芻議化工機械設備的防腐設計與應對措施

摘 要：近年來，隨著我國經濟的飛速發展，推動了化工產業的發展速度。化工機械設備是化工生產中不可或缺的組成部分，它的工作性能、效率和使用壽命等，直接影響化工企業的經濟效益。然而，由于化工機械設備所處的運行環境和設備自身的因素，使得其在正常使用過程中，經常會出現腐蝕現象。這不僅造成了設備各方面性能下降，而且還嚴重縮短了設備的使用年限。為此，加強化工機械設備的防腐設計就顯得尤為重要。基于此點，該文首先對化工機械設備發生腐蝕的原因與機理進行分析，并在此基礎上提出化工機械設備的防腐設計要點。

關鍵詞：化工機械 防腐蝕 設計

中圖分類號：TQ050.9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（c）-00-02

1 化工機械設備發生腐蝕的原因分析

腐蝕實質上是一種由化學或化學作用導致物體被破壞的過程。化工機械設備的腐蝕則是指金屬零部件在與空氣、水及各種溶液接觸的過程中發生化學反應，進而造成金屬變形及尺寸變化而引起的破壞。腐蝕在化工生產中較為普遍，防腐蝕處理也是化工企業的一項重要工作。當化工機械設備遭受腐蝕以后，會導致設備外觀、性能等諸多方面受到影響，嚴重時會使設備損壞，進而給企業造成一定的經濟損失。引起化工機械設備腐蝕的原因主要有以下兩大方面。

1.1 內在因素

（1）由于設備本身的金屬材質不同，使之對于各種介質的抗腐蝕能力也不相同，金屬材料的晶粒越粗，腐蝕發生的速度就越快，反之腐蝕的速度就越慢，例如，以不銹鋼作為主要材料的設備要比鑄鐵為材料的設備抗腐蝕性能高。

（2）金屬零部件的表面粗糙程度決定其抗腐蝕能力的強弱，即表面越粗糙越容易被腐蝕。

（3）機械設備自身的形狀也與腐蝕有著密切關系，如設備上較為突出位置的金屬遭受腐蝕的速度相對較快。同時設備上的一些死角和縫隙也很容易出現腐蝕。

1.2 外在因素

（1）在化工生產的過程中，機械設備無可避免地會接觸到大量帶有腐蝕性的介質，如酸、堿、鹽等等，這是造成設備腐蝕的重要原因。此外，介質的含氧量、化學成分、pH值等也是導致設備腐蝕的一大

原因。

（2）當介質的溫度不斷升高時，其壓力也會隨之上升，這樣便會加快腐蝕的速度，這主要是因為腐蝕本身屬于一種化學反應。通常情況下，溫度每升高10 ℃左右，會使腐蝕的速度加快1～3倍左右。同時溫度升高還會導致擴散面積增大，這也會在一定程度上加快腐蝕速度。

（3）介質的流動速度越快，就越容易造成設備腐蝕，這是因為在介質流動的過程中，會對設備的防腐蝕保護層造成沖刷，當流動速度達到一定時，沖刷便會造成保護層被破壞，進而造成失去保護的金屬被腐蝕。

（4）機械設備在應力的作用下會引起金屬內部變形，這樣一來該部位的電極電位便會下降，從而導致微電池腐蝕加劇，進而形成腐蝕破裂。

2 化工機械設備產生腐蝕的機理分析

化工機械設備產生腐蝕得機理主要包括以下兩個方面。

2.1 電化學腐蝕機理

由于機械設備大部分都是金屬外殼，而金屬表層與離子導電介質非常容易發生電化學反應，這樣一來便會引起電化學腐蝕，從而使設備遭受嚴重的破壞。所有根據電化學機理產生的腐蝕都至少包含一個陽極和一個陰極反應，并且還會通過金屬本身的電子流以及介質當中的離子流互相聯系。其中陽極反應屬于氧化過程，簡單來講就是金屬離子從金屬當中轉移至介質當中，在這一過程中，會釋放出大量的電子流，這部分電子流會與介質中的離子流相互聯系，并結合到一起，進而引起電化學反應；而陰極反應則主要是對于介質中的氧化劑成分而言的，其通過對陽極中的電子進行吸收進而形成的還原過程。在電化學腐蝕的整個過程中，因電流并不會對外做功，一般都是腐蝕電池的內陰極發生自耗反應，這樣一來便會導致金屬遭受腐蝕的速度

加快。

2.2 工業大氣腐蝕機理

由于化工機械設備長期在工業污染較重的區域內運行，在這樣區域中，空氣中一般都含有大量的揮發物，如二氧化碳、硫酸、氫氧化物以及硫化物等等，并且還會含有大量的工業分層，而這些種種都是具有極強腐蝕性的介質。當它們在潮濕的條件下，酸性氣體便會與H2O相結合，并生成無機酸，這些酸具有非常強的腐蝕性。舉個簡單的例子，鐵質合金在這樣的介質中會發生一系列化學反應，從而會導致其被嚴重腐蝕破壞。在工業大氣的環境中，機械設備腐蝕大多都是由電化學和直接化學腐蝕綜合作用所導致的。從這兩種腐蝕的本質上講，它們全部都屬于金屬原子失電子后轉變為離子的氧化過程。而兩者之間唯一的區別是環境背景有所不同。化學腐蝕是金屬與介質發生的化學反應，此時的環境多為高溫、干燥，而電化學腐蝕則基本都是發生在較為潮濕的環境當中。

