提高化工機(jī)械防腐能力的有效路徑

唐愛華，金 偉

（1.華北石化公司四聯(lián)合運行部，河北任丘 062550；2.華北油田煤層氣搶險維修中心，山西晉城 048203）

0 引言

化工企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境本身具有一定危險性，如果化工機(jī)械設(shè)備的防腐工作不到位，很可能使機(jī)械設(shè)備局部發(fā)生化工物質(zhì)泄漏，容易發(fā)生安全事故。化工機(jī)械設(shè)備的使用壽命與其防腐措施有密切關(guān)系，假如防腐措施疏忽導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)了局部腐蝕，便為之后的成倍腐蝕找到切入口，腐蝕程度和速度會隨之提高增強(qiáng)。雖然隨著科技的飛速發(fā)展，化工機(jī)械設(shè)備的使用年限得到延長，但是提高機(jī)械設(shè)備的防腐能力仍然是企業(yè)需要提上日程的問題。

1 化工機(jī)械出現(xiàn)腐蝕的原因

1.1 化工設(shè)備運行強(qiáng)度過大

化工機(jī)械設(shè)備會產(chǎn)生運行過程中的普遍腐蝕，只是在機(jī)械設(shè)備正常運行強(qiáng)度下的腐蝕力度并不很大，仍在機(jī)械設(shè)備使用壽命考慮范圍之內(nèi)。如果化工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)度過大的運行，高強(qiáng)度運行過程中產(chǎn)生的振動更加強(qiáng)烈，對于機(jī)械設(shè)備的腐蝕力度也會加強(qiáng)。化工機(jī)械設(shè)備在高強(qiáng)度運行的過程中，其自身處于一種高負(fù)荷狀態(tài)，長時間處于這種高強(qiáng)度運行環(huán)境下對于設(shè)備本身是不利的。機(jī)械設(shè)備雖然沒有人工疲勞期，但是同樣有使用壽命，運行強(qiáng)度過大勢必會相應(yīng)縮短使用壽命。化工機(jī)械設(shè)備在高強(qiáng)度運行的情況下，機(jī)械設(shè)備與工作環(huán)境中的空氣等其他物質(zhì)接觸摩擦更為頻繁、更為強(qiáng)烈，出現(xiàn)點腐蝕和縫隙性腐蝕是不可避免的，再加之機(jī)械設(shè)備處于強(qiáng)度過大的工作環(huán)境，更讓機(jī)械設(shè)備的腐蝕程度加深，速度加快。

1.2 設(shè)備操作環(huán)境中含腐蝕性物質(zhì)

化工機(jī)械設(shè)備工作的環(huán)境復(fù)雜，空氣中不定變化的濕度和溫度本身就會在與機(jī)械設(shè)備接觸的過程中對其外部進(jìn)行腐蝕；化工生產(chǎn)環(huán)境和設(shè)備操作環(huán)境中漂浮的化學(xué)物質(zhì)復(fù)雜，帶有腐蝕性的物質(zhì)通過揮發(fā)和蒸發(fā)形成腐蝕性氣體，腐蝕性氣體在與機(jī)械設(shè)備接觸的過程中難免會在設(shè)備表面產(chǎn)生物理作用和化學(xué)反應(yīng)。改變化工設(shè)備操作環(huán)境是不現(xiàn)實的，因此，提高機(jī)械設(shè)備的防腐蝕能力還需從防腐措施上入手，只有將防腐措施做好才能讓外界工作環(huán)境與機(jī)械設(shè)備本身更少地直接接觸。一般而言，機(jī)械設(shè)備外部的腐蝕雖然不是變化十分明顯，但也會隨著時間腐蝕的積累而肉眼可見，由外至內(nèi)的防腐蝕措施才是減少機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)腐蝕問題的直接措施。

1.3 設(shè)備內(nèi)部存在腐蝕因素

化工機(jī)械設(shè)備內(nèi)部的零部件之間也存在腐蝕問題，各種用途的零部件制造金屬材質(zhì)有所差異，在充當(dāng)介質(zhì)或者受力時，由于結(jié)構(gòu)發(fā)生變化或者零部件之間相互觸碰而產(chǎn)生設(shè)備內(nèi)部腐蝕。在機(jī)械設(shè)備運行的過程中，由于需要外界施加壓力和動力使設(shè)備內(nèi)部各零部件相互配合，因此，零部件間的接觸摩擦便會產(chǎn)生相互腐蝕作用。此外，在不同的壓力動力條件下，機(jī)械設(shè)備為了完成生產(chǎn)工作在內(nèi)部會形成電解或電極環(huán)境，無論是設(shè)備內(nèi)部發(fā)生物理作用還是化學(xué)反應(yīng)都會對設(shè)備的內(nèi)部產(chǎn)生腐蝕。隨著機(jī)械設(shè)備工作時間的積攢和工作強(qiáng)度的增強(qiáng)，腐蝕印記越來越明顯，從而形成由內(nèi)而外的腐蝕，機(jī)械設(shè)備在內(nèi)外腐蝕的共同作用下，其防腐蝕能力所面臨的挑戰(zhàn)也越來越嚴(yán)峻。

