熱能動力設備金屬的腐蝕與保護

李君

(內蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責任公司，內蒙古 赤峰 025350)

0 引言

熱能動力設備在現代工業領域尤其在發電企業和部分化工企業中是不可或缺的一部分，例如發電廠的鍋爐、汽輪機、熱交換器等。上述這些設備都是由金屬材料制造而成，然而幾乎所有的金屬材料在高溫、高壓，尤其是含有腐蝕因素的高濕等環境下，極其容易發生金屬自身的腐蝕問題，從而影響化工企業中設備的安全性以及穩定性。因此，熱能動力設備金屬的腐蝕與保護問題一直都是工程技術領域的研究熱點。本文將對熱能動力設備金屬的腐蝕與保護問題進行深入探討，為相關領域的研究和應用提供參考和借鑒。

1 腐蝕與保護技術

1.1 材料選擇

1.1.1 材料選擇的重要性

材料的選擇是決定設備使用壽命的重要因素之一。在設備最初的設計階段時，應根據設備所處的環境和使用條件，選用合適的材料。如果材料選擇不當，則會導致設備在使用過程中出現腐蝕、開裂、變形等問題，甚至引發設備事故。

1.1.2 材料選擇的基本原則

第一，根據設備的使用條件選擇合適的材料。例如，在高溫、高壓的環境下應選用耐高溫的合金材料，在強腐蝕介質的環境下應選用耐腐蝕材料等；第二，材料應具有良好的力學性能和物理性能以及化學性能，以保證能夠滿足設備的使用要求；第三，應考慮材料的加工性能和成本，選用具有良好耐腐蝕性能的材料，以降低設備的腐蝕率。

1.1.3 材料選擇的具體方式

第一，參考國內和國外的相關標準和規范，選擇符合要求的材料；第二，參考同類設備的使用情況和經驗，了解此設備的使用條件，選擇適用于此設備的材料；第三，進行實驗和測試，評估不同材料的力學性能和耐腐蝕性能；第四，選擇優秀的材料供應商，確保材料的質量以及可靠性。

以鍋爐管道材料的選擇為例。在某些化工企業中，選用了高溫合金鋼、超級304H 不銹鋼、12Cr1MoVG等材料。這些材料在高溫、高壓的環境下表現出良好的耐腐蝕性能和力學性能，保證了設備在高溫、高壓的環境下可以安全運行。

1.2 防腐涂層

第一，介質的性質。不同的介質對涂層的腐蝕影響區別較大，如酸、堿、鹽等介質都需要選擇相應的涂層；第二，金屬基材的性質。不同金屬的腐蝕特性也不同，例如不銹鋼、銅等材料需要選擇耐酸堿涂層；第三，使用條件。涂層在運行過程中可能會受到不同程度的機械刮擦、高溫、高壓等因素的影響，所以需要選擇耐磨、耐溫、耐壓等特殊涂層；第四，環保要求?，F在工業領域越來越重視環保問題帶來的影響，所以需要選擇環保型的涂層。

在某些化工企業中，在其防腐涂層的選擇會是：如介質主要是酸性氣體和水蒸氣，則需要選擇能夠抵抗酸堿腐蝕和水蒸氣腐蝕的涂層；如金屬基材主要是碳鋼和不銹鋼，則需要選擇能夠抵抗碳鋼和不銹鋼腐蝕的涂層；如設備中在使用中存在高溫高壓的情況，則需要選擇耐高溫高壓的涂層；滿足環保要求，涂層需要選擇無毒無害、不含重金屬的環保型涂層[1]。

1.3 陰極保護

熱能動力設備金屬的腐蝕與保護技術中，陰極保護是一種常用的防腐方法，通過在金屬表面建立一個電位低于基體的陰極反應，使金屬處于電化學上的保護狀態，從而達到防止金屬腐蝕的目的。陰極保護方法的優點在于它對金屬材料的表面和內部都具有良好的保護作用，同時不會增加金屬材料的重量和尺寸，對設備的性能和壽命也沒有不良影響。

