化工设备设计中的防腐蚀问题

2014-08-15张晓峰

山西化工 2014年5期

张晓峰

（山西省化工设计院，山西太原 030024）

1 化工设备腐蚀原因

化工设备在一定程度上受到了腐蚀不仅会对正常的化工生产产生影响，而且会缩短该化工设备的使用寿命。如果化工设备的腐蚀程度比较严重，它的管道还可能发生渗透事故。我们都知道，在一般的化学生产过程中，很多种生产原料均为有毒物质，且很容易发生化学反应，更有甚者还会出现燃爆现象，这种危险因素的存在严重威胁着人们生命和财产安全［1］。化工机械设备因周围环境的变化发生化学或者电化学作用，出现被破坏的现象就是化工设备的腐蚀。所以，对于化工设备，首先必须了解导致化工设备容易受到腐蚀的原因，然后再针对性地提出解决方案。

1.1 内在因素［2］

1）材料的影响。设备制造材料一般为金属材料，材料不同，它的抗腐蚀能力也各有不同；

2）在设备的制造过程中，如果技术人员的技术工艺不够精确，同样也会对设备带来一定的腐蚀，化工设备表面的质量好坏直接关系到其是否容易受到腐蚀；

3）设备的外在形状和内部结构也是主要的影响因素。如，在交接的接口处密封不紧密，存在某些缝隙或者错位等都会使设备受到腐蚀。

1.2 外在因素

因外部环境而对设备产生腐蚀的影响被称为外在因素。像碱、酸、盐、氧等物质都会是化工设备发生腐蚀的原因，就连外在的气温及空气湿度也会对其产生一定的影响。在生产过程中如果掺入其他的杂质，同样会对设备产生腐蚀。

2 化工设备腐蚀种类

化工设备出现腐蚀常见的现象就是物理腐蚀、电化学腐蚀、化学腐蚀。物理腐蚀就是出现物理溶解导致化工设备金属物质遭受破坏。在物理腐蚀过程中是不伴随电化学反应和化学反应的，就是单纯的在液态金属中发生物理反应，使得金属出现物理溶解。电化学腐蚀就是由于电解质溶液接触到化工设备之后通过电极反应出现腐蚀现象，造成对设备的破坏。一般潮湿的环境下更容易出现电化学腐蚀现象。化学腐蚀这种现象是由于一些物质和化工设备表面的材质接触后发生了化学反应，在化学反应过程中物质会发生变化，产生一种或者多种氧化物，而生成的氧化物会对化工设备的表面结构造成损害，出现腐蚀现象。

3 化工设备设计中的防腐措施

3.1 结构设计

化工设备的设计需要重视设备的抗腐蚀性能。一般有很多的因素都会对设备的抗腐蚀性能造成影响。优化设计，提升设备的耐腐蚀性，能够对化工设备的使用寿命进行延长。所以，结构设计也是影响腐蚀的关键因素。一些单位为了化工设备的简单化操作，在设备设计过程中直接设计在方便安装的角度，造成设备设计方案缺陷而出现很多安全问题。设备中的死角和缝隙会在局部沉降堆积一些固体杂质，导致液体排出不完全，设备在运转使用中这些死角、缝隙中残留的液体浓度会剧增，产生腐蚀现象。为了防止这一问题的出现，在化工设备结构设计中需要避免出现缝隙，防止缝隙腐蚀。在保障设备正常使用的前提下，可以尽量减少缝隙设计，并且尽量使用同一种材料。在焊接时不能间接焊接，要采用连续焊接，减少内应力的产生。如果设备结构设计中需要使用搭接接头，最好不要使用铆接连接而使用焊接，用焊缝将2个搭面完全焊接在一起。对接焊头时采用双面连接，防止焊缝腐蚀。同时，要平衡判断设计方案和安装方案之间的联系，在保障设备防腐蚀性能的基础上还要考虑到设备的安装和正常使用问题［3］。

在设计列管式换热器、管道、旋转机械时，需要重视断面出现的变化。在一些死角部位控制适当的流速能够使得液体浓度均匀化，防止由于堆积物造成的腐蚀。但是，当设备断面突然发生大幅度的变化或是流速太大时，就会造成不均匀的流动状态，严重的冲刷会加大局部的腐蚀，化工设备的设计中需要重视这一问题。

3.2 材料选择

在化工设备设计时，设计人员需要认真分析设备中需要容纳的物料、器材、溶液。选择材料时，首先需要考虑到操作时产生的压力和温度，其次清楚腐蚀的环境和掌握操作介质的特性，并将此作为化工设备防腐设计的依据。

3.3 介质分析

在化工设备设计中需要对一些介质成分，如蒸汽、气体、溶液进行研究分析。设计人员没有掌握介质本身的特性，就无法制定出相应的技术要求。例如，在压力容器设计图纸中，在技术特性表内需要标注NaOH的浓度，不能只是单纯地写碱液，对热处理的相关要求要明确指出。氧化剂能够使一些材料在介质中发生钝化，所以要对空气混入的程度了解清楚，检查有没有其他的氧化剂。同时，对于混液和杂质的含量以及混入液体中固体物质导致的腐蚀现象了解清楚。还要掌握加热、冷却的温度周期变化，了解有的因突然变热或是突然变冷产生的冲击或是应力变化。优化化工设备设计中的防腐问题，能够防止磨蚀、冲刷、闪蒸、汽蚀引起的设备容器局部厚度的削减，降低安全隐患。

3.4 有效控制腐蚀

化工设备另一个防腐措施就是从腐蚀的原理入手合理地控制腐蚀。首先，最好是减少设备与能够和设备发生直接反应原料的接触机会，防止设备和材料之间发生化学反应而造成化学腐蚀。为了防止电化学腐蚀，可以采用牺牲阳极保护法，此种方法是使用电极电势比需要保护的金属更低的金属作为阳极，在需要保护的金属上进行固定，形成腐蚀电极，需要保护金属作为阴极，达到保护化工设备的目的。其次，可通过对金属设备进行镀层处理，防止物理腐蚀，在金属设备表面镀上难以被溶解和渗透的金属物质，降低物理腐蚀。