化工機械設備腐蝕原因及其防腐措施研究

＊劉永勝

（晉能控股煤業集團有限公司化工廠 山西 037000）

近些年，化工領域機械化生產程度不斷加深，大量機械設備被化工公司使用，機械的運轉狀態直接關系到生產成果的質量。但化工設備在運行中依舊承受著腐蝕的困擾，這會提高相關公司的運營代價。所以，應當對防腐問題投入較多的關注。

1.化工機械腐蝕類型

以淺層次的視角來說，腐蝕是因為材料及環境之間，形成化學及電化學，導致材料原本的功能出現差異化的損傷。而化工機械出現腐蝕問題后，在表面光澤度、外形與機械性等方面，都會產生不良影響，繼而導致其失效，并使化工生產期間，部分能源及資源出現不必要的消耗，提高化工廠的運營成本。所以，主動運用針對性的防腐技術，可提升化工機械自身的防腐水平，這是推動現代化工行業的重點研究問題。根據材料類型劃分，可分成金屬與非金屬兩類，其中金屬腐蝕根據形成機理，又分成物理、化學及電化學；根據腐蝕表面的狀態，可分成全面與局部兩種腐蝕，其中局部腐蝕包括小孔、應力、電偶等。下面例舉其中幾個類型，進行分析。

首先是電化學類的腐蝕，其是金屬和電解質溶液之間，形成電化學的反應。化工設備通常是金屬材質，正常生產期間，會和電解質溶體有所接觸，隨即受到電極影響，使得金屬材料發生腐蝕。同時，在化工行業中比較復雜的生產條件中，還會面臨氧化還原反應。該類電化學腐蝕對機械設備，有巨大的威脅。其次是化學腐蝕，通過金屬和非電解質之間，形成化學反應，整個腐蝕過程完全屬于純氧化的還原反應，通過腐蝕介質和金屬構件的表層原子，相互接觸，產生腐蝕物。在反應過程中，沒有電流出現。在生產期間，有些原料本身存在腐蝕性，與設備上的金屬構件接觸，出現化學反應，直接在構件表面形成氧化物，此類氧化物一旦出現，會給化工設備運轉性能造成嚴重的影響。化學腐蝕大多集中于高溫干燥的生產條件中，無需依托其他物質，便能引發腐蝕問題。再次，出現在化工設備上還有點狀、應力、縫隙、高溫氧化、疲勞等類型的腐蝕。根據化工設備的實際應用情況，電化學腐蝕是相對嚴重的一項，但不管是何種腐蝕，均會引發電化學腐蝕。最后，物理腐蝕，材料是直接受到物理作用，發生腐蝕，通常是因為溶解與滲透造成的。

2.化工設備出現腐蝕的原因

(1)內在因素

在化工設備上，和其它材質相比，金屬構件自身防腐水平偏低，而且和金屬晶粒粗細情況有關，對于晶粒比較粗的金屬，其防腐水平更差。但化工設備構成材料大多是金屬，比較容易被腐蝕。另外，在開展生產活動中，用到的原料及設備裝載的溶液，也會給金屬構件帶來較大的破壞力。同時，化工設備部件抗腐蝕性能和表層粗糙程度基本上為正相關，所以相關廠家在表層粗糙度上有一定要求，或者在部件上的鍍層，要滿足日常防腐蝕的標準。此外，化工設備結構分布比較集中的位置，容易形成應力腐蝕，增加被腐蝕的速率。

(2)外部因素

①均勻侵蝕，屬于出現率相對較高的一種，通過化學或者電化學產生，直接造成金屬構件外表面出現劣化，若不進行處理，金屬會逐漸失效，其通常是導致化工設備腐蝕的最大因素，但能夠被預測，解決方式也比較簡單，可以被有效預防，屬于比較安全的因素。

