也不斷加大，故而設計人員就有必要結合實際情況，做好設備防腐處理，以提高企業生產的安全性。

1 化工設備的腐蝕分類

化工行業中的腐蝕指的是設備材料在不良因素影響下存在的變質或破壞問題。化工行業本身就屬于高危行業，腐蝕的產生對設備、生產環境安全均有著較大威脅。結合現有資料將化工設備的腐蝕情況分為均勻腐蝕和局部腐蝕兩種類型。

1.1 均勻腐蝕

均勻腐蝕的出現多集中在化工設備表面，是化工生產中最常見到的腐蝕問題。均勻腐蝕破壞的是設備外觀，不會影響內部的正常運作，是輕微腐蝕，危害較小。但腐蝕問題如果不加以解決，還是會在時間的推移下侵蝕到設備內部，增加危險系數。基于此，就要科學控制設備的腐蝕余量，準確判斷腐蝕深度及腐蝕時間，進而采取有效的控制措施，以延長設備的使用壽命。

1.2 局部腐蝕

局部腐蝕指的是某一部位存在腐蝕問題。相比于均勻腐蝕，局部腐蝕帶來的危害性要更大。化工企業為解決局部腐蝕帶來的危害，安裝了較多的檢測和預測設備，希望通過這些設備對化工設備進行實時性的監督，快速識別設備存在的腐蝕問題，計算腐蝕程度，進而給出科學有效的解決措施。這種解決方式效果較好，但由于化工生產復雜性的提高，難免會存在檢測盲區，進而導致化工設備受到局部腐蝕的影響，增加了設備運轉中的危險性。

2 化工設備腐蝕問題的主要機理

2.1 電化學腐蝕

電化學腐蝕多發生在金屬材料中。這是因為金屬材料在接觸電解質溶液后出現電極反應，陰陽兩種類型的電極反應，會增加金屬材料氧化和還原效率，加快設備腐蝕概率。而電化學腐蝕的形成多是因為環境變化或化學反應作用導致的，其中環境變化指的是設備所在區域濕度上升，如此就加劇了金屬材料表面的氧化現象。

2.2 工業大氣腐蝕

化工企業在日常生產作業中，會排放大量有害物質，這些有害物質不僅會對周邊環境造成破壞，對化工設備也會帶來較大負面影響。化工生產中排放的有害物質以硫化物、氮氧化物及粉塵等為主，這些物質在外界環境作用下發生反應并重新依附在設備上，導致設備腐蝕問題的出現，如圖1所示。另外，化工生產中，遇到潮濕環境，空氣中的有害介質會與酸性或水溶液等材料發生化學反應，部分會形成強腐蝕性物質，加速化工設備腐蝕概率。此外，化工生產下，環境變化會增加電化學和化學腐蝕出現概率，這也是加速設備腐蝕的重要原因。

圖1 工業大氣腐蝕的設備

3 化工設備設計防腐

3.1 防腐材料的科學選用

若想確保材料選擇的合理性，就要求設計人員具備專業的腐蝕和防腐知識，要對化工設備及生產流程的相關數據加以收集和分析，確定最終的防腐等級，進而提高材料選擇的科學性。從材料角度分析，抗腐蝕性的確定可結合環境因素及均勻腐蝕率進行綜合分析和評價。

目前結合化工生產特征，將設備材料劃分為四個等級，即優良、良好、腐蝕嚴重但可使用、不可使用。不同等級對應的評價標準各不相同。優良要求腐蝕率小于0.05mm/a；良好要求腐蝕率在0.05～0.50mm/a；腐蝕嚴重但可使用情況下一般腐蝕率控制在在0.5～1.5mm/a；不可使用這說明抗腐蝕性最差，一般腐蝕率已經超過1.5mm/a。

針對化工設備防腐材料的選擇，防腐率的確定可采用以下方式：取一定面積的材料放到與設備運行環境相符的條件下，靜止一段時間后，取出試驗材料，清洗干凈進行稱重，獲取質量參數，利用所得參數計算單位時間內的損失率，最后根據材料的密度采用專門的公式計算腐蝕率。需要注意的是，以上指標是針對金屬材料而言的，非金屬材料的耐腐蝕性能需將外形的破壞程度、強度丟失與重量增加等作為依據來進行判斷。

3.2 防腐設計

在防腐設計中，設計人員要充分了解防腐方面的知識，并對以往案例資料進行分析，了解化工生產可能面臨的各種環境，找出增加腐蝕率的原因，設計中采取合理方式控制這些因素的影響，提高防腐效果。防腐設計中需注意的內容有：

