石油化工設備腐蝕分析及壽命評價方法

田雨

（常州市天成安全評價有限公司，江蘇 常州 213000）

隨著人們對化工產品的需求越來越大，這就要求石油化工行業不斷地使用石油化工設備來生產化工產品。而石油化工設備的腐蝕情況對正常的生產工藝流程產生了不利的影響，主要是由于機械設備長時間處于高溫的狀態下工作，以及在石油化工產品生產中長期進行的過酸過堿的化學反應造成的設備腐蝕。設備的重度腐蝕不僅會導致化工設備的操作出現故障，嚴重時甚至會導致安全事故，危及工人的生命，造成重大的經濟損失。因此，加強石油化工設備的防腐措施至關重要。

1 石油化工設備防腐的意義

作為石油化工生產過程中的難題，石油化工設備的腐蝕直接影響企業的正常生產。因此，只有解決石油化工的設備防腐問題，才能確保生產工藝的正常進行。石油化工設備的腐蝕除了設備自身的因素，與外界環境的影響也密不可分。一旦設備發生腐蝕現象，將影響設備的正常運行和使用周期。嚴重影響企業的經濟效益，還會造成一定的資源浪費。另外，在使用石化設備進行產品生產時，如果石化設備的某些部位發生腐蝕，不僅會影響所生產的產品質量，而且由于腐蝕性氣體或液體的泄漏情況，嚴重時，會對威脅工作人員的生命安全，還會對環境造成污染。因此，做好石油化工設備的防腐工作，對保障工作人員的生命財產安全與環境的發展都具有重要意義。

2 石油化工設備腐蝕的常見原因

2.1 由于設備自身原因造成的腐蝕

在石油化工設備常見的腐蝕原因中，設備本身的原因占很大比例。首先，設備制造材料使用不當。為了提高設備生產企業的經濟效益，在設備的生產過程中，往往出現以次充好、以低代高現象的產生。低質量的設備材料，往往會加重設備的腐蝕程度，縮短設備的使用壽命。其次，存在材料管理不當的現象。在石油化工設備的生產過程中，由于設備類型的不同，所需要的材料也越來越復雜，零部件和材料的使用也容易混淆。在這一過程中，材料管理存在一些問題，這將增加設備的腐蝕可能性。最后，存在石化設備設計不合理的現象。石油化工設備生產前，各部件的結構設計非常重要。如果在設計中出現問題，會對整個設備的承重力、強度、剛度等方面產生負面影響，導致設備在使用中產生局部松動的現象，容易對設備造成腐蝕。

2.2 高溫環境造成的設備腐蝕

石油化工原料在生產過程中往往含有腐蝕性物質?；ぎa品和生產環境是密閉高溫的機械設備，促進了腐蝕性物質的氣化和蒸發，使腐蝕性物質更易于反應。調查顯示，溫度越高，石油化工設備的腐蝕程度就越大。由此可知，設備長期處于高溫的環境中會加速設備的腐蝕程度，嚴重影響化工設備的正常使用。

2.3 石油化工產品生產中的化學反應

在石油化工產品的生產中，企業會根據需要添加一定的化學試劑達到生產目標和工藝需求，而大部分的化學試劑往往存在一定的腐蝕性，不僅如此，隨著石油裂解反應含量的增加，反應生成的物質多為腐蝕性物質。且含有腐蝕性的物質在生產過程中會逸散到空氣中，改變設備材料金屬表面的特征，導致設備的腐蝕。在生產過程中，石油化工生產設備還會發生電化學腐蝕，從而加劇腐蝕。另外，硝酸的生產工藝主要依賴于石化行業的產業鏈。因此，石油化工設備始終處于過酸的腐蝕環境中，加劇了石油化工設備的腐蝕程度。

3 石油化工設備的腐蝕壽命評價

在具體的生產過程中，做好石油化工設備的壽命評價工作，對提高生產效率、合理安排設備運行時間都極為重要。本文主要以輸油管道壽命評估為例，分析了石油化工設備腐蝕壽命評估的方法和內容。對于不同情況的腐蝕所采取的剩余壽命評價方法也不盡相同。

