化工產品金屬腐蝕與防護技術新進展

張 慧，翟全林，李慶軍

（1.壽光富康制藥有限公司，山東濰坊 262700；2.山東宇鴻工程咨詢有限公司，山東濰坊 262700）

一般在化學裝備設計中，都需要加強對其腐蝕條件的合理分析，而銹蝕控制系統則通常是由產品專業人員及有關負責人加以考慮并設計，但由于受多方面的客觀因素負面影響，對化工產品防腐蝕措施仍存在著很多問題，并致使產品本身形成了很多的環境安全隱患。所以，就需要根據化工產品的應用環境、自身材料特點等加以合理分析，考慮其銹蝕因素、腐蝕類型等，有針對性地實施產品的防銹蝕控制系統，以提高防腐蝕措施的全面落實，從而提高化工產品的環境安全與使用效益。

1 化工產品腐蝕造成的經濟損失

當下，化學制品有著應用廣泛的特性，各種化學制品逐漸滲入了生活中。相關研究指出，世界范圍內，每年大約有10%的鋼鐵成為廢物，其主要成因就是腐蝕，部分關鍵化學裝置因此還會引起負面影響。國內由于腐蝕原因而造成的經濟損失已超過了200億元。根據統計資料指出：金屬腐蝕將會造成國民經濟巨大的損失，一方面會導致國內生產總值減少，另一方面還會造成國民經濟發展的緩慢。為此，許多化工廠家也在開展產品銹蝕、產品防腐對策方面的分析，力圖迅速處理有關問題，以最大程度地增加公司效益、減少生產成本。

2 化工產品腐蝕成因分析

2.1 化工產品腐蝕成因

（1）內部原因。內在因素造成的銹蝕分為以下幾種：材質因素，一般產品都是金屬制造，各種材質的抗腐蝕效果有所不同。產品生產環節中，若技術工藝不精確也會造成產品出現嚴重銹蝕。但實踐經驗表明，產品表面防腐蝕工序對其后期的應用效率會形成直接影響。另外，若從產品外觀、內部結構出發加以分析，其連接部位的不牢固也會導致產品銹蝕現象。

（2）外在原因。外在因素主要是指由于外部環境所造成的腐蝕。化工產品中，無法防止腐蝕性介質和原料，如酸、堿、氧化產物等，而且也可能遭受外部溫度、空氣相對濕度的危害。制造工藝中，應當注意使用規范性，防止其他污染物的進入。防止其他物料與產品原料發生復雜的副反應，減少產品腐蝕的概率。

2.2 化工產品腐蝕分類

針對化工產品銹蝕問題進行了簡要劃分。大致分為化工侵蝕、物理學侵蝕和電化學技術侵蝕三種。化工侵蝕大多為化工原材料引起，在產品生產和加工的過程中，金屬原材料在與產品接觸部位易發生化學反應，多為金屬的氧化還原反應，從而引起工業產品銹蝕問題。物理學侵蝕多是在高溫情況下引起的。在高溫環境中，金屬水解、侵蝕等均會產生物理學侵蝕效果，從而引起化工產品受到侵蝕。而電化學技術侵蝕則通常為制造過程中，金屬材料與產品原材料電解質溶液間進行的電化學反應而導致，容易引起電氣產品損傷、破裂，從而引起電氣產品銹蝕問題。這一現象大多出現在低溫、潮濕的工作環境中。化工生產環節中，腐蝕現象相當普遍，導致化工產品廠商蒙受了很大的損失，嚴重時還會使得化工產品的制造品質遭受影響。

2.3 電化學腐蝕

金屬材料在環境中同電解質溶液接觸時，與金屬中的雜質以及與異種金屬接觸時產生電位差，從而構成腐蝕性原電池而產生金屬腐蝕的現象，叫作金屬電化學傳感器侵蝕。侵蝕歷史可包括兩種，單獨地并在一起完成的陽極（形成氧化物反應過程）和陰極（形成還原反應）階段，在化學反應流程中主要由輸出電流所生成的。其可分成析硫侵蝕和吸氧侵蝕二類。

2.4 化學腐蝕

金屬材料在干燥氣體或者非電解質液中產生純物理化學效果所造成的腐蝕性損害叫作物理化學侵蝕。物理化學反應歷程是指金屬材料表面分子間由非電解液中的金屬氧化物直接進行氧化物分解還原的反應，由于化學反應流程中無輸出電流生成。因此在鋼材冶金流程中，由于高熱的氧化性氣體影響在鋼材表層，所產生金屬氧化鐵和脫碳的侵蝕現象也是物理化學侵蝕。

