化工設(shè)備腐蝕的防范措施

郝鵬，何帥，高成 (陜煤集團榆林化學(xué)有限責(zé)任公司，陜西 榆林 719000)

1 腐蝕行為和銹層特征信息采集及融合處理

1.1 相關(guān)參數(shù)信息采集與表面銹層參數(shù)分析

為滿足化工設(shè)備腐蝕雜質(zhì)的動力可靠度采集要求，本文首先利用X-射線衍射儀、SEM 等手段，對化工設(shè)備腐蝕性能及銹層特性進行收集，對腐蝕銹層進行了基本的幾何參數(shù)取樣，并對化工設(shè)備腐蝕工藝進行了分析，給出了相應(yīng)的幾何參數(shù)[1]。

化工設(shè)備腐蝕資料取樣是在設(shè)定試驗環(huán)境中進行的，利用Nyquist 圖譜擬合，建立了化工設(shè)備上的腐蝕樣品在電極上的分布目標(biāo)模型以及化工設(shè)備腐蝕雜質(zhì)上的模態(tài)參數(shù)辨識模型，并在腐蝕的影響下得出：

式 中：X(n)、Wj(n)、aj(n)、Yj-1(n) 為 設(shè) 備 腐 蝕 特 性系數(shù)。

利用腐蝕的參數(shù)識別模型，對化工設(shè)備腐蝕的規(guī)律性進行了研究。通過對由鐵銹和體相溶液組成的雙電層電化學(xué)特性的分析，得出了腐蝕中樣品的擴散特性矩陣R：

式中：R為擴散特性；X(n)為腐蝕擴散系數(shù)。

基于電極表面銹層分層轉(zhuǎn)移機構(gòu)模型進行化工設(shè)備的耐腐蝕性動態(tài)幾何特征參量排序，得到表面銹層的電荷傳遞分布關(guān)系可以表示為：

式中：λ為電荷傳遞特征系數(shù)。

在化工設(shè)備腐蝕中，根據(jù)電極表面銹層的層狀轉(zhuǎn)移機理模型，對其進行了分類，得出了銹層的電荷轉(zhuǎn)移規(guī)律。

1.2 腐蝕形貌參數(shù)特征量分析

對采集的信息特征進行形貌特征量分析處理，分析化工設(shè)備銹層表現(xiàn)出的電荷轉(zhuǎn)移特性，得到腐蝕形貌介質(zhì)濃度和應(yīng)力變化幅值的函數(shù)關(guān)系為：

通過對所收集到的數(shù)據(jù)進行形態(tài)學(xué)特征的分析，對化工設(shè)備中銹層的電荷遷移特性進行了分析，得出了腐蝕中的介質(zhì)濃度與應(yīng)力的變化幅度之間的關(guān)系式：

在濕H2S+Cl-腐蝕影響下，建立點蝕演化形貌參數(shù)：

根據(jù)臨界應(yīng)力幅值響應(yīng)，進行機械表面的AR 型銹演化律分析，模擬等效電路中的CPE1 的控制項為{Wfinal}，電極材料表面銹層的形貌參數(shù)特征量為：

通過對焊條表面電荷轉(zhuǎn)移的難易程度進行分析，得出了化工設(shè)備腐蝕的宏觀結(jié)構(gòu)。如圖1 所示。

圖1 化工設(shè)備的宏觀腐蝕形貌

2 化工設(shè)備的常見腐蝕類型

前文采用X 射線衍射儀和掃描電鏡進行化工設(shè)備的腐蝕行為和銹層特征信息采集，化工設(shè)備的常見腐蝕類型敘述如下。

2.1 化學(xué)腐蝕

在化工設(shè)備使用過程中，化學(xué)腐蝕最為常見。其主要是由于化工設(shè)備在生產(chǎn)過程當(dāng)中，需要應(yīng)用各種各樣的化學(xué)試劑或易腐蝕的化工原材料，而化工設(shè)備本身都是由金屬組成的，在長期接觸過程中，勢必會產(chǎn)生一定的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致化工設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)腐蝕情況。另外，如果受到外界空氣、濕度以及溫度等方面因素的催化影響，也會進一步加劇化工設(shè)備腐蝕的現(xiàn)象。

2.2 電化學(xué)腐蝕

所謂的電化學(xué)腐蝕是由于化工設(shè)備的金屬材料與電解質(zhì)溶液進行接觸，并且在電極的作用下產(chǎn)生的氧化還原反應(yīng)，使得設(shè)備的金屬構(gòu)件出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。而如果化工設(shè)備本身所處的環(huán)境較為潮濕，則電化學(xué)腐蝕的問題會更加嚴(yán)重。

2.3 其他類型的腐蝕

由于不同化工設(shè)備自身的屬性以及設(shè)備的組成都存在較大差異，化工設(shè)備本身所產(chǎn)生的腐蝕問題也完全不同。例如：物理性腐蝕，是由于材料本身所出現(xiàn)的物理性破壞，其與化學(xué)反應(yīng)無關(guān)，通常都是因為溶解以及滲透等因素導(dǎo)致。除此之外，化工設(shè)備或者污水處理設(shè)備，在長時間的運轉(zhuǎn)下，同樣有可能導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)腐蝕等相關(guān)問題[2]。

