探析提高化工機械防腐能力的有效方法

徐海元

（重慶三峽職業(yè)學院，重慶 404155）

1 腐蝕的原因和種類分析

1.1 化工機械腐蝕的原因

常用機械金屬本身就具有著較活潑的化學性質(zhì)，這是化工機械易腐蝕的內(nèi)在原因。另外，由于化工機械工作地特殊，化工廠本身環(huán)境中就有很多如SO2、H2S、硫化物、氫氧化物以及鹽霧等有害物質(zhì)，這是化工機械易腐蝕的外因。通過長期接觸，機械本身會與空氣發(fā)生物理和化學反應(yīng)，從而造成機械的腐蝕。

1.2 腐蝕的機理種類

化工機械發(fā)生的腐蝕主要有兩種：①化學腐蝕，該種腐蝕是機械金屬表面在于外界空氣長期接觸后，發(fā)生了化學反應(yīng)產(chǎn)生了新生物質(zhì)，從而導致金屬的原有結(jié)構(gòu)遭到破壞。這類腐蝕一般容易在高溫干燥的環(huán)境下發(fā)生，且金屬與外界環(huán)境的反應(yīng)是直接發(fā)生反應(yīng)，并不需要任何介質(zhì)；②電化學腐蝕，這種腐蝕是金屬在特定情況下，在與電解質(zhì)溶液接觸后通過電極反應(yīng)產(chǎn)生的腐蝕。這種反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)，一般多在潮濕環(huán)境下發(fā)生。

在化工機械腐蝕中，具體腐蝕包括：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、焊接應(yīng)力腐蝕、工業(yè)大氣腐蝕、海洋大氣腐蝕、震動磨損腐蝕等一系列腐蝕種類。其中電化學腐蝕、縫隙腐蝕、疲勞腐蝕和焊接應(yīng)力腐蝕是最主要的幾種腐蝕方式。而電化學腐蝕的腐蝕導致機械損傷也是最嚴重的，另外幾種其他腐蝕的綜合結(jié)果最終也會導致電化學腐蝕。

2 腐蝕的化學原理分析

以腐蝕最嚴重的電化學腐蝕為例，電化學腐蝕是金屬表面與離子導電介質(zhì)發(fā)生化學作用后導致的金屬表面結(jié)構(gòu)的破壞。在反映時，只要是電化學反映都必須有一個陽極和一個陰極，且兩極之間通過金屬內(nèi)部的電子流和介質(zhì)中的離子流相聯(lián)系。在陽極發(fā)生的反應(yīng)是陽極反應(yīng)，此時金屬離子會從金屬轉(zhuǎn)移到介質(zhì)中，這種放出電子的過程也叫陽極氧化過程。相應(yīng)的陰極發(fā)生的反應(yīng)也叫陰極反應(yīng)，其是指介質(zhì)中的氧化劑組分吸收脫離陽極的金屬離子而發(fā)生的還原反應(yīng)。例如碳鋼在酸中發(fā)生腐蝕后，陽極的金屬由于失去電子而變成Fe2+，而游離的電子在轉(zhuǎn)移到陰極后，被氫離子吸收從而產(chǎn)生氫氣，其具體化學反應(yīng)方程式可以表述為式：Fe+2H+→Fe2++H2。

這種電化學腐蝕機理實際上也可以認為是在金屬內(nèi)部形成的短路原電池，陽極脫離的離子在陰極還原反應(yīng)中被消耗掉了。由此可見在電化學腐蝕中若促進陽極離子化就會加速電化學腐蝕，導致化工機械急劇損壞。

3 化工機械設(shè)計時的防腐設(shè)計

化學腐蝕是機械損害的最主要原因注意，因此企業(yè)在化工機械選購和安裝環(huán)節(jié)甚至是一些為設(shè)備自行選擇的附件配套時都要特別重視防腐。可以說一個化工設(shè)備的防腐功能決定了化工機械的實際使用壽命和使用性能，是與設(shè)備構(gòu)建性能同樣重要的化工機械選擇因素。筆者以為可以從以下幾個方面提高化工設(shè)備的防腐功能。