一是消除死角和縫隙。死角和縫隙的產生為腐蝕液體提供了良好的存儲空間，雖然化工生產中，外部溶液對金屬材料的腐蝕率不高，但如果出現死角和縫隙，外部溶液會長時間不間斷的堆積在該位置內，導致溶液的酸堿值發生變化，造成腐蝕。同時這兩個部位一般在設備中部，不容易被發現或直接被忽略，所以存在的腐蝕問題不會得到快速解決。隨著時間推移，設備會直接出現破裂或穿孔情況，所以在防腐設計中要清除掉死角和縫隙。

二是控制或消除應力。部分化工設備在運轉中除要承受外界荷載壓力外，還要承受一定的應力變化。而應力變化加上環境作用就很容易造成腐蝕現象，這種腐蝕現象較為輕微，但較為突然且無跡可尋，因為工作人員難以及時發現，所以就會導致腐蝕問題堆積，最終發生嚴重事故。因應力導致的腐蝕問題一般會出現在不銹鋼設備及其部件上。

為此，設計中要盡可能的對應力加以控制，減弱或直接消除應力表現，避免腐蝕問題的出現。例如，設計中按照設備結構特征及運轉特點，實現應力的均衡劃分，減少應力集中的現象。在條件允許時還可通過退火來達到去應力的目的，消除對鍛件、鑄件和焊接件進行制造時產生的應力，但要注意退火時高溫會使設備發生變形，且該方法對大型設備而言比較麻煩，費用也很高。

3.3 覆蓋涂層設計

化工設備防腐中的覆蓋涂層分為金屬防腐涂層和非金屬防腐涂層兩種。前者的發展時間長，應用較為廣泛。主要是由樹脂材料、橡膠材料與一定比例溶液混合形成的防腐涂層，可直接覆蓋在金屬材料表面，操作簡單，成本低廉。但防腐性能在中下等，對于強腐蝕環境并不適用。后者近幾年也得到快速的發展和廣泛應用，尤其是在化工生產領域，考慮到大多數非金屬材料都具有良好的耐腐蝕性，如瓷磚、橡膠與塑料等，所以可將金屬和腐蝕環境分隔開，使襯里設備在具備金屬剛性的同時也具有非金屬材料的耐腐蝕性能。

3.4 電化學保護

化學設備防腐處理上最簡單的方法是隔離法，將化工設備與腐蝕性物質隔離開來。但此方法不是完全適用，在這種情況下，電化學法應運而生，這為化工設備防腐提供了新的助力。該方法使化工金屬作為原電池的陰極，以減弱腐蝕反應中金屬產生的氧化反應，進而實現對設備的保護。具體可以從以下兩方面實現對電化學腐蝕的防護： 首先，外加電流保護法(如圖2所示)。利用外加電流將金屬材料進行陰陽極轉化，需要被保護的材料直接轉變成陰極，另一面的金屬則直接轉化成陽極，通過加強陰極保護的方式，降低腐蝕效率或直接控制腐蝕問題出現。其次，犧牲陽極保護法。被保護金屬直接放置在電勢較低位置，直接作為陰極被保護，以控制腐蝕問題的出現。此外，技術人員還會通過噴涂防腐材料的方式，實現對陰極的保護。目前，該方法在實際的應用中取得了較好的效果。

圖2 外加電流保護法

3.5 完善防腐圖紙內容

設計部門在開展防腐設計時，圖紙規劃是必不可少的一方面，但由于設計人員操作失誤或審核不嚴謹，容易出現設計圖紙與實際工作要求不符的情況，或存在防腐與保存要求不清晰等問題，這導致后續工作無法有效落實，增加了設備腐蝕的侵襲概率。為此，設計人員應具備嚴謹的工作態度，加強圖紙設計的重視力度，從多方面進行綜合分析和考量，如焊接、防腐措施等，完善圖紙內容，為后續工作提供科學指導。此外，在圖紙信息標注上，應保證標注和說明的清晰性，并出具完整的報告文件，對防腐結束后的檢查驗收提供可靠依據。

4 結語

希望本文對化工設備防腐設計的分析與說明，可以為相關從業人員提供一些幫助，并在日后工作中，不斷加大防腐重視力度，結合材料、環境等多方面因素綜合考量，提高防腐能力，延長化工設備的使用壽命，確保化工生產的安全性與可靠性。