3 金屬腐蝕防護手段

金屬板材類型的多樣性，決定了金屬腐蝕保護手段的多樣性。保護手段一般可包括金屬表面處理、電化學防護及改善腐蝕環境等三大部分。

3.1 金屬表面處理

表面處理過程，一般是指利用物理性質、化工和電物理化學等技術手段，在金屬材料基體表面形成一個隔離保護膜，以阻止電解質溶劑和基體接觸，從而起到減輕銹蝕的目的。

3.1.1 涂層防護

涂料涂層防腐有著漫長的發展歷程，在金屬基體表面涂覆一層涂層可隔離水分和空氣接觸的基底，從而產生防護效果。涂料防銹有經濟、簡單、高效、適用范圍廣泛的優點。而油漆涂裝除去保護金屬材料免受銹蝕的基本功能之外，尚有建筑美觀、標志等的某些特種功能。而油漆防護則具有施工和維修過程簡單、不受待涂裝產品尺寸形狀影響等優勢。常見的油漆施工工藝有刷漆、輥涂、噴漆等，較常見的涂料有環氧樹脂漆等。

3.1.2 金屬層防護

金屬表層保護，主要是指在基體表面包覆上一層金屬或合金，使防護的對象同腐蝕介質完全隔離開來，以實現對基體金屬表面產生防護的目的。在基體表層包覆上十幾微米的保護膜，就能夠提高金屬材料的耐腐蝕性，從而節約了巨大的環境資源。覆蓋金屬表面保護膜的主要手段有鍍層、化學鍍、熱浸鍍、最大真空度鍍等。從涂層性質與防護金屬表面的陰極電位劃分來看，有陽極性涂層與陰極性涂層二類。其中，陽極性涂層在造成損壞后仍對基體具有防護功能，而陰極性涂層在造成損壞后，則會加劇對基體銹蝕。

3.1.3 陽極氧化處理

外加電源并使金屬材料與電源正極相連后，在外部電流與相應電解質溶液的共同作用下，在金屬材料表層產生一氧化物層的工作過程就叫陽極氧化。陽極氧化工藝技術，一般使用于鋁、鎂、鈦以及合金生產。這種金屬表面本身也會產生一層較薄的金屬材料氧化層，而天然氧化物薄膜層的所有金屬材料性能均較弱。但通過陽極氧化處理后，在表層產生的幾微米或幾百微米的金屬氧化物層更加緊密，耐蝕性、耐磨性和裝飾性等性能都有了較大的改善。

3.1.4 氧化處理

抗氧化處理過程也是化學表面處理的一個常規手法，在強氧化劑的作用下，鋼鐵工件表層形成了1μm左右厚度的保護性抗氧化層，以隔離腐蝕性介質。抗氧化膜的色澤通常呈現發黑或藍黑色，所以抗氧化處理過程又稱之為發藍處理過程。由于這些抗氧化膜膜層薄且具有較好潤滑性，不危害零部件精細度，所以發藍適用于高精密儀器、儀表、裝備等的保護與裝飾處理。

3.1.5 磷化處理

鐵、鋅等金屬及合金在酸性的磷酸鹽水溶液中浸泡后，與金屬材料表層進行物理化學反應和電化學反應并產生磷酸鹽物理化學膜的主要步驟就是磷化處理過程，產生的磷酸鹽物理化學膜也叫作磷酸化薄膜。磷酸化也是常見的金屬表面化工前處理技術，產生的磷酸化涂層可以為基體帶來防護，有效隔離腐蝕性介質；同時增加了鍍層漆膜對基體的黏附能力，因而增長了金屬產品的使用壽命。

3.1.6 合金化處理

合金化處理，是指通過往金屬材料中摻入其他微量元素（碳、鎳、錳等），以進一步提高耐蝕性、耐磨度等性能的工藝技術。如對鋼鐵材料表層做滲碳滲硫處理，讓碳氮元素直接加入鋼鐵材料表面層中，能明顯提高鋼鐵材料的堅硬性能。而不銹耐酸鋼是在普通鋼鐵產品的冶金過程中，添加鈷、錳、碳等微量元素后所產生的特種鋼鋼產品，其抗腐蝕能力比普通鋼產品有了較大改善，且具有更良好的熱力學性能。

3.2 電化學保護法

電化學防護法是指利用電化學理論對各種金屬材質進行保護措施，使之成為陰極或鈍化，起到減輕銹蝕的目的。它一般可包括犧牲陽極的陰極保護法、外加電流的陰極保護作用法和陽極防護法等三類。犧牲陽極防護法一般是在基體上連接電位較低的金屬或合金，后者通常在酸性電解質水溶液中作為陽極，而基體則被保留下來作為負極。有些埋地石油管線、連接電網系統等也使用此辦法防腐蝕。與外加輸出電源的陰極保護方法大不相同，陽極環境保護方法是使金屬材料接收了外電后的正極材料，其基材電位超過較正的值，而后在金屬表面形成氧化層，從而使金屬材料的表面減少腐蝕性。因此陽極保護法方法適合于金屬材料易鈍化的系統，通常應用于氧化性較強的介質表面上。

3.3 改善腐蝕環境

改變金屬材料所在的腐蝕環境，對于減小腐蝕速率非常有必要。最常見的手段就是通過加入緩蝕劑，又或者在金屬材料的所處環境中添加慢化劑，能夠有效減小其腐蝕速率。緩控釋物的使用極少，通常在1%以內，但緩釋作用卻非常突出，所以緩蝕劑防腐被大量應用在油田、化學工業、交通、文物保護等領域。另外，在埋藏地管線附近回填干燥的沙土以防止管線直接和泥土接觸，也是提高耐腐蝕能力的一個重要創新手段。