3 導(dǎo)致化工設(shè)備腐蝕的因素

3.1 內(nèi)在因素

導(dǎo)致化工設(shè)備腐蝕的內(nèi)在因素主要分為三種：第一，化工設(shè)備自身在防腐功能上存在一定缺陷。由于化工設(shè)備以金屬構(gòu)件為主，如果化工設(shè)備本身所使用的金屬晶粒密度越大，其防腐能力也更強，其所生產(chǎn)的化工設(shè)備在防腐能力上也更強。相反，如果金屬晶粒密度越小，其最終的防腐能力也越弱。第二，因設(shè)計層面的原因，導(dǎo)致化工設(shè)備在防腐能力上受到一定影響。從當(dāng)前來看，大部分的化工設(shè)備腐蝕嚴(yán)重的區(qū)域都是在局部，主要原因是化工設(shè)備在設(shè)計上不夠合理，局部位置更容易出現(xiàn)雜質(zhì)或者溶液的沉淀。第三，化工設(shè)備表面的零部件具有相對較高的粗糙度，容易受到外界相關(guān)因素的影響，進而導(dǎo)致腐蝕問題的出現(xiàn)。

3.2 外在因素

導(dǎo)致化工設(shè)備出現(xiàn)腐蝕的外在因素主要包括以下幾點：第一，由于介質(zhì)本身具備腐蝕性。在化工生產(chǎn)過程當(dāng)中，會使用到許多對化工設(shè)備造成腐蝕的介質(zhì)。由于不同介質(zhì)的成分以及濃度上存在不同，其對化工設(shè)備所造成的腐蝕也完全不同。例如：有些企業(yè)在化工生產(chǎn)過程中會經(jīng)常使用到硫酸作為原料，但是由于其本身具備相對較強的腐蝕性，尤其是濃硫酸，不但具備腐蝕性，而且自身還具備相對較強的氧化能力，其不僅對普通金屬備有較強的腐蝕性，對于很多耐腐蝕的材料依然會產(chǎn)生較強的腐蝕性；第二，腐蝕性介質(zhì)流動的速度也會導(dǎo)致化工設(shè)備產(chǎn)生腐蝕問題。因此，不管是腐蝕的氣體還是液體，其自身流動的速度也會造成化工設(shè)備腐蝕程度的不同，腐蝕性介質(zhì)的流速越高，最終導(dǎo)致化工設(shè)備的腐蝕更加嚴(yán)重；第三，溫度對于化工設(shè)備腐蝕也會造成影響。受溫度因素的催化，一部分原本腐蝕性不強的介質(zhì)，在一定的條件下，可能會產(chǎn)生較強的腐蝕性；第四，外界環(huán)境因素。比如：水分、酸、堿、氧氣等因素都有可能導(dǎo)致化工設(shè)備出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。了讓化工設(shè)備機器的壽命更長，企業(yè)就要加強對相關(guān)生產(chǎn)工藝和配套工作機制的執(zhí)行，從管理上防止出現(xiàn)腐蝕事件。同時，對化工設(shè)備運營和維修模式進行優(yōu)化，制定相應(yīng)的防腐措施。

4 化工設(shè)備常用的防腐措施

4.1 科學(xué)而且合理地使用防腐材料

目前最常見的三種材料是：油脂，樹脂材料，生漆。而油脂則是最常用的一種，價格低廉，可以在一定的范圍內(nèi)推廣。但是它也有自身的一些缺點，特別是在耐酸堿和耐水性方面有所欠缺。所以，化工設(shè)備很少用油脂來作防腐處理，必須采用其他的防腐蝕材料。在這三種防腐材料中，樹脂材料的性能最好，能有效地保護化工設(shè)備因高溫、水和酸性等對設(shè)備的腐蝕。不過，用樹脂材料作為化工設(shè)備的防腐材料時要經(jīng)過大量的預(yù)處理，耗時較長效率就下降了。而生漆的表面比較堅硬，相比于油脂，它可以更好的與水接觸。不過，它的負(fù)作用也很強，長期接觸的話，很有可能會對操作的員工身體造成傷害。因此，在使用生漆的時候，一定要小心謹(jǐn)慎，因為它常常用于長期停機的設(shè)備；而對于常用的儀器，它的應(yīng)用則比較局限。要想從根本上解決腐蝕的問題，就需要對化工設(shè)備中的換熱器等易腐蝕的設(shè)備或裝置進行優(yōu)化，盡量減少普通碳鋼的用量，同時也要考慮到腐蝕等級的材料，比如超低碳的不銹鋼。盡管從經(jīng)濟角度考慮，超低碳不銹鋼的成本也比較高[3]。所以，在實際應(yīng)用時，一定要綜合考慮其他的防腐蝕措施，同時還要綜合考慮經(jīng)濟效益和其他因素，來選擇不同類型的防腐材料和使用數(shù)量。

