化工機械設備的防腐措施

　　摘 要： 在化工企業中，機械設備是不可缺少的組成部分，機械設備穩定運行才能保證化工生產的連續性。如何加強化工機械的防腐能力，延長化工機械的使用壽命？作者結合多年實踐經驗，在介紹機械設備的腐蝕條件及腐蝕機理的基礎上，提出了一些防腐的措施。
　　關鍵詞： 化工機械設備 腐蝕 化學機理 防腐措施
　　
　　腐蝕是由于化學或化學作用物體遭到消耗或破壞。從廣義的角度來說，腐蝕是指材料與環境間發生的化學或電化學作用而導致材料功能受到損傷的現象；從狹義的角度來說，腐蝕是指金屬與環境間的物理—化學相互作用，使金屬性能發生變化，導致金屬、環境及其構成系統功能受到損傷的現象。化工機械腐蝕是自發的普遍存在的現象，機械設備被腐蝕后，在外形、色澤和機械性能方面都將發生變化，造成設備破壞，以及資源和能源的嚴重浪費，使企業受到巨大的損失。因此，研究腐蝕機理，采取防護措施，提高防腐能力，對經濟建設有著十分重大的意義。
　　一、腐蝕的條件和種類
　　（一）腐蝕的條件
　　金屬本身的組成和結構是銹蝕的根據，外界條件（如：溫度、濕度、與金屬接觸的物質）是促使金屬銹蝕的客觀因素。在一些工業企業尤其化工企業的環境介質中，含有大量的SO、CO、HS、氫氧化物、鹽霧、硫化物、鹵化物等有害物質，有些環境還伴有高溫和潮濕等，在這些因素的綜合影響下，金屬便與這些有害物質發生物理、化學反應，形成腐蝕。
　　（二）腐蝕的種類
　　1.按腐蝕產生的機理分類。（1）化學腐蝕。金屬表面與其周圍的介質發生化學反應，生成一種新的物質（氧化物），從而使金屬受到破壞的現象。這類腐蝕主要以高溫干燥環境下的金屬與腐蝕介質直接發生反應的形式發生。（2）電化學腐蝕。金屬材料與電解質溶液接觸，通過電極反應產生的腐蝕。電化學腐蝕反應是一種氧化還原反應，這類腐蝕主要發生在潮濕環境下。
　　2.按腐蝕產生的原因及表象分類。按腐蝕產業的原因及表象可分為：高溫氧化腐蝕、剝層腐蝕、點狀腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕、疲勞腐蝕、電化學腐蝕、焊接應力腐蝕、振動磨損腐蝕、工業大氣腐蝕、海洋大氣腐蝕等。對化工行業來說，機械設備的腐蝕以電化學腐蝕、焊接應力腐蝕、縫隙腐蝕及疲勞腐蝕為主，特別是電化學腐蝕最為嚴重，多種腐蝕的結果最終均導致電化學腐蝕。［１］
　　二、腐蝕產生的化學機理
　　（一）電化學腐蝕機理
　　金屬發生的電化學腐蝕，主要是因為金屬的表面層與離子導電介質發生電化學作用，從而遭到了破壞。任何按照電化學機理所產生的腐蝕，都會包含至少一個陽極反應和一個陰極反應，同時還會通過金屬內部的電子流，以及在介質中的離子流進行聯系。陽極所發生的是氧化過程，主要就是金屬離子從金屬中轉移出來，轉移至介質中，同時放出電子流，然后與介質中所存在的離子流進行聯系，結合到一起。而陰極反應則相對的是介質中的氧化劑組成成分，通過吸收來自陽極的電子進行還原的過程。電化學腐蝕因為電流不會對外進行做工，都會在腐蝕電池的內陰極發生自耗反應，這樣的反應無疑會加快金屬被腐蝕的速度。
