設備腐蝕與防護綜述（一）

趙維印

（中國機械工程學會設備維修分會設備管理學術委員會，北京 100009）

一、引言

設備和設施的絕大部分零件或構件都是由各種金屬材料加工制作的，而多種金屬材料在空氣、水和各種介質中均會產生不同程度的腐蝕現象，致使零件失效，引發設備故障或事故，造成嚴重后果。所以，設備的腐蝕及其防護問題日益受到工程技術人員和科研人員的高度重視。

腐蝕現象由來己久，隨著工業化的發展這個問題愈加突出，而且超出工程技術和企業管理關注的范疇，成為嚴重影響人們健康與生命以及企業、國家財產的社會問題。據一些國家的經濟部門統計分析：全球因腐蝕而報廢的金屬量已超過總產量的30%；因腐蝕造成的經濟損失約占國民生產總值的3%～5%。不僅如此，近30年來世界許多國家因工業設備、設施腐蝕引起的事故，已形成巨大的社會災難。如1983年，西班牙奧圖埃利亞地區的一個學校的地下煤氣管道，因年久失修發生銹蝕泄漏，引起爆炸，致使53人死亡，其中包括50名兒童；1984年12月，印度博帕爾市一家農藥廠因管道腐蝕泄漏引發爆炸，劇毒氣體籠罩整個城市，致使3 000余人死亡，18萬人受到傷害；1992年，墨西哥瓜達拉哈拉市一家石化工廠，汽油管道腐蝕泄漏引起爆炸，造成300人當場余人死亡。此外，據美國國會問責局（GAO）2010年12月發布的一份報告稱，截至2007年10月已服役的新型F-22“猛禽”戰斗機，共發生534起機倉飛行員座椅的排水裝置發生嚴重銹蝕事件。這可能導致在危險時刻座椅彈射機構失靈。為此，美國國防部支付2.28億美元用以除銹。由以上事例可以看出腐蝕引起設備、設施發生故障與事故已經造成各方面的巨大損失，應引起人們對腐蝕防護工作的高度重視。

二、腐蝕的涵義

腐蝕的涵義有多種表述。

（1） 一種通俗的含義：腐蝕就是金屬材料在一般情況下，其外表受到氧化后的一種性能衰竭現象。

（2）比較嚴格的定義：金屬物質表面因發生化學或電化學反應而受到破壞的現象。

（3）還有一種廣義的解釋：物質在大氣環境中或不同介質中，受到氧化以及溫度、濕度等作用與影響而產生的性能劣化，包括金屬的腐蝕、竹木制品的腐蝕和有機化合物（塑料、橡膠）的老化。

（4）還有學者認為：腐蝕與摩擦兩種現象是共存的，把腐蝕環境中摩擦表面出現的材料流失現象稱為磨蝕。

總的來講，人們普遍認為腐蝕就是一種化學和電化學現象。不過金屬材料氧化后生成的氧化層，其物理性質不同。有的金屬（如AL、Ti等） 其表層在氧化后有較強的鈍化性，所以表現出的腐蝕破壞程度有很大差別。一般來講，常用的鐵質材料腐蝕造成的破壞較為嚴重，是腐蝕防護研究工作的重點。

三、腐蝕的多發領域與破壞形式

1.腐蝕的多發領域

腐蝕普遍存在于人類活動的各個場所和多種材料上，但在分布上有很大的不均衡。在一些行業與地域表現尤甚，應是防護的重點。一般來講，以下行業或領域設備腐蝕問題較多、后果較重。

（1）石油化工行業。這類企業各種反應罐和容器、管道比較多，而且其生產的原料與成品帶有腐蝕性，并且易燃易爆。所以這些企業的設施容易腐蝕，同時存在較大的危險性，防護腐蝕是非常重要的。

（2）冶金行業。這類企業不僅也有較多可燃氣體的管道，而且還有各種冶煉爐、加熱爐，爐體、爐殼的工作溫度較高不僅容易銹蝕，而且冶煉的鋼水、鐵水均有2 000℃左右，絕不允許外溢、外泄發生。此外軋鋼作業時還需噴灑冷卻水，容易促使機器銹蝕。

