石油機械設備中的防腐檢測技術

鞠云忠(東營市工業產品檢驗與計量檢定中心，山東 東營 257091)

0 引言

對于化工企業來說，石油機械設備出現腐蝕情況，影響著企業安全、穩定運行。因此，不斷研究新型防腐蝕措施頗為重要。本文先后分析設備出現生腐蝕的原因及相應的化學機理，并具體闡述了化工機械設備的防腐設計從選材、工藝等方面內容，總結了防腐蝕的具體方法。

1 設備腐蝕的原因和種類

1.1 設備腐蝕原因

機械設備一般為金屬制品，受外界各種條件的影響(如：溫度、濕度等)，極易發生銹蝕[1]。由于化工企業的工作環境有著較多CO2、氫氧化物等物質，而且生產車間溫度、濕度較高，導致石油機械設備迅速與這些物質發生一定的化學反應，并因此被腐蝕。不同部位的腐蝕原因也是不同，這里以原油儲罐為例：

(1)罐底板的上表面腐蝕。由于原油在儲罐中靜置一段時間之后，會導致罐底上表面出現水層。該類水中含有大量的硫、氯、氧、酸等類物質形成的強電解質溶液，對其進行電化學腐蝕。

(2)油罐儲油部位。由于油品罐內壁與油面上部空間的含氧量存在差異，一般情況下，氧濃度隨著油罐循環而增大，導致罐壁加速度腐蝕。

(3)油罐的氣相部位。油罐氣相部位因為原油揮發的硫化氫氣體與呼吸閥進入罐內的水分或SO2等氣體，在油罐液面的罐壁形成的酸性溶液而產生化學腐蝕。

(4)儲罐外壁的腐蝕。儲油罐外壁與空氣中的氧氣、水蒸汽等發生化學反應，導致外壁腐蝕。

(5)罐底的下表面腐蝕。該類腐蝕的主要原因包括不同種類金屬引發的電偶腐蝕，或土壤腐蝕以及氧濃差電池腐蝕等。

1.2 設備腐蝕的相關分類

(1)二氧化硫腐蝕。由于輸送的物料中含有硫元素，使管線內部含硫物累積較多之后，與管線底部積水能夠產生酸性循環反應，進而腐蝕鋼管。先由SO2、氧氣與Fe反應生成FeSO4·7H2O，經過水解就會成相關的氧化物及游離酸，游離酸能夠腐蝕鐵，生成新的FeSO4·7H2O。再次水解，形成反復循環，導致管線底部加速腐蝕。

(2)硫化氫腐蝕。石油中硫化氫含量較高，該氣體與管線中H2O形成溶液后，產生氫離子腐蝕管道。而且硫化氫溶液經過氧化之后，生成的硫酸會使管道腐蝕更快。

(3)二氧化碳腐蝕。空氣中的二氧化碳遇水后生成碳酸，而石油管道多為鋼鐵材質，鋼鐵中的碳、鐵元素都屬于導電介質，鐵的活性較強與活動性弱的碳能夠產生原電池，在此情況下會加速碳酸腐蝕效應。

(4)細菌腐蝕。由于管道中存在多種能夠代謝鹽類物質的細菌，這些鹽類物質能夠腐蝕鐵質管道。

此外，腐蝕根據其發生機制進行分類，可分為化學腐蝕及電化學腐蝕。一般情況下，化學腐蝕主要是在高溫、干燥的環境下，環境介質作用于金屬表面而發生化學反應。電化學腐蝕則是在潮濕環境下，發生的一種氧化還原反應，電解質溶液接觸金屬后，產生電極反應，導致金屬被腐蝕。工業環境難免會有腐蝕金屬的各種介質(如：SO2、氫氧化物等)，在潮濕環境下，空氣中的酸性氣體遇水則會生成腐蝕性極強的無機酸。因此，工業環境下，石油機械設備的腐蝕是一種發生背景存在差異的氧化過程[1]。

2 石油機械設備中防腐檢測技術的應用

2.1 設備的防腐結構設計

在進行防腐蝕結構設計時，應避免機械設備產生間隙，若設備中的一些部位液體流通不暢就會出現縫隙腐蝕(如：碳鋼、鋁等設備)都存在這種情況。產生相關的縫隙腐蝕之后極有可能會導致孔蝕或應力腐蝕，使機械設備破損更加嚴重，因此結構設計是避免縫隙腐蝕的最佳途徑。設備的密封面與連接部位可以通過焊接的方式避免縫隙或死角。因為設備中局部液體或固體殘留、堆積，會導致設備操作或停車期間，局部發生腐蝕。因此設計時應避免存在液體無法排盡等死角[2]。

2.2 合理使用防腐涂料

防腐涂料法對石油化工設備腐蝕起著超強的屏蔽作用，有效避免腐蝕介質接觸相關材料，阻隔腐蝕電池的通路，達到延緩腐蝕的效果。在選防腐涂料時，應根據涂料的本身耐腐蝕性能，比如選擇金屬含量低的電極、電位弱的漆膜，使其成為腐蝕電池的陽極，這樣就能實現底材金屬的陰極保護。

