化工機械典型設備的腐蝕原因及防腐措施

劉 陽

（中海油天津化工研究設計院有限公司，天津 300131）

化工機械腐蝕是普遍存在的現象，腐蝕會造成設備破壞、安全事故以及資源浪費，本文對幾種典型化工機械設備的腐蝕原因進行分析，并提出相應的防護措施，為化工企業設備防腐提供參考。

1 化工機械典型設備的腐蝕原因

1.1 生產設備

化工機械設備一般由金屬材料制成，金屬材料的耐腐蝕性取決于它的金屬顆粒大小和顆粒密度，金屬表面越光滑，其耐腐蝕性越強，表面越粗糙，其耐腐蝕性越差。目前大部分化工機械都是由金屬材料制成，主要以碳素鋼材為主，碳素鋼材雖然鋼度較強、成本較低、能夠進行大規模生產，但防腐性能較差。

化工機械設備的設計結構不合理也會造成腐蝕，如果零件之間有結構縫隙、使用元件有設計死角，而當這些部位在生產運行過程中經常接觸腐蝕性物質時，會產生腐蝕問題。

加工介質也是設備產生腐蝕的主要影響，例如原油預處理裝置，原油中硫含量和酸值越高，對設備的腐蝕越重。在低溫輕油部位存在H2S-HCl-H2O腐蝕環境，原油中的鹽類水解會產生HCl，HCl 處于干態時對金屬無腐蝕作用，但當在冷凝系統溫度降低出現冷凝水滴的時候，HCl 溶于水生成酸性強腐蝕環境，同時原油中的有機硫化物在煉制反應中生成H2S，H2S 溶于水后與金屬鐵發生反應生成硫化鐵和HCl，硫化鐵結構疏松不能阻止進一步腐蝕，而生成的HCl 又加強了酸性強腐蝕環境，從而加劇了設備的腐蝕。在高溫重油部位，主要是活性硫（以硫化氫為主）直接與金屬反應導致的化學腐蝕。另外存在SO2高溫煙氣的部位，還容易發生硫酸露點腐蝕，此類腐蝕非常嚴重。

另外，大部分煉化一體化項目中有一類重要的裝置即加氫裝置，其中會存在氫氣腐蝕，包括：脫碳、氫鼓包、氫脆。脫碳是指鋼材與高溫氫接觸，氫原子滲入鋼材，和不穩定碳化物反應生產甲烷，使鋼材表面形成脫碳；氫鼓包是在高溫狀態下氫原子滲入鋼材，溫度降低后氫原子又聚集結合成氫分子，大量氫分子聚集，體積膨脹、壓力增強從而使鋼材產生鼓包；氫脆與鋼材中的氫含量以及所處部位的應力有關，當鋼材中的氫濃度為（6～7）×10-6時脆性最大，此時鋼材的延展性降低、抗壓能力減弱，在應力作用下可出現裂紋，這些氫致腐蝕損傷對化工機械造成極大隱患。

1.2 承壓設備

承壓設備可能會受到應力腐蝕，應力腐蝕是材料在應力和腐蝕介質的共同作用下產生的脆性斷裂。所有材料均存在屈服現象，但造成應力腐蝕的外加應力或殘留應力遠小于材料的屈服強度，因此不可忽視腐蝕介質的作用，例如低碳鋼在高濃度氫氧化鈉作用下的堿脆、在硝酸溶液中的硝脆，不銹鋼在高熱高濃度含氯離子溶液中的氯脆，銅合金在氨氣環境下的氨脆等。

化工機械中承壓設備較多，其運行過程中不僅要承受高壓，經常還會伴隨著高溫以及各種混合化學物質，加劇了承壓設備的腐蝕。具有腐蝕性質的化學液體原料以及在高溫下汽化形成的腐蝕氣體，在設備金屬表面進行作用，很容易造成點蝕和縫隙腐蝕等，從而導致堿脆、氨脆等現象以表面腐蝕點、腐蝕縫隙為起點，在應力作用下，形成整體脆性斷裂。

1.3 儲存設備

儲存設施以原油儲罐為例，罐頂內部極易受到氣相腐蝕，罐頂內部不直接接觸油品，但大量的有害氣體（例如H2S、CO2、O2）和油氣會聚集在罐頂內部下方空間，加之浮盤與罐壁的摩擦、罐頂內部涂層本身有缺陷或破損時，會導致嚴重的腐蝕。