②局部腐蝕，與上述腐蝕因素有差異，是針對金屬框架的某處，具體表現出三種情況。首先是點蝕，在金屬結構上有孔洞或者空腔，一般是因為對應范圍內的鈍化，引發點蝕。此范圍轉化成陽極，其他金屬結構的部分，會成為陰極，引發局部的電化學腐蝕，并在不斷惡化中，直接把金屬材料貫穿及失效。該腐蝕因素通常無法精準被檢測到，主要是由于其損壞面積不大，同時還容易被由于腐蝕形成的化合物擋住。其次是縫隙腐蝕，和點蝕相似，出現在某些區域。此類腐蝕和停滯微環境存在聯系。舉例來說，墊圈與夾具附近便容易出現縫隙腐蝕。導致形成該腐蝕現象的原因是：縫隙內有酸性情況，或者是氧氣不足。最后是絲狀腐蝕，化工設備的涂層被水侵蝕，從涂層上的相對缺陷開始，逐漸擴散[1]。

③電偶腐蝕，在兩類金屬材料同時處于具有腐蝕性的電解質內，便會引起電偶腐蝕。兩類金屬出現電偶，分別作為陰陽極，其中，扮演“陽極”的一方，被腐蝕的程度更嚴重，反觀陰極受傷害的程度比較輕。而出現此腐蝕現象，要求具備幾項條件，才會引起電化學的腐蝕，即兩類電化學的金屬，金屬為電接觸狀態，金屬直接在電解質中裸露。

④環境裂縫屬于腐蝕反應的過程，是受到化工設備所處環境條件的綜合影響，原因可能是溫度、應力等。

⑤流動輔助腐蝕，在設備金屬部件的表面形成氧化物層，被溶劑破壞后，會引發此類腐蝕問題，導致直接裸露的構件部分，腐蝕及惡化加重。

⑥晶間腐蝕，本質上屬于化學及電化學腐蝕，形成原因是金屬材料內的雜物，一般集中在構件邊界區域。

3.化工設備的常規防腐方法

在化工行業中，應用到的工藝技術是比較復雜的，而且生產鏈也偏長，涉及到的原料也有較高的危險性及一定的腐蝕性，會導致機械、管道、閥門等被腐蝕失效，增加日常運轉的故障率，對于公司的平穩生產有著不良影響。所以說，構建切實可行、全面的防腐蝕方案，是保障機械正常應用的重點。

(1)合理運用防腐材料

現有的防腐材料主要有三類，首先是油脂，制作簡單，費用少，能在一定范圍內推廣。但同時其性能缺陷也比較突出，在耐水及抗酸方面，表現并不好。所以，僅能用在普通條件的空間中，對于化工廠內部的機械，應當另尋其他材料。其次是生漆，其比較堅韌，和油脂相比，在水與油方面，有更佳的應用表現。但鑒于其帶有毒性，如果長時間與之接觸，會對人體造成傷害。因此，對于這類材料應當謹慎選擇，通常用在長期停機，不會經常用到的設備上。最后，樹脂材料，其在耐腐蝕性上的表現較好，對酸、熱以及水等都有防護作用，還具有電絕緣性能，同時，不會對人體造成明顯的損傷。但實際應用中，前期處理工序較多，而且需要等待較長的時間。而若想在源頭處控制發生腐蝕事件的風險，需優化換熱裝置本身的設計、制造，降低常規碳鋼的應用量，盡可能應用抗腐蝕水平較高的材質，比如超低碳不銹鋼。但以經濟的角度來看，具有耐腐蝕性的金屬，造價勢必會更高。所以，實際應用中，要結合其他防腐蝕方法，與經濟性、便利性等問題，確定是否應用或者使用量。