2 化工機(jī)械產(chǎn)生腐蝕的主要種類

2.1 化學(xué)腐蝕

化工機(jī)械設(shè)備運行時的高溫干燥環(huán)境是化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的有利條件和前提，在高溫干燥的環(huán)境下，腐蝕介質(zhì)與金屬之間的接觸更為直接。金屬表面與腐蝕介質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)并形成新的氧化物，是化學(xué)腐蝕進(jìn)行并完成的過程。在化學(xué)腐蝕過程中，除了腐蝕介質(zhì)與金屬，其他物質(zhì)較少參與，比如：高溫干燥環(huán)境下具有氧化性的腐蝕介質(zhì)與鋼材等金屬，表面接觸后會生成氧化鐵，或出現(xiàn)金屬表面脫碳等現(xiàn)象。化學(xué)腐蝕開始時，由于氧化性的腐蝕介質(zhì)與金屬接觸會在金屬表面形成一層氧化膜，氧化膜的形成能夠從一定程度上減慢腐蝕速度，對金屬起到暫時的保護(hù)作用；一旦氧化膜不完整，腐蝕活動還會繼續(xù)進(jìn)行。如果不對化工機(jī)械設(shè)備采取及時的防腐措施，隨著化學(xué)腐蝕的持續(xù)進(jìn)行，機(jī)械內(nèi)部零部件等內(nèi)部結(jié)構(gòu)很可能被破壞而發(fā)生性質(zhì)上的變化，同時，化學(xué)腐蝕發(fā)生之后產(chǎn)生的氧化物堆積也會影響機(jī)械設(shè)備的正常有序運行。

2.2 電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕發(fā)生的條件與化學(xué)腐蝕有所不同，電化學(xué)腐蝕在潮濕的環(huán)境下更容易發(fā)生，在金屬和電解質(zhì)組成兩個電極的情況下便會由于兩者電極點位高低差異而在金屬表面發(fā)生電化學(xué)腐蝕，常見的鐵生銹就是鐵在常溫潮濕的環(huán)境下與空氣中的氧氣在鐵金屬表面發(fā)生了電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕的發(fā)生是有條件的，氧氣和金屬是必不可少的反應(yīng)物質(zhì)，潮濕環(huán)境是電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的必要前提，在干燥條件下電化學(xué)腐蝕并不容易產(chǎn)生。化工機(jī)械設(shè)備在運行過程中無法保障整個運行過程都處于干燥環(huán)境，化工生產(chǎn)同樣需要水等液體參與生產(chǎn)，因此，潮濕的環(huán)境便為電化學(xué)腐蝕提供了電解質(zhì)溶液。電化學(xué)腐蝕相比化學(xué)腐蝕在化工生產(chǎn)中較為常見，由于化工生產(chǎn)環(huán)境具有復(fù)雜性，無論是水蒸汽還是液體加工原料都會為電化學(xué)腐蝕的產(chǎn)生提供有利條件。

3 提高化工機(jī)械防腐能力的有效路徑

3.1 在設(shè)計方案中改進(jìn)工藝、結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度方面的防腐設(shè)計

化工機(jī)械工作環(huán)境是客觀存在的，從改變客觀環(huán)境入手減少腐蝕物質(zhì)不太現(xiàn)實，因此，只有在設(shè)計時對防腐工藝進(jìn)行改進(jìn)才能有效提高化工機(jī)械防腐能力。很多化工機(jī)械設(shè)備在設(shè)計時出現(xiàn)結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜或設(shè)計不合理等問題，設(shè)計環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題會在使用過程中逐漸暴露出弊端。機(jī)械設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造越復(fù)雜維修越有難度，復(fù)雜的設(shè)備結(jié)構(gòu)更容易使腐蝕性的物質(zhì)堆積，并容易使檢修人員排查安全隱患時出現(xiàn)檢修盲區(qū)，隨著腐蝕物一次次地被忽略，機(jī)械故障的危機(jī)也越來越逼近。因此，在設(shè)計化工機(jī)械設(shè)備的時候要考慮全面，將防腐工作做到位：①機(jī)械設(shè)備的整體形狀和內(nèi)部構(gòu)造避免過于復(fù)雜，避免選材的材料種類過于多樣，同種材料間比異種材料間發(fā)生腐蝕的可能性低很多；②設(shè)備構(gòu)造盡量避免留縫隙并合理處理連接處，以便之后設(shè)備清洗和維修工作的順利進(jìn)行，縫隙少也能控制縫隙腐蝕發(fā)生的可能性；③盡量避免焊接缺陷的發(fā)生，在焊接處應(yīng)該多涂防腐涂料，焊接處是機(jī)械設(shè)備整體較為薄弱的地方，需要不斷提高焊接工藝。機(jī)械設(shè)備運行過程中對于運行強(qiáng)度的要求不同，設(shè)計時應(yīng)更多地提升設(shè)備本身強(qiáng)度，盡可能留出更多的腐蝕空間。化工機(jī)械設(shè)備設(shè)計方案在建造的過程中起到較為重要的引導(dǎo)作用，無論是在工藝、結(jié)構(gòu)還是強(qiáng)度方面都要保障防腐作用的有效發(fā)揮。