3.1 材料的選擇

機械設(shè)備的通用材料是碳素鋼，這種材料的使用優(yōu)勢在于廉價，易加工、供應(yīng)方便，且這種材料在普通條件下腐蝕并不劇烈，因此很多企業(yè)都會選擇其做為機械材料。但是在化工行業(yè)這種具有高濃度腐蝕性介質(zhì)的惡劣環(huán)境下，碳素鋼并不適合“生存”。因為其抗腐蝕能力較弱，一旦接觸到高濃度腐蝕性介質(zhì)必會發(fā)生大范圍腐蝕，根本不能保證化工機械長期使用。例如Q235鋼，其在酸性介質(zhì)中常態(tài)下發(fā)生反應(yīng)的速度達到0.5～1.0mm/a，雖然很多企業(yè)在選擇這種材質(zhì)的化工機械時都會在機械表面進行防腐涂漆，但是一旦漆膜脫落，金屬與空氣就會發(fā)生大范圍強烈化學反應(yīng)。由此可見鋼材類金屬并不適用于化工企業(yè)的機械制造。為了提高機械材料的抗腐蝕性能，化工企業(yè)通常可以選取16MnCu等普通低合金鋼作為化工機械的制造材料，雖然這類材料較碳素鋼貴，但是其抗腐蝕能力較碳素鋼強上很多，有數(shù)據(jù)顯示，低合金鋼制成的設(shè)備是碳素鋼制造設(shè)備使用壽命的2～3倍。因此使用低合金鋼材質(zhì)的化工生產(chǎn)總體經(jīng)濟效益要高的多。

3.2 結(jié)構(gòu)工藝上的防腐設(shè)計

氧化腐蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕是化工機械腐蝕中常見的腐蝕現(xiàn)象，而這些腐蝕很多情況下與機械結(jié)構(gòu)工藝的設(shè)計脫不開關(guān)系。如果構(gòu)建的幾何形狀設(shè)計不夠合理或者過于繁瑣，機械在后續(xù)使用中會造成機械應(yīng)力，積液、積塵等缺陷，久而久之，機械的腐蝕也會愈加劇烈。為減少這類由于結(jié)構(gòu)工藝不合理導致的腐蝕，可以從以下幾個方面考慮工藝結(jié)構(gòu)的合理性：①機械制造時，結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡單，盡量只是用一種制造材料；②減少機械的縫隙設(shè)計，防止機械表面出現(xiàn)傷痕，不要讓機械內(nèi)部出現(xiàn)殘余水分；③焊接時注意溫度均勻，防止焊接時出現(xiàn)應(yīng)力集中和內(nèi)應(yīng)力；④機械表面防銹漆的選擇要慎重，盡量選用優(yōu)質(zhì)防銹漆，只有這樣才能夠最大程度上減低機械與外界腐蝕性介質(zhì)的接觸，從而提高機械的使用壽命，另外在噴涂防銹漆時還要注意焊縫漆膜的噴涂，以避免噴涂不全面導致的縫隙腐蝕；⑤合理的構(gòu)建夾縫也是防止縫隙腐蝕的關(guān)鍵點。

3.3 在強度設(shè)計上注意防腐設(shè)計

在化工機械設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)當充分考慮化工環(huán)境的強腐蝕性，因此在對機械強度設(shè)計時設(shè)計人員也應(yīng)當注意防腐設(shè)計。這就要求在剛度設(shè)計時，構(gòu)件不僅要滿足機械對剛度和強度的基本要求，同時還要考慮到腐蝕余量的設(shè)計。通常機械設(shè)計中的腐蝕余量為設(shè)備壽命內(nèi)腐蝕深度的兩倍。

4 腐蝕的控制方法

總的來說，機械的防腐方法有很多種，一方面是選擇抗腐蝕能力較強的金屬，并對金屬表面進行抗腐蝕處理；另一方則是改善外界環(huán)境以及進行電化學保護。對金屬的抗腐蝕處理是在選擇抗腐蝕金屬的基礎(chǔ)上對金屬進行定期防腐漆涂抹；而改善外界環(huán)境則要求企業(yè)能夠盡量控制化工生產(chǎn)中環(huán)境污染的程度，通過降低環(huán)境中有害氣體濃度和控制環(huán)境濕度、溫度來達到減少介質(zhì)腐蝕能力的作用；而利用電化學保護進行的腐蝕控制則是采用犧牲陽極達到保護處于陰極的設(shè)備的作用，另外通過外加電流也可以對機械進行防腐保護。

5 結(jié)語

化工企業(yè)中為機械防腐是延長化工機械壽命，提高企業(yè)產(chǎn)量，降低企業(yè)成本的重要手段。由于化工企業(yè)不同于其他生產(chǎn)的特殊性，其生產(chǎn)機械的腐蝕更為劇烈。本文即是從化工機械產(chǎn)生腐蝕的種類和機理，以及如何提高化工機械的防腐能力入手進行的深層論述，希望能為化工企業(yè)的化工機械防腐提供參考。