(2)合理制定方案工藝

在化工機械前期設計及制作期間，如果設備結構不合理，同樣會導致機械發生腐蝕。如果要提高化工機械自身的耐腐蝕水平，應當注重設計方案及相應制造技術，提高化工設備的可用性、穩定性。一方面，機械結構設計與制造時，外觀造型應當盡可能簡單，以避免增加機械中溶液及灰塵等物質的沉積量。如果有諸多溶液及灰塵進入到機械內部，難以及時發現，不能及時清理出去，便容易發生腐蝕現象。此外，要讓同一個設備及構件，運用同一種材料制作，并強調焊接處理的效果。同時，為避免出現縫隙，要仔細檢查各連接處的質量。另一方面，適當留出腐蝕空間。在化工行業中，腐蝕問題是極為常見的，如果化工設備遭到腐蝕，對應內壁會變薄。所以，在機械設計時，不僅要滿足生產技術和機械強度標準，還應適當留出空間。化工設備面對的大部分腐蝕，均無法精準預測，所以留出空間，有助于延長機械使用年限。相關企業應當在生產工藝與配套的相關工作機制方面，加大落實力度，從管理層面預防發生嚴重的腐蝕情況。同時，優化運行維護的方式。對于需要長期運行的化工設備，其面對的腐蝕問題是隨著機械的工作狀態進行的，對此，便需要運維行為可以保持基本的連貫性。在實際防腐中，相關公司要結合機組實際的運轉狀況，總結可能出現的腐蝕問題，以確定預防處理方案。

(3)合理開展腐蝕監測

化工設備經過有效的前期處理與合理應用，相關化工廠還需注意日常監測的問題，及時發現機械的腐蝕現象，并實施針對性防腐處理。根據化工設備的實際使用功能，可通過定時周期檢查，安排專人負責對容易受到腐蝕的區域，實施仔細檢查與修理。近年來，相關領域對化工機械使用與檢查的實踐探索，形成了比較符合化工機械長時間工作的檢查計劃，在原有檢查方案基礎上，以三年為節點，相關企業可邀請專業檢測人員，按照標準化的檢測方式，全面評估化工機械整體及其內部構件，生成專業化的報告結果，并采取針對性的整改處理。而對于部分化工設備，針對化工機械的腐蝕問題，可通過對重要位置進行監測，以達到防護的效果，一般監測是防磨防爆與金屬材質的監督。借助對金屬材質的全面檢測，在現場通過無損檢測方法，獲得所需資料，并設置專門的信息檔案，保障化工機械系統始終在比較健康的狀態下工作。

(4)機械設計防腐要點

在化工機械設計環節中，應注重實際的防腐處理要點。一方面，設備結構，機械自身的抗腐蝕水平，應當是在前期設計環節中便考慮的問題，設備結構對于機械整體的抗腐蝕能力有重要影響，但實際運行中，通常會被設計人員忽略。相較而言，設計人員更重視提高化工裝置應用的便利性，強調安設快捷，這使得由機械結構引發的腐蝕情況，不能被提前預防，造成應用安全風險。例如，化工機械因為設計結構不合理，在其縫隙與死角位置，出現殘余液體與固體物，在不能及時發現與處理的情況下，會導致機械的相應位置，長期處于化學介質中，并且濃度會不斷提高，引發腐蝕的問題。而為防止出現相關腐蝕問題，需在設計期間，盡可能不讓設備形成死角，預防接縫位置形成余液。另外，對比設計及裝設方案時，需盡可能進行設計優化，讓化工機械更具經濟性與實用性。因此，在設計中，要注重機械性能，以此為前提，分析安設及應用的便利性。

另一方面，介質分析。化工機械設計人員，需準確掌握化工機械所在工作空間的環境條件，分析溶液與氣體等介質的實際成分及濃度、溫度、相對濕度等。倘若機械設計者對設備最終應用空間和承載的物質等沒有明確的認識，則難以確保設計成果具有較好的抗腐蝕能力以及運行品質。