3.1 全面腐蝕的壽命評價方法

對于全面腐蝕而言，所用的剩余壽命評價方法主要有以下兩種，分別為利用腐蝕余量進行評價，及全面腐蝕速度直接計算出化工設備的直接壽命。

其中，利用腐蝕余量計算剩余壽命的主要方法是利用式(1）計算得出結果。

上式中C 為腐蝕余量；

利用全面腐蝕速度計算剩余壽命的主要方法是利用式(2）計算得出結果。

式中，B 為全面腐蝕速度；t 為設備厚度；tmin設備容許最小厚度。

3.2 局部腐蝕的壽命評價方法

對于局部腐蝕的剩余壽命評價方法，可直接利用式（1）、式（2）進行計算，對于局部腐蝕，上式中的B 和C 分別代表代表檢測部位的局部腐蝕余量和腐蝕速度，計算得出的t值（設備局部的容許厚度）受周圍腐蝕的位置和深度、應力水平和材料的性質等因素影響，可能會出現偏大的現象。

在局部腐蝕中存在腐蝕疲勞的現象，金屬被酸堿試劑時，某些部位的應力遠大于其他部位，從而加速了裂紋的形成，即腐蝕疲勞。腐蝕疲勞對材料的破壞速率取決于介質的腐蝕和循環加載，在腐蝕與疲勞的相互作用下，材料的疲勞強度得到了很大的提高，因此，腐蝕疲勞損傷比純腐蝕更為嚴重。

腐蝕疲勞剩余壽命的計算方法是基于疲勞測試得到的應力幅值（S）對應的失效循環次數（N）曲線來計算的，S-N曲線通常是在實驗室條件下通過使試樣完全失效得到的，因此，在試驗結果中要考慮一些安全因素。對于恒定幅值應力循環，剩余的疲勞壽命（Nr）可以通過N 和前期循環次數（Nf）計算得到。公式如下。

Nr=N-Nf

3.3 以石油管道為例進行壽命評價分析

對石油管道的使用壽命的評價過程，主要是基于可靠性理論和腐蝕理論進行的。通過管道的目標可靠性，對管道的剩余腐蝕壽命進行評價。為了更好地進行設備的壽命評價工作，了解影響設備使用壽命的因素極為重要，通過設備使用壽命的統計分析，腐蝕是影響設備使用壽命最重要的因素。而輸油管道腐蝕的主要原因是由于管道輸送的液體引起的管道內部腐蝕，其次，是環境因素引起的輸油管道外部腐蝕。輸油管道剩余腐蝕壽命的評定方法，可以采用具體的數學公式進行表示，通過建立管道腐蝕速率模型對管道腐蝕的剩余壽命進行預測和評價。

3.3.1 輸油管道剩余壽命的具體評價方法

石油化工設備的壽命評價方法主要可以通過建立相應的數學模型表示，本文中選取輸油管道的壽命為例，管道腐蝕速率模型可以用具體的數學公式表示，用于預測和評價管道腐蝕的剩余壽命。輸油管道腐蝕的預期壽命公式如下：

式中，tf、tu分別表示管道的腐蝕使用壽命和已使用的時間，δ 和δ0分別表示輸油管道的壁厚和管道的最小允許壁厚。X 是指在tu時所能觀測到的最大腐蝕壁厚值，n 為時間常數，通常由管道腐蝕的內外因素決定，一般在0.3 ～0.5。

計算t 后，管道的剩余腐蝕壽命tf 可由下式求得，其中ts 為管道防腐層的腐蝕壽命。

tr=tf+ts-tn

通過根據上述公式對管道腐蝕壽命進行評價，可以得到各區域輸油管道的剩余腐蝕壽命，并根據所得數據制定輸油管道的具體檢查時間和維護標準，以降低管道的腐蝕情況，延長設備的使用壽命。

3.4 石油化工設備壽命評價的注意事項

進行腐蝕分析和剩余壽命評估時，應制定綜合的操作計劃，包括確定腐蝕方式的檢測方法、損傷模型、損傷擴展和剩余壽命的計算方案。綜合方案可以避免錯誤的檢測數據和錯誤的損傷模型的出現，并顯示準確的損傷機制。因此，將腐蝕分析和壽命評估相互聯系，才能提高評價的準確度。

4 結語

綜上所述，石化設備的腐蝕會對正常的石油化工生產造成負面影響。而石油化工設備在使用過程中，由于各種因素的影響，經常發生設備腐蝕現象，嚴重影響化工設備的使用壽命。因此，企業應采取分析設備腐蝕性的原因，提出相應的解決措施，減少腐蝕現象的發生，延長設備的使用壽命。