陰極保護技術的具體方式包括電位調節、電流陰保、金屬鋅的保護、犧牲陽極等。其中，電位調節方法是指通過在金屬表面施加一定的外電勢，使其電位低于基體，從而達到防腐的目的。金屬鋅的保護是通過將金屬鋅與被保護金屬接觸，由于鋅比被保護金屬更具有活性，因此被保護金屬會成為鋅的陰極，從而達到防腐的目的。犧牲陽極是將一種更容易被腐蝕的金屬材料制成陰極，并與被保護金屬接觸，以此犧牲陽極來保護被保護金屬[2]。

1.4 緩蝕劑

緩蝕劑的使用方式，主要分為添加到防腐涂料中和直接添加到腐蝕介質中兩種方式。在添加到防腐涂料中時，緩蝕劑可以與涂料一同涂刷在金屬表面上，形成一層穩定的保護膜。在直接添加到腐蝕介質中時，緩蝕劑可以與腐蝕介質混合，形成一層穩定的保護膜，防止金屬與腐蝕介質直接接觸而發生腐蝕。

例如，在某些化工企業中，儲罐長期暴露在酸性環境中，容易發生腐蝕。為了解決這個問題，這些企業采用了將緩蝕劑直接添加到腐蝕介質中的方式。如他們選擇了一種高效的緩蝕劑，并將其添加到儲罐內的腐蝕介質中，形成了一層穩定的保護膜，則可以防止了儲罐內金屬的腐蝕。經過實驗驗證，該方法不僅有效防止了腐蝕，而且具有經濟實用性，成本較低，獲得了很好的效果[3]。

2 熱能動力設備金屬的腐蝕與保護實踐案例

2.1 鍋爐水側金屬管腐蝕的防治

某些化工企業生產中使用的鍋爐和換熱器等熱能動力設備，可能會由于工作環境的惡劣和運行條件的復雜，常常會發生金屬管腐蝕的問題。針對這一問題，企業需要采取的保護措施有：

首先，定期對鍋爐水側金屬管進行清洗和化學處理。通過定期排污、清洗水側管道和采用化學水處理等方式，有效地清除了管道內的水垢和氧化物，減少了管道內金屬的腐蝕[4]。

其次，針對管道內部環境酸堿性的變化，選擇具有耐腐蝕性和耐高溫性的特種涂層。將其涂覆于金屬管表面，形成了一層堅固的保護膜，有效地延緩了金屬的腐蝕速度。

2.2 熱交換器金屬板受到高溫氧化腐蝕的防護

熱交換器作為熱能動力設備的核心部件，在使用過程中容易受到高溫氧化腐蝕的影響，導致設備的性能下降，甚至損壞。因此，對熱交換器金屬板進行有效的防護是熱能動力設備金屬腐蝕與保護領域的重要研究方向之一[5]。

在某些化工企業中使用的熱交換器金屬板采用的是鎳基合金材料，具有很好的高溫氧化腐蝕抵抗性。然而在實際運行過程中，由于壓力波動等因素，熱交換器內部水垢及沉積物較多，導致金屬表面的防腐涂層出現脫落、龜裂等情況，從而降低了金屬板的抗氧化腐蝕性能。為了解決這一問題，該企業采取了以下措施：定期清洗熱交換器內部水垢及沉積物，保證金屬板表面干凈，防止腐蝕產生；對熱交換器的防腐涂層進行了改進，選擇了具有較好耐高溫氧化腐蝕性能的材料用于涂層，提高了金屬板的防護能力；通過引入先進的監測和管理技術等手段，對熱交換器進行精細化管理，及時發現并解決問題，確保熱交換器的正常運行[6]。

3 加強金屬腐蝕與保護技術創新的建議

3.1 推廣應用新型材料

3.1.1 開展新型材料的研發和試驗

針對不同的金屬材料和腐蝕環境，開展新型材料的研發和試驗，探索新型材料的耐腐蝕性能和適用范圍。例如，對于高溫下容易受到氧化腐蝕的金屬材料，可以研發出具有更好氧化穩定性的新型材料。

3.1.2 推廣應用耐蝕性能更好的合金材料

合金材料由兩種或兩種以上元素組成，通常具有比單一金屬更好的耐腐蝕性能。因此，推廣應用耐蝕性能更好的合金材料是一種可行的途徑。例如，使用含有鉬和鉻等元素的耐蝕合金材料，可以有效地抵御化學腐蝕和高溫氧化腐蝕[7]。