(5)電化學的保護方式

電化學保護為借助機械的外部電流，讓金屬或者是合金構建的腐蝕電位，被有效調整，以控制實際的腐蝕速度。而且該種防腐方法，也受到相關企業、領域人員較多的關注。當前可用的電化學保護方式中，可分成陰極與陽極兩類。目前大多數化工廠，會選擇陰極保護方式。此項措施是把電極電位往負方向調整，以免機械的金屬材料位于腐蝕條件下，繼而實現對陽極腐蝕的風控處理，實際操作方式有額外增加電流以及放棄陽極兩種。其中后者在實際生產時比較常見，操作難度低，便于管控，而且不會給周圍機械造成任何影響，涉及到的材料包括鎂合金及鋅合金等。陽極保護中，把被防護的金屬部件和額外設置的直流電源正極，進行穩定連接。電解質溶液內，讓金屬部件的陽極，處于既定電位上，以構成比較平穩的狀態，使得陽極溶解被全面抑制，控制腐蝕現象發生的速率，讓化工設備受到全方位保護。而對于未發生飩化現象的金屬部件，不可選擇陽極保護。一般運用在以下幾種情況中：硫酸類加工活動中，擁有結構物，比如碳鋼儲槽；氨水與銨鹽溶液，如碳化塔。總的來說，對于強氧化類的介質，應當先運用陽極保護。而在選擇陽極保護或者陰極保護時，實際防腐差別不大的情形下，需盡量選擇陰極保護。

(6)緩蝕劑的實際應用

對于部分化工機械的腐蝕問題，可應用化學緩蝕劑，該化學試劑能減緩腐蝕現象，而且經過實踐應用嘗試，確實滿足化工生產的需要。同時，此防護方法的操作難度與造價等均比較低，但其只能用在閉合機械中，存在應用局限性。緩蝕劑，屬于一個可以在濃度極低的情況下，也可以讓處于腐蝕類介質里的金屬構件，腐蝕速度大幅度下降的物質，其可能是某種化合物，或者是由多種化合物構成的復合類試劑。在化工生產中，緩蝕劑一般會用在冷卻水系統及化學清洗類的腐蝕中，也有部分會用在生產期間，涉及到技術性防腐。其中，冷卻水系統下，化工生產用水量較多，同時還涉及到在水體中溶入較多的溶解氧，由此產生腐蝕問題。再加上，腐蝕會導致水質下降，不得不產生額外的水體消耗，由此可見，利用緩蝕劑進行化工設備的防腐處理，是極具效益性的。在化學清洗中，運用緩蝕劑，可預防由此產生的設備腐蝕問題。而所謂的化學清理，是指針對化工機械表面可能會形成的污垢，借助化學的方式進行清理，讓設備盡可能恢復至最初的狀態。

(7)其他防腐處理方法

除上述常見的防腐措施外，相關企業還應注重在源頭處實施防控。具體來說，其一，清理生產環境中的腐蝕介質，比如通過脫氧劑，解決氧氣。通過全面清洗，去除腐蝕部分。相關公司要運用好停車年檢的契機，可選擇高壓水槍及超聲等方法，沖洗容易沉積結垢的部分。假設不能進行停車處理，也能選擇在線的清理方式，最終要盡可能地清理掉各種腐蝕風險點，以延長換熱裝置的使用年限。其二，針對材料表層，實施防腐舉措，比如硫酸鹽等防腐劑，注意控制好劑量。一般的碳鋼材料換熱裝置，應用抗腐蝕的涂料，既能提升管束自身的性能，又能將碳鋼材料和循環水分離開，以減少沉積和積垢的情況，提高裝置耐腐蝕水平與換熱運行效率。此外，還有異種鍍層防腐，其是針對金屬材料，實施的防腐方式。比較典型的為化學鍍鎳磷，借助相應還原劑，讓溶液內鎳離子，可以有選擇地還原析出，繼而構成金屬鍍層。此類防腐方法擁有較高的抗腐蝕強度，同時，在耐磨性、防結垢及導熱等方面，都有較好的表現。其三，管控潮濕及空氣等，以全方位防護機械腐蝕，并省去部分設備運維費用[2]。

4.結束語

總之，機械設備的腐蝕現象，無疑是制約化工企業長效發展的重點。對此，相關企業應當基于廠內現有的機械配置與搭配的工藝，歸納容易形成的腐蝕介質，積極采取預防處理，并注重定期檢查清理。對于不同的化工設備，應當選擇更貼合的防腐方法。現階段，化工領域的經營主體，需提高研究強度，盡可能在源頭處切斷，避免設備與各類腐蝕因素接觸。