化工設備腐蝕的防范措施

郝鵬，何帥，高成 (陜煤集團榆林化學有限責任公司，陜西 榆林 719000)

1 腐蝕行為和銹層特征信息采集及融合處理

1.1 相關參數信息采集與表面銹層參數分析

為滿足化工設備腐蝕雜質的動力可靠度采集要求，本文首先利用X-射線衍射儀、SEM 等手段，對化工設備腐蝕性能及銹層特性進行收集，對腐蝕銹層進行了基本的幾何參數取樣，并對化工設備腐蝕工藝進行了分析，給出了相應的幾何參數[1]。

化工設備腐蝕資料取樣是在設定試驗環境中進行的，利用Nyquist 圖譜擬合，建立了化工設備上的腐蝕樣品在電極上的分布目標模型以及化工設備腐蝕雜質上的模態參數辨識模型，并在腐蝕的影響下得出：

式 中：X(n)、Wj(n)、aj(n)、Yj-1(n) 為 設 備 腐 蝕 特 性系數。

利用腐蝕的參數識別模型，對化工設備腐蝕的規律性進行了研究。通過對由鐵銹和體相溶液組成的雙電層電化學特性的分析，得出了腐蝕中樣品的擴散特性矩陣R：

式中：R為擴散特性；X(n)為腐蝕擴散系數。

基于電極表面銹層分層轉移機構模型進行化工設備的耐腐蝕性動態幾何特征參量排序，得到表面銹層的電荷傳遞分布關系可以表示為：

式中：λ為電荷傳遞特征系數。

在化工設備腐蝕中，根據電極表面銹層的層狀轉移機理模型，對其進行了分類，得出了銹層的電荷轉移規律。

1.2 腐蝕形貌參數特征量分析

對采集的信息特征進行形貌特征量分析處理，分析化工設備銹層表現出的電荷轉移特性，得到腐蝕形貌介質濃度和應力變化幅值的函數關系為：

通過對所收集到的數據進行形態學特征的分析，對化工設備中銹層的電荷遷移特性進行了分析，得出了腐蝕中的介質濃度與應力的變化幅度之間的關系式：

在濕H2S+Cl-腐蝕影響下，建立點蝕演化形貌參數：

根據臨界應力幅值響應，進行機械表面的AR 型銹演化律分析，模擬等效電路中的CPE1 的控制項為{Wfinal}，電極材料表面銹層的形貌參數特征量為：

通過對焊條表面電荷轉移的難易程度進行分析，得出了化工設備腐蝕的宏觀結構。如圖1 所示。

圖1 化工設備的宏觀腐蝕形貌

2 化工設備的常見腐蝕類型

前文采用X 射線衍射儀和掃描電鏡進行化工設備的腐蝕行為和銹層特征信息采集，化工設備的常見腐蝕類型敘述如下。

2.1 化學腐蝕

在化工設備使用過程中，化學腐蝕最為常見。其主要是由于化工設備在生產過程當中，需要應用各種各樣的化學試劑或易腐蝕的化工原材料，而化工設備本身都是由金屬組成的，在長期接觸過程中，勢必會產生一定的化學反應，導致化工設備內部結構出現腐蝕情況。另外，如果受到外界空氣、濕度以及溫度等方面因素的催化影響，也會進一步加劇化工設備腐蝕的現象。

2.2 電化學腐蝕

所謂的電化學腐蝕是由于化工設備的金屬材料與電解質溶液進行接觸，并且在電極的作用下產生的氧化還原反應，使得設備的金屬構件出現腐蝕現象。而如果化工設備本身所處的環境較為潮濕，則電化學腐蝕的問題會更加嚴重。

2.3 其他類型的腐蝕

由于不同化工設備自身的屬性以及設備的組成都存在較大差異，化工設備本身所產生的腐蝕問題也完全不同。例如：物理性腐蝕，是由于材料本身所出現的物理性破壞，其與化學反應無關，通常都是因為溶解以及滲透等因素導致。除此之外，化工設備或者污水處理設備，在長時間的運轉下，同樣有可能導致設備出現腐蝕等相關問題[2]。