　　（二）工業大氣的腐蝕機理
　　在工業污染較為嚴重的地區中，空氣中包含大量的CO、SO、硫化物、氫氧化物及鹽等揮發物，還包括一些工業粉塵，這些都是一些腐蝕性的介質。在潮濕的條件情況下，酸性氣體會與水結合生成無機酸，而這些酸具有極強的腐蝕作用。在工業大氣的環境下，機械腐蝕是由電化學腐蝕和直接化學腐蝕綜合作用的。從電化學腐蝕及化學腐蝕的本質來看，都是因為金屬原子在失去電子以后變成離子的一個氧化過程。其主要的區別就是發生的環境背景不同而已，化學腐蝕是金屬與周圍介質在高溫、干燥的環境中所發生的化學反應，而電化學腐蝕則是在潮濕的環境下發生的氧化過程。［2］
　　三、化工機械設備的防腐措施
　　（一）材料的選用
　　化工機械的主要構成部分是以碳素鋼為原材料的，因為其價格便宜，來源廣泛且加工十分方便。這些鋼材在一般的環境中使用并不會產生很嚴重的腐蝕。但是化工企業的環境比較惡劣，存在大量腐蝕性的物質，這種鋼材的缺點就會暴露無遺：抗腐蝕性很差，很容易因為腐蝕而發生故障。為了對抗腐蝕作用，化工企業往往涂防銹漆，但是一旦防銹漆脫落，就會產生腐蝕，并且很多腐蝕是在防銹漆背面進行的，危害性更大。所以，化工企業盡量不要選擇使用這種材料制作的機械設備，應該考慮使用抗腐蝕性比較強的低合金鋼作為設備的材料，從而有效降低設備的腐蝕程度，延長設備使用周期。［3］
　　（二）優化設備結構防腐
　　如果構件的幾何形狀設計不合理或者過于復雜的話，經常會引起機械應力、熱應力、積液、積塵和金屬表面漆膜漏涂破損等缺陷，從而導致局部的氧化腐蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕等，因此必須從防腐的角度考慮結構的設計和工藝設計的合理性。
　　1.構件的形狀應盡可能的簡單，盡量選用同一種金屬材料。如機座與主機應為同種材料，因不同材料間易產生電偶腐蝕。
　　2.盡量減少縫隙，防止表面損壞或有傷痕，防止殘余水分滯留設備。
　　3.焊接時應盡量防止出現內應力和應力集中，避免焊接缺陷。
　　4.選擇合適優秀的防銹漆，以使腐蝕介質與構件的完全隔離，特別要注意焊縫的涂漆。
　　5.對構件連接處的夾縫也應合理設計，進一步防止縫隙腐蝕。
　　（三）環境處理的方法
　　1.除去環境中腐蝕性物質的方法。（1）除去水分。為防止室內大氣的腐蝕，有效的方法是除濕，使金屬表面經常保持在露點以上，將水分控制在一定指標以下。比如在輸送二氧化碳、硫化氫、氯化物等介質時，前置脫水裝置。（2）脫除溶解在水中的氧。為防止中性水所引起的碳鋼腐蝕，最有效的辦法是采用機械脫氣法或添加脫氧劑（如聯氨、亞硫酸鈉等）。（3）脫除其他有害成分。在某些工藝煉制過程中，為避免產生腐蝕性的酸性氣體，可前置脫鹽裝置等。