3 化工機械設備的防腐設計要點分析

3.1 設備防腐蝕設計要點

由于化工機械設備全部都是由金屬材料加工而成，金屬本身又是一種非常容易被腐蝕的材質，為此，在采購設備時，必須對所選的設備進行綜合考，選擇最為合適的配套附件，并且應對設備附件進行防腐蝕設計，這是非常重要的環節之一，應予以高度重視。化工機械設備的防腐蝕設計要點如下。

（1）優選材料。現階段，用于制造機械設備的主要材料是碳素鋼，其價格相對較為低廉，并且采購也比較方便，最為重要的是這種鋼材容易進行加工。通常情況下，碳素鋼在普通的環境中基本不會被嚴重腐蝕，對設備的正常運行也不會造成太大的影響和危害。然而，若是在化工生產中使用，這種環境便有可能對碳素鋼造成腐蝕。如最為常用的Q235鋼，在高濃度的腐蝕介質中，被腐蝕的速度非常之快，即便采取相應的防腐蝕措施，也會因為防腐漆、膜劃傷或脫落，引起腐蝕面積擴大，從而使機械設備的使用壽命大幅度降低。為此，在選擇設備時，盡可能不要選用以Q235鋼為主要材料的設備，而是要選用一些抗腐蝕性能較強的低合金鋼，并以此作為設備的基材。雖然低合金鋼本身的價格相對比較昂貴，但是它的抗腐蝕性能極佳，從長遠的角度上考慮，選用這種材質所能獲得的總體經濟效益要比碳素鋼高很多。

（2）結構與工藝的防腐設計。當機械設備的形狀設計過于復雜時，便很可能引起一些缺陷，如積塵、積液以及設備應力過大等等，這樣便容易造成機械設備的局部位置出現腐蝕現象，為了盡可能避免這種情況的發生，應當在進行設備結構設計時，綜合考慮抗腐蝕性，并滿足以下要求：①設備構件的形狀越簡單越好，所有構件應盡可能采用相同的金屬材料，并減少構件當中的縫隙；②必須選擇優質的防銹漆，以確保腐蝕介質能夠與設備構件完全隔離。需要特別注意的是在對設備焊縫進行涂漆時，結構的合理性將會直接影響涂漆質量，也就是說只有最為合理的結構形式，才能保證涂漆達到理想中的防腐效果；③應當避免一些殘余的水分滯留在機械設備上的情況發生，即設計過程中要盡可能避免向上的容器狀凹處，若是必須采取這樣的設計，應設置排水孔；④應防止對機械設備焊接時出現應力集中的情況，焊接工藝要合理，盡可能做到連續不間斷地焊接。同時還要避免焊接質量缺陷的發生，如焊瘤、咬邊等等，一旦形成這樣的焊接質量缺陷便有可能導致該位置成為新的腐蝕點，進而引起嚴重的腐蝕現象；⑤為避免縫隙腐蝕的情況發生，應當對構件連接處的縫隙進行合理處理，如在對接和搭接時，應采用雙面連續對接焊，并確保焊接質量，這樣有利于防止縫隙腐蝕的現象發生。

3.2 化工機械設備防腐蝕措施

目前，較為常用的化工機械設備防腐蝕措施主要有以下幾種。

（1）環境處理法。該方法具體是指在不影響設備工藝的前提下，通過改變環境來達到降低腐蝕性的目的。①去除環境當中的腐蝕性物質。比較常見的有去除水分，如在輸送CO2、氯化物等介質時，前置脫水裝置；脫氧法，即將溶解在水分當中的氧進行脫除。②在環境中添加防腐蝕成分。如添加防腐劑、鈍化劑、中和劑等等。

（2）表面涂層處理法。①涂漆。這種防腐蝕處理方法最為常用的是在機械設備表面進行涂漆，所采用的大部分都是油料涂漆，如酚醛樹脂、環氧樹脂等等。②金屬覆蓋層。該方法大致可分為兩種，一種是使用耐腐蝕性能較好的金屬覆蓋在設備表面上，雖然該方法能夠起到良好的防腐效果，但對加工工藝的要求卻比較苛刻，故此在應用時應當加以注意；另一種方法是用比母材電位低的金屬材料進行覆蓋，即將該材料作為犧牲陽極，以達到防腐效果。③有機襯里。常用的襯里材料有PVC、環氧樹脂、不透性石墨等等。④無機襯里。常用的有化工陶瓷、玻璃、砂漿和化工搪瓷等等。

（3）電防腐蝕。這種防腐蝕方法就是對設備金屬表面的局部腐蝕電池從外部直接通上防腐蝕電流，借此來消除局部電池內的腐蝕電流，簡單來講就是利用防腐電流使設備的金屬電位降至最為穩定的區域。該方法具體可分為犧牲陽極法和外接電源法。可按照設備的實際情況進行選擇。

4 結語

總而言之，為了進一步提高化工機械設備的抗腐蝕能力，除了在具體設計時掌握設計要點之外，還必須了解設備的防腐蝕措施，這樣便可以在設備遭受腐蝕后，做出及時、有效地處理，以降低腐蝕給設備造成的損壞。只有通過防腐蝕設計和防腐措施雙管齊下，才能確保化工機械設備達到最佳的防腐性能，進而延長設備的使用年限，這對于化工企業而言具有十分重要的現實意義。

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