3 導致化工設備腐蝕的因素

3.1 內在因素

導致化工設備腐蝕的內在因素主要分為三種：第一，化工設備自身在防腐功能上存在一定缺陷。由于化工設備以金屬構件為主，如果化工設備本身所使用的金屬晶粒密度越大，其防腐能力也更強，其所生產的化工設備在防腐能力上也更強。相反，如果金屬晶粒密度越小，其最終的防腐能力也越弱。第二，因設計層面的原因，導致化工設備在防腐能力上受到一定影響。從當前來看，大部分的化工設備腐蝕嚴重的區域都是在局部，主要原因是化工設備在設計上不夠合理，局部位置更容易出現雜質或者溶液的沉淀。第三，化工設備表面的零部件具有相對較高的粗糙度，容易受到外界相關因素的影響，進而導致腐蝕問題的出現。

3.2 外在因素

導致化工設備出現腐蝕的外在因素主要包括以下幾點：第一，由于介質本身具備腐蝕性。在化工生產過程當中，會使用到許多對化工設備造成腐蝕的介質。由于不同介質的成分以及濃度上存在不同，其對化工設備所造成的腐蝕也完全不同。例如：有些企業在化工生產過程中會經常使用到硫酸作為原料，但是由于其本身具備相對較強的腐蝕性，尤其是濃硫酸，不但具備腐蝕性，而且自身還具備相對較強的氧化能力，其不僅對普通金屬備有較強的腐蝕性，對于很多耐腐蝕的材料依然會產生較強的腐蝕性；第二，腐蝕性介質流動的速度也會導致化工設備產生腐蝕問題。因此，不管是腐蝕的氣體還是液體，其自身流動的速度也會造成化工設備腐蝕程度的不同，腐蝕性介質的流速越高，最終導致化工設備的腐蝕更加嚴重；第三，溫度對于化工設備腐蝕也會造成影響。受溫度因素的催化，一部分原本腐蝕性不強的介質，在一定的條件下，可能會產生較強的腐蝕性；第四，外界環境因素。比如：水分、酸、堿、氧氣等因素都有可能導致化工設備出現腐蝕現象。了讓化工設備機器的壽命更長，企業就要加強對相關生產工藝和配套工作機制的執行，從管理上防止出現腐蝕事件。同時，對化工設備運營和維修模式進行優化，制定相應的防腐措施。

4 化工設備常用的防腐措施

4.1 科學而且合理地使用防腐材料

目前最常見的三種材料是：油脂，樹脂材料，生漆。而油脂則是最常用的一種，價格低廉，可以在一定的范圍內推廣。但是它也有自身的一些缺點，特別是在耐酸堿和耐水性方面有所欠缺。所以，化工設備很少用油脂來作防腐處理，必須采用其他的防腐蝕材料。在這三種防腐材料中，樹脂材料的性能最好，能有效地保護化工設備因高溫、水和酸性等對設備的腐蝕。不過，用樹脂材料作為化工設備的防腐材料時要經過大量的預處理，耗時較長效率就下降了。而生漆的表面比較堅硬，相比于油脂，它可以更好的與水接觸。不過，它的負作用也很強，長期接觸的話，很有可能會對操作的員工身體造成傷害。因此，在使用生漆的時候，一定要小心謹慎，因為它常常用于長期停機的設備；而對于常用的儀器，它的應用則比較局限。要想從根本上解決腐蝕的問題，就需要對化工設備中的換熱器等易腐蝕的設備或裝置進行優化，盡量減少普通碳鋼的用量，同時也要考慮到腐蝕等級的材料，比如超低碳的不銹鋼。盡管從經濟角度考慮，超低碳不銹鋼的成本也比較高[3]。所以，在實際應用時，一定要綜合考慮其他的防腐蝕措施，同時還要綜合考慮經濟效益和其他因素，來選擇不同類型的防腐材料和使用數量。