3.1.3 推廣應用防腐涂層材料

防腐涂層是一種常用的金屬腐蝕保護方法，可以防止金屬與外部環境直接接觸，從而達到防腐的目的。推廣應用防腐涂層材料也是一個可行的途徑。例如，使用具有高耐腐蝕性和高耐熱性的陶瓷涂層材料，可以在高溫和強酸強堿環境下有效防止腐蝕。

3.1.4 推廣應用新型防腐材料

推廣應用新型防腐材料也是一種可行的途徑，例如，使用具有自愈性質的聚合物材料，當材料表面被破壞時，聚合物材料可以自行修復，從而保護金屬材料不被腐蝕[8]。

3.2 加強防腐涂層技術研究

防腐涂層技術的發展，歷程經歷了多個階段。最初的防腐涂層是采用天然樹脂、瀝青等天然材料制成，但這些涂層的防腐性能不穩定，不適用于一些特殊環境下的金屬材料保護?，F代防腐涂層技術采用了各種高分子材料、無機材料、納米材料等，具有更高的防腐性能、耐久性和環保性能?，F代防腐涂層技術已經在各個領域得到廣泛應用，在石油、化工、電力、建筑等行業中，涂覆防腐涂層已經成為常見的保護手段。例如，在航空航天領域，航空器的表面經常會涂覆高性能的防腐涂層，以保護其免受大氣環境的腐蝕。在海洋工程領域，鋼結構物體表面通常采用環氧涂層、防污涂層、耐海水腐蝕涂層等來保護其免受海水腐蝕[9]。

3.3 制定嚴格腐蝕檢測標準

隨著工業化進程的加速，金屬材料在各行各業中的應用越來越廣泛，同時金屬腐蝕問題也日益凸顯。因此，制定更加嚴格的腐蝕檢測標準是加強金屬腐蝕與保護技術創新的重要方面。

制定更為嚴格的腐蝕檢測標準，可以提高金屬腐蝕檢測的準確性和可靠性，有效地保護金屬材料的使用壽命和安全性。一些國際標準和行業標準已經出臺，例如ASTM(美國材料和試驗協會) 制定了許多標準用于評估材料的腐蝕性能，比如ASTM G1、G5、G31 等。在國內，也已經出臺了一些有關金屬腐蝕檢測標準的相關規定，如《石油化工行業金屬材料腐蝕檢測規范》《涂裝腐蝕檢測技術標準》等。

除了制定標準外，利用現代技術手段進行腐蝕檢測也是非常必要的。例如現代化的電化學腐蝕測試、掃描電子顯微鏡等腐蝕檢測方法，可以更加準確評估材料的腐蝕性能[10]。

3.4 加強腐蝕與保護技術人才培養

人才的培養需要從教育、科研、實踐等多個方面入手。一方面，高校和職業教育機構可以開設相關專業或課程，培養更多的專業人才。另一方面，企業也需要通過實踐和培訓，提高員工的技術水平。

絕大部分化工企業在本單位中擁有一支專業的腐蝕與保護技術團隊，并且通過以下幾個方面加強人才培養：公司在制定年度培訓計劃時，注重腐蝕與保護技術人才的培養，將專門的培訓課程和活動納入計劃中；企業還需定期組織員工參加腐蝕與保護技術的培訓課程，包括理論課程和實踐操作。培訓的內容包括腐蝕原理、防腐涂層技術、防腐檢測技術等；企業應鼓勵員工進行輪崗實踐，通過在不同的崗位上進行工作，拓寬視野，提高技能水平；企業還可以與多所高校建立合作關系，開展技術研究和人才培養。并且由企業提供實習和科研所需的場地和條件。同時，企業也可通過招聘一些高校畢業生，進行崗位培訓和技能提升[11]。

4 結語

本文從腐蝕的基本原理、金屬腐蝕的分類及機理、腐蝕與保護技術等方面展開論述，分析了熱能動力設備金屬腐蝕與保護的現狀和未來發展趨勢。在此基礎上，提出了加強技術創新和擴大市場推廣的建議，以期進一步提高熱能動力設備的性能和降低運行成本，實現可持續發展。