淺析化工機械設備腐蝕原因及防腐措施

熊東 李連峰 方磊 周峰

(武漢有機實業有限公司，湖北 武漢 430000)

1 引起化工機械設備腐蝕的原因

化工機械設備腐蝕主要指的是設備在使用過程中長期接觸水、空氣，含有酸、堿、鹽之類的介質，從而發生化學反應，致使設備遭受腐蝕，引起設備表面或者尺寸發生改變，嚴重的會使設備無法正常運行使用。這種腐蝕在化工企業生產過程中是非常常見的，要想預防化工機械設備腐蝕的出現，首先要分析這種現象形成的原因。

由于不同設備的材料質地不同，使用環境的不同，如：溫度或濕度等，對不同介質的腐蝕效果也不同。雖然機械設備以金屬材料居多，但較為高級的金屬材料制成的設備比一般金屬材料抗腐蝕能力較強；機械設備中活動頻率較為高的零部件或者機械設備連接處也易受腐蝕，例如，設備軸承活動處、設備配合間隙、設備溝縫角落處等，腐蝕速度比同一設備的其余位置抗腐蝕能力也較差。對于一些表面光潔度較差較為粗糙的化工機械設備抗腐蝕能力也比表面光滑，有鍍鎳、鍍絡等鍍層的設備差。當設備的結構較為復雜，零部件較多，或者沒有外殼保護，機械活動部位暴露在外時，容易積液積塵，也就更容易遭受腐蝕[1]。

而在化工領域生產過程中，其生產環境大多都是具有腐蝕性質的介質，相關的化工機械設備相比一般行業中更容易遭到腐蝕。因為化工生產企業諸如生產酸、堿、鹽等，都是其必定會接觸到的物質，而這些物質的種類、強度、含氧量、溫度等也影響著腐蝕程度的快慢。由于一般情況下，溫度變高時化學反應變快，所以相對應的腐蝕速度也會加快，根據研究可以得出，環境溫度每提升10℃，化學反應速率最大會加快3倍，對應接觸的機械設備腐蝕速率也會加快；而介質與機械設備表面或者內部接觸時，流動速度的快慢也與其腐蝕程度正相關，再加上溫度升高，氣體介質活潑性增強與機械設備接觸面積增大。對設備外表不斷沖擊，破壞其保護膜，從而造成腐蝕。

2 化工機械設備的防腐研究

2.1 選用合理的材質制造設備

現階段市場流行制作機械設備的材料大多為碳素鋼，成本低，貨源廣，方便制造，是一般生產環境下的首選材料。而由于化工行業的特殊性，高強度的腐蝕環境下，以碳素鋼為原材料制成的機械設備不再適用。例如Q235鋼、45鋼，在酸性介質環境下腐蝕速度相當高，雖然設備定期進行維護和保養，但難免會有鍍層出現脫落或者磨損，其破損處就會產生化學反應，形成腐蝕并不斷向外擴展變大，致使機械設備使用壽命降低，因此化工行業需要選擇更耐腐蝕的原材料制成的機械設備，例如，304不銹鋼、09MnCuPTi等合金鋼料。這類材料制成的設備在初期采購時的價格會更高，但是長期的使用其經濟成本遠低于普通材料，據研究調查顯示，合金鋼料制成的機械設備在同等腐蝕環境下的使用壽命是普通鋼材的兩至三倍，總體經濟成本較為合理。

2.2 設備的結構和工藝的防腐設計

在化工生產行業中，機械設備設計制造的合理性也會影響著其受腐蝕程度。設備設計的過于繁雜，結構出現過多的溝縫死角都會導致機械設備運作時出現應力集中、熱傳導、積液積塵、鍍膜劃傷或脫落等，引起局部出現腐蝕，進而致使腐蝕面積增大，減少設備的使用壽命。因此，在設計和制造化工行業的機械設備時，就應當考慮其結構合理性，即：結構簡易，形狀簡單；考慮機械配合運動時摩擦造成的表面受損；除非特殊必要，盡量采用同種金屬材料，以免發生電化學反應造成的腐蝕；減少不必要的溝縫死角；選擇合理的結構以便防銹涂層隔離腐蝕性介質；避免出現有可能積水的凹處，如有必要應設計排水口；在部件配合連接處應當考慮應力集中和熱應力集中，防止后期使用過程中造成防腐層脫落或磨損；為防止出現縫隙腐蝕，應當考慮部件連接處的連接形式：盡量不采用鉚接，鉚接的連接部位會產生露點或者縫隙，易于在腐蝕環境下的積液積塵，應當采用縫焊、連續焊接或者填角焊接的方式，使兩個需要配合的部件緊密連接無縫隙。只有遵循合理的設計及制造方式，才能使化工機械設備減少容易遭受腐蝕的部位，減少腐蝕帶來的成本。