（3）運輸行業。這個領域范圍較寬，包跨火車、輪船、飛機、汽車等。它們都是在露天條件下工作，要經歷風雨、砂塵、海水以及氣溫等不利的環境的影響。對于多數企業來講重點是注意汽車的維護，防止機件和車體外殼的銹蝕。

（4）公用設施。這個領域范疇也很廣，包括橋梁、城市地下各種管道、輸電塔桿、鐵（公） 路附屬設施等。它們的運行環境也很差，需要加強維護與保養。

除上述方面外，各行業均有一些設備、設施可能受到腐蝕破壞，只是程度略小。據美國國家工程腐蝕協會2002年的調查資料顯示：燃氣、自來水、電力和通信的傳輸管道與設施受腐蝕最嚴重，約占全部腐蝕損失的34%；其次是運輸行業，其腐蝕損失約占21.5%；第三位是公用基礎設施（包括橋梁、公路、機場等），損失占16.4%；最后是工業制造業（包括煉油廠、化工廠、鋼鐵廠、制藥廠、造紙廠等），損失占12.8%。

2.腐蝕對設備破壞的主要形式

設備零件的腐蝕是一個隨時間推移和環境變化而逐漸發展的失效破壞過程，也是一種故障隱患逐步形成的過程。在工業企業設備運行中，腐蝕可能導致以下故障或事故發生。

（1）零件長時間銹蝕，銹層逐漸由表皮延伸至材質內部，可能造成零件斷裂。

（2）腐蝕可使罐體、容器、管道的殼體壁厚局部變薄，進而產生蝕孔或使焊縫開裂，引發介質泄漏，或可能導致火災甚至爆炸。

（3）腐蝕促使零件表面的尺寸、形狀、粗糙度等形位或精度發生改變，有可能引起零件運動不到位，造成設備功能失效。

（4） 腐蝕還可能使緊固件（特別是地腳螺釘） 繡牢，難以拆卸，甚至造成螺栓斷裂，給設備檢修與運輸帶來麻煩。

上述設備腐蝕的不良后果都會嚴重干擾正常生產秩序。對此應采取多種手段加強監護與防治。

四、腐蝕的防護

腐蝕領域廣，不僅鋼鐵材質零件會產生銹蝕，其他許多金屬材料在某些介質環境中也會不同程度受到氧化、腐蝕。另外，防止零件腐蝕不僅局限在設備使用期實施的日常檢查與及時維護，而是要貫穿整個設備壽命周期，要在設備設計、制造、安裝、運轉、維護、修理、改造各個環節采取措施。同時，防腐工作不僅要應用先進的技術手段，還應更重視腐蝕防護的管理工作，包括理念、制度、計劃等諸多方面。

1.腐蝕防護的管理工作

（1）企業經營者和生產組織者要充分認識腐蝕防護工作的重要性。一般企業領導者均認為保證裝置的正常運轉是設備部門的職責，防止設備腐蝕是工程技術人員的工作。這種認識是片面的、膚淺的，設備腐蝕關系到生產安全和經濟效益。

對于許多行業其生產流程中各種容器和管道較多，其中儲存和輸送的原料與成品多為具有腐蝕性的易燃物。所以，這些裝置一旦因腐蝕而泄漏就可能引發火災乃至爆炸等重大安全事故，這樣的事例屢見不鮮。

其次，設備腐蝕造成較大故障就必須停產檢修和更換備件，腐蝕嚴重的甚至要更新成套裝置，這會給企業帶來較大生產損失，增加運行成本。

所以企業領導者一定要從多方面采取措施加以防范。更重要的是要轉變觀念，變被動應付為主動預防、科學防治。

（2）在進行設備規劃和配置時，要認真實施技術可行性分析，確保防腐措施的可靠性。企業規劃、設備、生產等部門要針對產品原料以及添加劑的性能，選擇先進、適用的防腐裝置，特別要對其材料、質量和防腐壽命進行嚴格考察。此外，對重要防腐裝置的設計、制造和裝配過程實施監理。

（3）設備管理部門要有計劃地開展裝置腐蝕狀況的檢查與評估。對設備可能發生腐蝕的部位要納入點檢“五定”（定部位、定周期、定手段、定標準、定責任人）管理，對發現的腐蝕現象要進行分析與評價，確定腐蝕的程度（如容器、管道的壁厚測定）和應采取的措施。如可以利用一種有效的監測腐蝕的方法，即電子化學阻斷光譜技術。它可以測定金屬腐蝕發展的速度，幫助作出故障評定。