儲罐內壁受到的主要是化學腐蝕。儲罐內壁接觸油品的部位會受到油品中活性硫的腐蝕，如硫、硫化氫、硫醇等，且在高溫等作業條件下，各物質之間仍會相互分解、轉化對罐內壁造成腐蝕。另外，儲罐內壁氣液結合處，油品中氧濃度低為陰極，油面上氧濃度高為陽極，由于液位變化導致氧濃差電池條件下產生腐蝕。

儲罐底板內表面是整個儲罐腐蝕最嚴重的部位，主要受到電化學腐蝕。油品在儲罐中靜置一段時間后會在底部形成一層水層，從而水層作為電解質溶液與儲罐底板金屬接觸產生電極反應導致電化學腐蝕。在電極反應中，儲罐底板金屬材料失去電子被氧化，生成金屬氧化物和金屬離子，而電解質溶液中的雜質通過傳遞電子，使得反應不斷發生、腐蝕不斷進行。另外，儲罐底板內表面還易受到微生物誘發的腐蝕，如硫酸鹽還原菌等引起的腐蝕。

儲罐外壁直接與大氣接觸，其腐蝕實質屬于電化學腐蝕。大氣中存在大量的O2，會對金屬儲罐外壁產生銹蝕，環境污染嚴重的地區比如有酸雨的地區和沿海地區對于露天儲罐的腐蝕會更嚴重一些。

儲罐底板外表面主要為氧濃差電池腐蝕和雜散電流腐蝕。罐底與砂基礎接觸不良，導致罐底氧濃度分布不均，引起氧濃差電池，一般罐底中心部位由于受到油品重量壓力，該處氧濃度較低，從而導致罐底中心部位成為陰極被腐蝕。加之，有雨水、冷凝水、地下水分的存在會加劇罐底外表面的腐蝕。

1.4 運輸設備

管道輸送的介質中大部分存在著一定含量的硫元素，硫元素會與金屬管道中的鐵元素發生反應，生成硫酸亞鐵化合物，其中的游離酸又會發生水解反應，從而加劇管道內部的腐蝕情況。

大部分管道尤其是長輸管道都埋在土壤中，因此土壤中的化學物質會直接與管道發生化學反應造成腐蝕。同時，潮濕的土壤中環境作為電解質會在管道金屬表面形成導通回路，容易產生比較嚴重的電化學腐蝕，大部分埋地管道的腐蝕都是電化學作用。

若發生地震災害或者受到土地表面的超壓沖擊，會導致管道表面防腐涂層的破裂，甚至導致管道出現裂紋，在涂層和管道的裂紋處會產生化學和電化學腐蝕，加速管道的破壞。另外，其他環境因素包括降水、植物、微生物等自然因素均能改變管道周圍的環境，加劇管道的腐蝕。

2 化工機械典型設備的防腐措施

2.1 生產設備

對于金屬設備應加強腐蝕失效技術分析，對脫硫系統、冷凝器等生產過程中經常與腐蝕物質接觸的設備定期開展檢查。若采用碳鋼等不耐腐蝕的材料很容易受到腐蝕侵害，應盡量選用含Cr、Ni、Mo等元素的耐腐蝕材料，或采用表面涂層處理，如碳鋼做表面滲鋁處理、鈦涂層等，對已經受到腐蝕侵害的零件及時進行更換，確保化工機械安全運行。

化工機械在設計過程中應盡量考慮減少縫隙和死角的措施，在制造過程中應盡量利用完整材料進行制造，避免出現焊瘤、曜變等缺陷問題，另外，可以在設備零件的連接位置采用新型耐腐蝕性的高分子材料，避免因酸、堿腐蝕物質沖刷造成的腐蝕。

加工含硫原油的設備，可在油品中添加合適型號的有針對性的破乳劑，從而使分散于油品中的水滴結合并利用油水體積質量的差別使水滴沉降，將原油脫水。另外還可加注氨水和添加緩蝕劑，加注氨水中和原油中的氯離子變為不水解的NH3Cl，從而可以減少HCl 的量，同時注氨還能中和原油中的酸性物質和部分硫化物，控制腐蝕；添加緩蝕劑可以在設備金屬表面與腐蝕物質接觸的部位形成保護膜，抑制金屬與腐蝕物質的反應，從而避免腐蝕。對于SO2高溫煙氣的腐蝕，可將排煙溫度提高到煙氣露點以上，從而減緩腐蝕。