3 其他有效的防腐措施

3.1 增加金屬鍍層，隔離腐蝕介質

一般來說，制造業生產的金屬產品根據使用環境大多會在其表面均勻地噴上一層鍍層，有鍍鋅、鍍鎳、電鍍等抗腐蝕金屬或不受腐蝕的非金屬涂料，或者在工藝上對材料進行正火處理或氧化處理，以達到機械設備和腐蝕介質隔絕[2]。防腐蝕鍍層是在設備表面可以和介質接觸的部分形成一層均勻、致密的保護膜，隔斷機械設備與腐蝕介質的接觸，避免化學反應的產生，造成化學腐蝕。較為常見的隔離保護層有金屬保護層，大多應用噴鍍或電鍍的方式在機械設備金屬外殼表面噴上一層均勻、致密的合金或者特殊金屬。電鍍噴涂是指將高溫融化下的金屬用壓縮空氣吹成霧狀粉末迅速的噴吹到已經經過處理的零件上，在其表面形成金屬鍍層。運用噴涂方式制成的金屬鍍層和機械部件配合緊密，有效的防護了機械部件免受介質腐蝕，提高使用壽命。

3.2 應用緩蝕劑

緩蝕劑也可稱為腐蝕抑制劑。顧名思義，一種可以使得機械設備的金屬部件在腐蝕環境下減慢腐蝕速度的材料，這種保護金屬的方法稱之為緩蝕劑保護法，多用于中性介質、酸性介質和氣體介質(氣相緩蝕劑)。一般來說，該材料由一種或者多種化學品混合而成，在化工行業主要應用于機械設備化學清理保養或冷卻設備的防腐蝕，如清理鍋垢、容器管道等，不僅價格低廉，效果明顯，也能夠提升設備的防腐蝕能力。

3.3 生產環境的防腐蝕處理

生產環境的防腐蝕處理主要是機械設備生產使用在不同環境下通過改變與其接觸的介質屬性來達到防腐的效果[3]。生產環境防腐處理主要分為以下幾點：通過應用其他化學反應去除環境中的腐蝕性介質或者改變環境中腐蝕性介質的性質，例如使用脫氧劑或者除濕劑去除環境中的水分、氧氣等其他影響腐蝕機械設備的成分。通過脫氧劑去除空氣中的養分，避免生產環境中的其他化學成分與氧氣結合，從而氧化腐蝕機械設備。通過除濕劑降低空氣中的濕度和多余的水分子，尤其減少機械設備內部的水分子產生的腐蝕。對機械設備表面涂抹防腐劑，例如：硫基苯、亞硝酸鹽等，需要注意的是，防腐劑的用量和濃度要根據實際情況來選擇。

3.4 陰極保護和陽極保護防腐法

陰極保護法和陽極保護法原理是根據機械設備原材料實際情況添加相應的金屬或者合金，與機械設備形成原電池，犧牲添加物質，從而達到對機械設備的防腐效果。對于活潑金屬等材料構成的機械設備，在設備外部添加陽極電流，通過陽極鈍化，從而保護設備免遭腐蝕。犧牲陽極的陰極保護法，即犧牲陽極保護法[4]，即將還原性較強的金屬作為保護極，與被保護金屬相連構成原電池，還原性較強的金屬將作為負極發生氧化反應而消耗，被保護的金屬作為正極就可以避免腐蝕。

4 結語

綜上所述，在當今這個對化工產品需求日益增加的環境下，減少腐蝕機械設備帶來的損失，對于化工行業的企業來說，無疑是降低生產成本的好方法。全面分析化工機械設備本身的原因和生產環境的原因，選用適合自身生產環境的材料制成的和設計制造更防腐的機械設備，在已經投入使用的機械設備上，采取增加金屬保護層、使用緩蝕劑、做好環境防腐等，必要時可采取陰極保護法或犧牲陽極保護法，都能降低或減少化學腐蝕給化工行業生產設備帶來的腐蝕，增加使用壽命，保障安全生產，增加企業經濟效益。