4 現代化工產品防腐策略分析

4.1 防腐設計

當下，在石油及化工裝置的防腐蝕中，防腐蝕控制理論需要從起因出發進行剖析，由于腐蝕問題因素較多，還需要從主體、客體角度出發對其加以精細化、全面化地剖析。結合現代石油化工裝置建筑設計現狀進行分析，還需要保證建筑設計工作人員都具備了全面的防腐蝕基本知識，并結合裝置工作環境、裝置功用和生產特性等因素加以綜合剖析。在裝置設計中，還需要強化結構構造、防腐蝕計劃、材質特征屬性、設計制造工藝技術等進行剖析。近年來，隨著我國現代電子計算機發展，先進的技術理念、理論體系等也逐步引進。僅就現代石油化工裝置來說，工程設計人員就需要科學合理運用先進的生產工程設計方式，利用計算機輔助系統加以工程設計與優化，從而提升了裝置安全等級、可靠性程度。另外，還必須確保與現代化工產品、結構材質的統一性，針對連接部位的縫隙、連接工序等實行嚴格控制。

4.2 表面預處理的有效控制

根據當代的化工產品防腐蝕管理狀況，企業需要確定產品表面處理的重點，以提升產品表層的防腐蝕管理成效。結合實際情況分析可以看出，當代化學企業在生產操作中，應用最大的就是產品表層防腐蝕措施，主要分為表層噴砂、噴劑二類方案。在具體的實施環節中，企業需要根據化工產品表層構造、性能狀態等因素加以處理。選擇合適的表面預處理方式做好產品除雜，特別是表面腐蝕強烈、氧化物劇烈的地方，更需要加強注意。從產品表層實干度、潔凈度等經過綜合分析考量后，要選用適當的表層噴砂噴劑材質。另外，還需要根據產品生產環節中常見問題做好種類的選擇工作，進一步提高表層材料的科學化、合理化，以期進一步改善產品表面耐腐蝕性的效果。材料配制期間，必須要結合適當的技術規范、以減少不標準化狀況的出現，以提升噴涂效率。在作業環節中，也必須提升管控效率，以確保現代的化工產品在各部位都能覆蓋到，以減少化學腐蝕問題的出現概率。

4.3 電化學保護的分析

電化學防護是根據現代化工產品腐蝕現狀而提出的應對方法，重點是根據當代化學產品表面進行防護的方式，以防止因其與空氣進行直接接觸而產生的腐蝕問題，從切斷電化學傳感器腐蝕途徑的角度考慮而進行保護。目前電化學防護主要分為陰極、陽極防護兩種形式，不但能夠達到保護一般腐蝕產品的效果，而且還能防止點侵蝕、沖擊腐蝕等情況的出現；后者主要是指，及時將被防護的金屬元器件與外部直接供電的正極進行連接，通過電解質水溶液進行防護作用。將其建立成相對固定的防護狀態，減少銹蝕速率。

4.4 緩蝕劑的合理使用

現代化工產品的防腐蝕管理措施中，緩蝕劑為最常用方法之一，能對產品表面產生良好的防護效果，從而減少銹蝕速率。在金屬性質的化工產品中，防腐蝕效應尤為明顯。需要引起注意的是，這一方式對于金屬化學產品來說，有著較為穩健的效果。因為緩蝕劑一般應用都比較簡單，通常只在介質內部添加少許緩蝕劑便能實現抗腐蝕效應，并保證了其在發電機位置處產生明顯吸附效果。當然，要確保緩蝕劑實現良好穩定的效應，還可根據金屬現代化學產品進行表面特征化、環境效果的分析，從而實現對緩蝕劑類型的合理選用與優化。

4.5 化學介質濃度的限制

化工產品介質元素含量對產品侵蝕性有影響，由于設計工作是根據相關標準規范進行的，在產品制造環節中不同工況介質化學元素含量在初期不同時，就非常容易產生產品侵蝕性問題。如石油化工介質中可能會存在硫化氫、水等生化產物，極易增加產品侵蝕性效果。以焊接操作中為例，首先需要科學合理選擇氫硫基、水的化學含量，并調節二者溶液濃度，以減少焊縫部出現腐蝕斷裂的情況；焊后若未能及時進行熱應力處理，則需要做好對氫氧化鈉含量的適當控制，以確保溫度、環境壓力的合理控制，從而減少電氣產品腐蝕斷裂的概率。

5 結束語

針對現代化化工產品的防腐蝕措施進行了全面剖析，針對現代化化工產品銹蝕成因、侵蝕類型和影響因素等方面展開了研究，而后提出了化工產品的防腐對策，力圖迅速提升化工產品的耐用性、安全度、有效性、為化學工業領域的長期健康發展提供有效保障。