4.2 制定合理的防腐工藝方案

如果化工設(shè)備在設(shè)計和制作的時候，因為設(shè)備的結(jié)構(gòu)不夠好，很有可能會影響到化工設(shè)備的腐蝕。為了提高化工設(shè)備的抗腐蝕能力，必須將注意力集中在化工設(shè)備產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)上，從化工設(shè)備的制作生產(chǎn)工藝上進行嚴(yán)格把控，提高化工設(shè)備產(chǎn)品的穩(wěn)定性和抗腐蝕性。第一，化工設(shè)備的設(shè)計和制作，都要盡量簡潔流暢，這樣設(shè)備在使用時才不會有溶液、灰塵之類的東西殘留而進入到機器內(nèi)部。第二，在相同的設(shè)備中，應(yīng)盡量采用相同的材質(zhì)，并強化焊接工藝的檢查與檢測，為防止焊接不到位產(chǎn)生裂縫，應(yīng)對接頭的質(zhì)量進行認(rèn)真的檢驗。腐蝕是化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域最常見的問題之一，化工設(shè)備內(nèi)部要是進入了腐蝕性很強的雜質(zhì)，它的內(nèi)壁就會很快被腐蝕掉[4]。因此，為

4.3 合理開展腐蝕監(jiān)測

化工設(shè)備在進行有效的預(yù)處理和合理使用后，企業(yè)也要重視化工設(shè)備的日常監(jiān)督檢查工作，及時發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，采取有針對性的防腐措施。按照化工設(shè)備的實際用途，可以按規(guī)定的時間定期進行檢驗，并由專門人員對易受腐蝕影響的部位進行認(rèn)真的檢查和維修。近年來，國家有關(guān)部門也對化工設(shè)備的使用和檢驗進行了強制性規(guī)定和監(jiān)督，制定出一系列適合于長時間運行的化工設(shè)備檢驗方案和規(guī)章制度。如：相關(guān)企業(yè)或單位可以聘請專業(yè)的化工設(shè)備檢驗師，對企業(yè)整個化工設(shè)備和內(nèi)部部件進行全面的檢測評價，企業(yè)可根據(jù)檢測評價報告有針對性的對化工設(shè)備進行維修校正。也可采用遠(yuǎn)程監(jiān)控方式對生產(chǎn)現(xiàn)場的化工設(shè)備運行狀況進行實時了解和掌握，一旦出現(xiàn)問題就要立即進行解決處理。通過對企業(yè)內(nèi)部重點部位的化工設(shè)備進行監(jiān)控來實現(xiàn)實時保護，建立專用的化工設(shè)備運行質(zhì)量數(shù)據(jù)檔案庫，保證化工設(shè)備總是處于較為健康的運行狀態(tài)。

4.4 化工設(shè)備設(shè)計防腐要點

在化工設(shè)備的設(shè)計制作過程中，要注意防腐蝕的實際問題。首先，設(shè)備的構(gòu)造以及對腐蝕的抗性，在設(shè)計環(huán)節(jié)就要首先考慮到；其次對設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。因為化工設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會直接影響到整個設(shè)備對腐蝕的抗性，但在實際操作中，往往會被忽視。相比之下，設(shè)計者更注重化工設(shè)備的使用，更注重安全高效，這就導(dǎo)致了化工設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)對防腐蝕性能的降低，無法得到有效的防范，從而導(dǎo)致化工設(shè)備出現(xiàn)安全隱患。比如：由于化工設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，存在空隙或死角，在運行過程中會產(chǎn)生殘留的液體和固體物質(zhì)，如果不能及時發(fā)現(xiàn)和處理，就會使化工設(shè)備的某一部位與腐蝕介質(zhì)共存，當(dāng)濃度越來越高時就會引發(fā)腐蝕問題。為了避免腐蝕問題，在設(shè)計過程中，必須保證設(shè)備不會有任何死角，避免在接縫處殘留液體。此外，在設(shè)計和安裝方案的比較中，應(yīng)盡量進行最優(yōu)的設(shè)計，讓化工設(shè)備更加經(jīng)濟和實用[5]。所以，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)重視力學(xué)性能，并以此為先決條件；同時，還要對化工設(shè)備的安裝和使用環(huán)境進行具體分析，確保化工設(shè)備盡量少受易腐蝕的污染空氣、化學(xué)介質(zhì)、溫度、濕度等因素的影響，使其工作在良好的環(huán)境狀況下，能最大限度的保障化工設(shè)備免遭腐蝕。

5 結(jié)語

腐蝕這一現(xiàn)象在化工設(shè)備中已成為制約化學(xué)工業(yè)長期良性安全發(fā)展的一個重要課題。為此，化工企業(yè)應(yīng)根據(jù)設(shè)備配置和產(chǎn)品工藝實際情況，歸納出易于形成的腐蝕介質(zhì)，積極進行預(yù)防，合理地使用防腐材料，制定合理的防腐工藝方案，積極開展腐蝕監(jiān)測，并重視定期的檢查和清洗。與此同時，還要根據(jù)化工設(shè)備的材質(zhì)不同，選用更合適的防腐蝕生產(chǎn)工藝，從源頭上切斷各種腐蝕因素接觸到化工設(shè)備，達(dá)到防腐效果。