加氫裝置在選材上可使用無夾雜或分層的潔凈鋼，同時氫脆是可逆的，可通過加熱脫氫恢復鋼材的性能，一般是加氫反應設備停工時，在冷卻到150 ℃之前恒溫一段時間，脫除鋼材中的溶解氫，可有效防止氫脆的發生。

另外，針對化工機械設備的防腐工作還有一項重要的環節即管理環節，完善的管理制度和優化的管理模式可以有效預防設備腐蝕。其中，完善的管理制度包括機械設備維護保養的體系規范、落實具體工作的責任人和責任制以及針對不同設備特定問題的操作規程；優化的管理模式即針對各種各樣的化工機械有專門的腐蝕隱患排查模式，針對某一化工機械存在的各種腐蝕問題有對癥的解決方案。

2.2 承壓設備

承壓設備在設計和制造時必須嚴格遵循相關標準要求，首先要根據使用條件選擇對生產介質敏感性低的耐應力腐蝕的設備材料，其次是在設計、制造設備的過程中以及生產零件的工藝選擇上盡量消除殘余拉應力同時確保設備的強度和精密性。

管理方面要提高安全生產標準化管理，對承壓設備定期檢修，同時明確設備的使用環境和年限，注意零件的使用周期，對腐蝕嚴重的部位要定期檢修和更換。

2.3 儲存設備

對于儲存介質應嚴把質量關，從源頭上減少介質的含硫量，可有效降低儲存設備的腐蝕速度和腐蝕程度。

對于設備本身可以采用陰極保護與涂防腐層相結合的辦法來控制電化學腐蝕，包括犧牲陽極的陰極保護和外加電流的陰極保護。在陽極材料的選取方面，使用一些石墨、鐵單質和鋁等材料，能夠實現高效保護；對于電流保護，通過人工方式增加外接電源提供外加電流，使得金屬材料的電位一直低于外部環境的電位，從而抑制金屬材料發生失電子的氧化反應，進行有效保護。

在儲罐設備設計過程中采用冗余方式，適當增加儲罐易腐蝕部位鋼板的厚度，以延長腐蝕時間，但此法經濟造價高、效果不明顯，一般不予采用。

在防腐管理方面定期排放罐底的積水、雜質，定期輪換騰空儲罐并及時清洗；減少油品的收發次數，盡量滿裝以減少儲罐內的氣相空間；定期對儲罐進行測厚和缺陷檢測，發現問題及時進行維修和大修。

2.4 運輸設備

針對管道內腐蝕情況，可以采取的防腐措施有：添加緩蝕劑、內涂層技術以及采用復合管材料，其中采用玻璃內襯復合管防腐效果較強，且能保障鋼管的機械強度。

外涂層技術是在管道外表面涂刷防腐涂料，使管道與外部環境隔絕，利用涂層的耐腐蝕性，阻止環境對管道的腐蝕，起到保護管道的作用。由于目前管道敷設的環境復雜多樣，因此應根據環境特點選擇合適的、有效的防腐涂層，可以有效的抵抗周圍土壤的腐蝕作用、植物的影響等，具有足夠的穩定性、貼合性、硬度、彎曲度和抗沖擊力的能力。

利用電化學原理對涂層防腐進行補充防護，利用外加電流的陰極保護方式給管道輸送直流電，降低管道的電位讓管道得到保護，達到防腐目的。

針對無法對腐蝕破壞現象進行有效避免的環節中，可以采用“設計余量”方式，在標準厚度上增加厚度，對腐蝕問題進行補償。

3 結 論

化工機械設備的腐蝕一般是由多種腐蝕原因環環相扣、共同作用形成的，出現腐蝕現象，不僅會影響設備的正常運轉，還會影響設備的使用壽命，增加生產中的安全隱患。本文通過分析不同化工機械設備的腐蝕原因，了解腐蝕發生的機理，提出了不同的化工機械設備應采取的具有針對性的防護措施，從而減緩設備腐蝕，避免因腐蝕引發的故障和事故。由于腐蝕原因的多樣性，防腐措施的選取一般也需要多種方法相結合，因此采取科學的方法加強化工機械設備的防腐工作，方能確保化工機械設備安全穩定運行。