（4）要針對裝置使用年限和腐蝕程度適時安排設備改造或更新。一些企業的老裝置已使用多年，雖經檢測與修復，腐蝕部位得到恢復與補償，但總體上講它在設計（如結構與材質的選擇）和制造（如加工技術）等方面是相對落后的，修修補補不能徹底改善裝置的性能。這時有關部門就應在評估的基礎上，制定較大規模改造或更新的規劃，使裝置在防腐性能上有一個較大飛躍。

2.腐蝕防護的技術工作

防止金屬零件因腐蝕而引發故障，主要有兩類技術措施。

（1）腐蝕控制。主要是從裝置、零件的設計與制造的角度，采取積極的防腐辦法。

①腐蝕材料的選擇。根據容器接觸介質的腐蝕特性，有針對性地選擇不同耐腐蝕金屬材料。同時要考慮制作裝置的材料用量，即制造成本。耐腐蝕性強的金屬材料主要有以下三大類。

A.各種牌號的不銹鋼。抵御不同腐蝕性介質要選用不同合金成分的不銹鋼。如防止NaSCN腐蝕時，應選用超低鐵不銹鋼00Cr17Ni14Mo2。

B.鈦及鈦合金。耐蝕性強，且有較好的鈍化性，能迅速修復受損的保護性氧化膜。鈦材能抵抗多種化學介質的腐蝕，包括鹽酸和次氯酸、濃度98%的硝酸以及溴溶液等。此外，鈦材不易結垢，具有較好的換熱性。但鈦材價格較高，工業純鈦的價格約為不銹鋼的5～6倍，然而因其密度較小（鈦密度為4.51g/cm3，不銹鋼密度為7.93g/cm3），故實際費用約為不銹鋼的2倍多，可以適情選用。

目前，鈦材選用增多，現特提出以下注意事項。a.禁止接觸以下介質：發煙硝酸、干氯氣和液氧；b.防止接觸氫氣。在高溫（≥250℃） 狀態下，鈦材吸氫變脆；c.控制工作溫度。在空氣中作為結構件，其適用溫度≤426℃；非結構件，最高使用溫度≤538℃。在腐蝕性介質中，有不同的溫度限制。如在氯堿工業中一般使用溫度≤140℃；d.防止與鋼鐵材質長時間接觸被“污染”而更易吸氫。組裝鈦材零件時，對鋼質工具要使用銅墊片。

C.貴金屬（銀、鉑等）。只用于特殊場合。制造防腐裝置除選用耐腐蝕金屬材料外，還可以選用非金屬材料和復合材料以提高其防腐性能。如大慶煉化公司采用DN40和DN25聚乙烯內熔襯鋼管替代不銹鋼管用于生產晴綸絲的回收工序。防腐性能優良，價格僅為不銹鋼的1/2～1/3。又如萊蕪鋼鐵公司熱電廠應用聚脲彈性體（SPUA）噴涂技術對鍋爐的管路、閥門和補償器等裝置進行防腐處理，效果良好。SPUA涂料為環保產品，且施工工藝簡單、固化速度快（1min即可），可適應-50℃～180℃溫度，不粉化。

②制造廠設計機器、設施時，應注意使易腐蝕部位結構合理，不積水、積塵，容易清掃保潔。

③在加工裝配時，對于易腐蝕零件應實施陰極保護或陽極保護，避免產生電化學反應。另外，在生產流程中加強對介質的處理與改進工藝，盡量減少腐蝕的可能。

④精心施工。這包括對材料質量的嚴格檢驗（如不同牌號鋼材的成分確定以及有無缺陷）和施工時每道工序的仔細操作（如對裝置制造后期的涂漆等）。

據報章介紹，1909年由德國建造的蘭州黃河大橋“中山橋”，雖經103年的歲月與17次維修，至今鋼體結構以及所有的鉚件均無銹蝕，據大橋維護工程師分析，除橋梁管理部門注意維護外，主要原因是這些由德國供應的鋼材與器件質量上乘，施工也精心完善，致體大橋的許多部位至今仍光亮如新。

（未完待續）