3.2 選用具有較強(qiáng)防腐能力的機(jī)械設(shè)備制造材料

制造化工機(jī)械設(shè)備的最常用制造材料是碳素鋼，由于碳素鋼的低成本和簡單工藝比較符合企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益要求，便成為制造過程中最受青睞的主要材料。但是，碳素鋼在防腐方面并不具備優(yōu)勢，甚至處于劣勢地位，即使在表面涂抹防腐涂料也不能從根本上解決機(jī)械設(shè)備運行過程中因為產(chǎn)生劃痕所引起的腐蝕問題。因此，企業(yè)在選擇機(jī)械設(shè)備制造材料的時候應(yīng)該選用性價比比較高的材料，不能過分追求低成本。機(jī)械設(shè)備制造材料從根本上決定了日后運行過程中防腐效果能否達(dá)標(biāo)，雖然企業(yè)選用耐腐蝕鋼材的成本要比碳素鋼高，但從長遠(yuǎn)角度看，提高制造成本可以降低機(jī)械設(shè)備后期使用和維修的成本。防腐材料能延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命，與其在后期維修上占用成本，不如在制造時多在使用防腐材料上投入成本，這樣制造出的機(jī)械設(shè)備的運行會更加有保障，企業(yè)生產(chǎn)也會更加順利。

3.3 金屬表面采用防腐涂料形成金屬防腐膜

金屬表面涂防腐材料是保護(hù)機(jī)械設(shè)備最直接的方法，防腐涂料形成的防腐膜將金屬與腐蝕物質(zhì)阻隔，一定程度、一定時間內(nèi)完整的防腐膜能夠起到有效的防腐作用，雖然防腐膜受到破壞后做不到完全屏蔽防腐物質(zhì)的作用，但仍然能夠緩解金屬表面的腐蝕速度。涂防腐涂料能夠在金屬表面形成防腐膜，能夠在一定程度上阻隔金屬與外界環(huán)境的接觸，化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕由于條件不足便不容易發(fā)生，這樣便形成了對金屬表面的陰極保護(hù)。常見的防腐涂料有很多，成本和性能各不相同，企業(yè)在選用防腐涂料時應(yīng)該根據(jù)實際情況和需求貨比三家，比如著重附著力和抵抗力的可以選用環(huán)氧樹脂涂料，但是這種涂料抗老化性能不高。每種涂料都有自身優(yōu)勢和劣勢，根據(jù)自身需求使用合適的涂料才是明智做法，切忌目光短淺、過度關(guān)注成本價格而為機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)埋下安全隱患。

3.4 采用氫腐蝕處理法對材料、環(huán)境和應(yīng)力等方面抑制腐蝕

化工機(jī)械設(shè)備在存放時容易吸收存放環(huán)境中的氫，在制造過程中也會隨電鍍、焊接等制造環(huán)節(jié)吸收并積存氫，氫腐蝕是化學(xué)腐蝕中最嚴(yán)重的一種，為了防止氫腐蝕對機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，要對設(shè)備氫腐蝕產(chǎn)生的內(nèi)因和外因采取抑制措施。選材時盡量選擇對氫不太敏感的抑制材料，如抗氫蝕鋼即使與氫接觸也能在金屬表面形成穩(wěn)定碳化物，從而抑制腐蝕的發(fā)生和進(jìn)行。在對有氫物質(zhì)的環(huán)境進(jìn)行抑制時，需要借助緩蝕劑、塑料保護(hù)層等手段盡可能減少氫與金屬的接觸。與前兩種抑制方式不同的是，應(yīng)力抑制更多是依靠制造工藝技術(shù)，在制造環(huán)節(jié)中對拉伸、焊接過程中的應(yīng)力進(jìn)行抑制，避免氫脆程度加深。

4 結(jié)束語

化工機(jī)械設(shè)備是企業(yè)生產(chǎn)能夠順利進(jìn)行的重要支撐，對機(jī)械設(shè)備的有效保護(hù)同樣是為企業(yè)生產(chǎn)的有序進(jìn)行保駕護(hù)航。對企業(yè)而言，關(guān)注機(jī)械制造成本并沒有錯，但單純?yōu)榱俗非蟮椭圃斐杀径活櫳a(chǎn)中存在的安全隱患，等到故障發(fā)生時將追悔莫及。化工機(jī)械的防腐蝕工作不僅僅影響企業(yè)的生產(chǎn)進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)成本，還關(guān)系著企業(yè)的生產(chǎn)安全，為了減少企業(yè)生產(chǎn)的安全隱患和經(jīng)濟(jì)隱患，必須將機(jī)械設(shè)備防腐工作做到位。