2.3 石油機械設備的基本防腐操作

在進行石油機械設備的防腐處理時，可以根據相關的電化學機理改造設備，使金屬設備成為陰極腐蝕電極，進一步達到設備的防護效果。可以采用外加電流法將被保護金屬作為電池的陰極，做好電池另一極的相關附加，實現外加電流對陰極金屬的有效保護。除了進行整套防腐選材及防腐結構的方案設計，石油化工機械設備腐蝕，還存在安裝質量方面的問題。若相關的機械設備安裝不當，則會導致液體流動受到影響，而且設備內部會因為壓力不均衡等方面問題，導致設備遭到破壞。因此為了避免設備局部憋壓等方面的安全隱患，設備安裝必須合理[3]。

3 石油機械設備防腐的優化策略

3.1 工藝流程優化

石油化工的操作過程頗有難度，因為其工藝流程太過復雜，因此若想整體降低石油化工的機械設備腐蝕狀況，必須優化石油化工的整個生產工藝。原油提煉初期，應盡量減少流程中的含水量，避免設備遇水發生腐蝕，使機械設備整體防腐效果處于最佳狀態。

碳素鋼在機械制造業相當常見，其價格合宜且購買方便，而且比較容易加工。在普通環境下，通常不易腐蝕，但該材料卻無法滿足化工企業的設備防腐蝕要求。因此，化工企業中，若想機械設備免遭腐蝕，可以采用普通低合金鋼作為機械設備的制造基材。設計過程應做到：機械部件形狀簡單且表面無缺陷或損壞；機械部件所使用的金屬材料盡可能保持一致；避免機械部件中存有縫隙；機械表面應使用隔離作用良好的防銹漆，避免機械部件直接接觸腐蝕性介質；焊縫涂漆時，必須確保機械部件的全方位及接縫處都有涂漆；設計機械設備時，要盡量避免設備上出現排水孔或凹形設備，防止水分滯留腐蝕金屬；焊接期間，應采用連續焊接技術，并合理設計焊接處的夾縫。

3.2 防腐技術管理

通常情況下，石油化工機械設備的防腐工作若想得到有效落實，必須完善相關的監管體系，加大力度對相關工作人員進行防腐知識的教育與宣傳，提高工人的防腐意識跟技術，讓他們深入了解機械設備腐蝕形成的各種危害，使其認真對待防腐工作。根據石油化工企業的具體情況制定合理的設備維護保養制度，以便于工作人員能夠明確工作職責，管理人員也可以實時調查防腐工作質量，并對工作人員進行專業的考評與監督，發現問題及時處理，最大限度避免誤操作[4]。

3.3 改造設備

隨著石油機械設備的腐蝕情況日益嚴重，由于在長時間開采石油過程中，品質較低的機械設備遭到腐蝕后，嚴重影響了石油產量。而且以往的設備抗腐蝕能力較弱，達不到石油開采過程中的防腐效果。所以，石油企業應根據設備自身存在的質量問題，合理選用防腐材料對其進行具體改造，力求同步機械設備的耐受性與石油開采質量。

3.4 電化學防腐技術

由于石油機械的防腐工作與電子轉移具有較為密切的聯系，條件允許下能夠達到很好的防腐效果可以在一些易腐蝕的機械表面涂上防腐材料，然后施加相應的電流量，使機械能夠正常運行。此外，還可以采用物理方法，以電鍍的方式隔絕機械表面的酸性物質，使機械設備的抗氧化能力增強，有效避免石油雜質與機械設備產生反應，降低防腐工作的耗材成本的同時做好相關設備的腐蝕防護[5]。

3.5 緩蝕防腐技術

在石油機械設備安裝過程中，將一定分量的緩蝕劑放置于機械設備內部，達到抗腐蝕效果。雖然石油機械設備內部與空氣接觸比較局限，但設備中的油品卻存在自身的成分差異，極易在機械設備內壁產生不同程度的腐蝕。因為避免腐蝕，穩定設備內壁金屬離子相當重要。

3.6 外涂層防腐技術

(1)無機非金屬涂料。該涂料一般表現為玻璃、搪瓷等絕緣涂料，將其涂在石油機械設備上能有效避免設備與空氣介質產生化學反應，達到提升設備防腐能力及延長使用時間的目的。(2)環氧涂層。環氧涂層具有良好的防腐性能，適用于各種材質管道的防腐，但該涂層的配置方法及制作過程卻相當復雜。(3)改性涂層。該類涂層屬于外防腐技術中最先進的涂料，采用納米技術臨界處理的有機材料或無機材料，在石油機械設備的應用中能夠起到良好的防水、耐腐蝕效果[6]。

4 結語

總之，石油機械設備產生腐蝕的原因多種多樣。為了將腐蝕介質數量降到最低，達到最佳防腐效果，可以通過“一脫四注”的方法緩解機械設備中低溫輕油系統的相關腐蝕。將石油化工所需原材料深度脫鹽的同時，強化工作人員的防腐力度，不斷研究新型防腐檢測方法，力求延長設備的使用壽命。