4.2 制定合理的防腐工藝方案

如果化工設備在設計和制作的時候，因為設備的結構不夠好，很有可能會影響到化工設備的腐蝕。為了提高化工設備的抗腐蝕能力，必須將注意力集中在化工設備產品的設計和生產加工環節上，從化工設備的制作生產工藝上進行嚴格把控，提高化工設備產品的穩定性和抗腐蝕性。第一，化工設備的設計和制作，都要盡量簡潔流暢，這樣設備在使用時才不會有溶液、灰塵之類的東西殘留而進入到機器內部。第二，在相同的設備中，應盡量采用相同的材質，并強化焊接工藝的檢查與檢測，為防止焊接不到位產生裂縫，應對接頭的質量進行認真的檢驗。腐蝕是化學工業領域最常見的問題之一，化工設備內部要是進入了腐蝕性很強的雜質，它的內壁就會很快被腐蝕掉[4]。因此，為

4.3 合理開展腐蝕監測

化工設備在進行有效的預處理和合理使用后，企業也要重視化工設備的日常監督檢查工作，及時發現腐蝕現象，采取有針對性的防腐措施。按照化工設備的實際用途，可以按規定的時間定期進行檢驗，并由專門人員對易受腐蝕影響的部位進行認真的檢查和維修。近年來，國家有關部門也對化工設備的使用和檢驗進行了強制性規定和監督，制定出一系列適合于長時間運行的化工設備檢驗方案和規章制度。如：相關企業或單位可以聘請專業的化工設備檢驗師，對企業整個化工設備和內部部件進行全面的檢測評價，企業可根據檢測評價報告有針對性的對化工設備進行維修校正。也可采用遠程監控方式對生產現場的化工設備運行狀況進行實時了解和掌握，一旦出現問題就要立即進行解決處理。通過對企業內部重點部位的化工設備進行監控來實現實時保護，建立專用的化工設備運行質量數據檔案庫，保證化工設備總是處于較為健康的運行狀態。

4.4 化工設備設計防腐要點

在化工設備的設計制作過程中，要注意防腐蝕的實際問題。首先，設備的構造以及對腐蝕的抗性，在設計環節就要首先考慮到；其次對設備的內部結構進行優化。因為化工設備的內部結構會直接影響到整個設備對腐蝕的抗性，但在實際操作中，往往會被忽視。相比之下，設計者更注重化工設備的使用，更注重安全高效，這就導致了化工設備內部結構對防腐蝕性能的降低，無法得到有效的防范，從而導致化工設備出現安全隱患。比如：由于化工設備的內部結構設計不合理，存在空隙或死角，在運行過程中會產生殘留的液體和固體物質，如果不能及時發現和處理，就會使化工設備的某一部位與腐蝕介質共存，當濃度越來越高時就會引發腐蝕問題。為了避免腐蝕問題，在設計過程中，必須保證設備不會有任何死角，避免在接縫處殘留液體。此外，在設計和安裝方案的比較中，應盡量進行最優的設計，讓化工設備更加經濟和實用[5]。所以，在進行結構設計時，應重視力學性能，并以此為先決條件；同時，還要對化工設備的安裝和使用環境進行具體分析，確保化工設備盡量少受易腐蝕的污染空氣、化學介質、溫度、濕度等因素的影響，使其工作在良好的環境狀況下，能最大限度的保障化工設備免遭腐蝕。

5 結語

腐蝕這一現象在化工設備中已成為制約化學工業長期良性安全發展的一個重要課題。為此，化工企業應根據設備配置和產品工藝實際情況，歸納出易于形成的腐蝕介質，積極進行預防，合理地使用防腐材料，制定合理的防腐工藝方案，積極開展腐蝕監測，并重視定期的檢查和清洗。與此同時，還要根據化工設備的材質不同，選用更合適的防腐蝕生產工藝，從源頭上切斷各種腐蝕因素接觸到化工設備，達到防腐效果。