　　2.在環境中添加具有防腐蝕作用的成分方法。（1）添加防腐蝕劑。在腐蝕環境中少量添加緩蝕劑，在金屬表面形成保護膜，能顯著抑制金屬腐蝕的速度，取得一定的防腐蝕效果。如加入鉻酸鹽、鉬酸鹽、亞硝酸鹽可在金屬表面形成氧化膜，加入聚合磷酸鹽、磷酸鹽、鋅鹽、硫基苯并噻唑、苯并三唑可使金屬表面形成沉淀保護膜，加入胺類表面活性劑可使金屬表面形成吸附保護膜，等等。但是在使用這類緩蝕劑時，添加的濃度要求十分嚴格。（2）添加鈍化劑。如不銹鋼、鈦合金等，對于鹽酸、硫酸之類的非氧化性酸，耐腐蝕性差，添加氧和鉻酸、硝酸、Fe、Cu等少量氧化劑，可明顯減少腐蝕。（3）添加中和劑。通過添加中和劑的方法調整pH值、氫氧化鈉、碳酸鈉、氨等可有效地避免酸性腐蝕，但使用方法要妥當，以避免產生堿性脆化及其他材料劣化。
　　（四）表面涂層的方法
　　1.涂漆。在機械表面涂漆是最常見、直觀的一種防腐蝕方法，目前使用的防腐漆料大多為油料涂漆，如鄰苯二甲酸樹脂、酚醛樹脂、環氧樹脂、聚乙烯醇縮丁醛+磷酸等。為了達到良好的防腐目的，除了對漆膜的漆刷能力、防銹能力、機械性質、漆膜的老化等有嚴格要求外，還得對涂漆對象的材質、形狀、表面狀態、施工環境及使用條件等有充分的了解。
　　2.金屬覆蓋層。（1）用耐腐蝕性好的金屬覆蓋結構材料。在覆蓋這層材料時一般采用塞焊及點焊襯里、帶狀襯里焊接（將覆蓋金屬切長方形焊接在母材上）、金屬復合法（鑄造、壓延、爆炸復合、堆焊）。此種方法因其覆蓋層防腐性能好且厚，故其有較長的壽命，但對厚度、間距、焊接性能、加工工藝等要求十分嚴格苛刻，以免由于覆蓋層與母材之間的性能差異產生不良現象。（2）用電位比母材低的金屬覆蓋表面，以其作為犧牲陽極，達到防腐效果。這種方法一般包括均勻鍍鉛法、噴鍍法、熱浸鍍等。因其加工效率低、覆蓋層薄、在使用上的局部性且防腐壽命短等缺點，在化工設備中不大使用。［4］
　　3.有機襯里。由于防腐材料防腐性能較好且經濟，故在機械防腐中得到廣泛應用。這類有機襯里材料有熱塑性樹脂，如聚氯乙烯樹脂（PVC）、聚四氟乙烯等，熱固性樹脂，如酚醛樹脂、環氧樹脂、呋喃樹脂、聚酯、乙烯酯樹脂等，以及不透性石墨。在選擇和使用有機襯里時，必須認真考慮其耐藥品性、耐熱性、耐水蒸氣擴散性、附著性、機械性能等。
　　4.無機襯里。目前所使用的無機襯里材料基本為化工陶瓷、化工搪瓷、玻璃、磚、砂等，對這些無機防腐襯里材料也有著耐腐蝕性、不透性、熱穩定性、耐熱性、機械性能等方面的要求。
　　總之，機械設備的防腐是系統工程，應根據使用的環境、工藝條件、工藝要求等進行綜合分析，采用科學合理的方案實施，運用多種方法綜合處理，方能達到更好的效果。從最初設計時就要著力考慮正確的選材和合理的結構設計，避免由選材和設計不當造成腐蝕。在防腐方案的選擇上既要考慮防腐性能，又要考慮傳熱、強度等工藝要求；既要考慮機械制造的經濟性，又要考慮使用的經濟性；既要考慮機械的安全性，又要考慮實用性和環保性。只有在不斷的工程實踐中勇于探索、善于總結，才能制造出經濟、環保、節能的化工機械，更好地滿足化工生產的需要。
　　
　　參考文獻：
　　［1］宋欣，馮麗鋒.提高化工機械設備防腐蝕能力探討.石油與化工設備，2011.4.
　　［２］劉春榮.淺談化工機械設備的防腐設計及措施.裝備制造技術，2011.10.
　　［３］邵珠群.化工機械防腐改進路徑探索.科技創新導報，2011.28.
　　［４］王敏.化工設備防腐方法淺析.化工設備與管道，2002.3.