化工压力容器腐蚀影响因素探讨

□钟 雄 王银龙 范国伟

化工生产始终是一项危险系数比较高的工作。尤其发展到现代化工之后，由于经济成本控制以及相关材料进行化学反应产出等多种因素的共同作用下，使得相关的生产流程变得更加危险。在这基本条件下，压力容器的使用频率变得更高、运行时间更久、原材料成分更复杂，对设备本身的腐蚀性与损耗性也大大增加。因此，对化工压力容器的腐蚀性问题的讨论也显得非常必要，深入探寻压力容器发生腐蚀的原因，并采取高效措施加以预防和控制已成为现代化工生产的重要工作内容。

一、化工压力容器受腐蚀的类型

化工生产设备本身由于作业环境以及生产环境的原因，发生腐蚀以及耗损问题是常态。但是对于化工压力容器而言，发生腐蚀情况的可能性更高，而且腐蚀情况也会更加严重。究其原因，还是由于工作环境的极特殊性引起的。高压环境对于设备本身的物理耗损很高，特别是高压环境对设备表面的挤压容易产生轻度形变及裂痕，为后续的腐蚀创造了极佳的物理环境。除此之外，化学腐蚀和电化学腐蚀也是造成这一现象的主要原因。

(一)物理腐蚀。物理腐蚀问题，最常见也是最直接的一种表现方式就是容器在使用过程中的自然耗损，也就是人们常说的“使用寿命”这一概念。主要是因为设备在运行的过程中，尤其机械转动、物料流动以及操作碰撞等原因，都会对容器的表面产生一定的损耗。这种损耗的形式一般不容易直观地观察到，但是经过长期使用后，设备表面的氧化膜形成就能够直观地表现出设备的使用年限，也从侧面体现了设备的耗损程度。物理耗损的最大影响因素就是物理冲刷作用，在化工生产过程中，对容器内部和外表面的冲刷是非常常规的清洗操作，其主要目的是为了减少生产原材料污染，以保证产品的质量。但是物理冲洗过程中对容器的影响很大，尤其在使用如烧碱、洗涤剂等化学实际参与到情况下，就会使物理耗损与化学耗损同时进行，对设备的影响更大。很多化工生产设备在运行一定年限后，都会出现外壁变薄，甚至出现漏洞情况，都是物理腐蚀的具体表现。

除此之外，对压力容器而言，还需要考虑到压力作用的影响。尽管压力容器本身在制造环节会充分考虑到压力问题，但是在容器内部处于压力作用下时，容器壁势必发生轻度形变，在刚性材料的性能影响下，这种形变往往是不可逆的，就会在材料表面形成裂痕等。这种裂痕的形成最开始并不会引起关注，但是在长期使用后，清洗剂、原材料以及添加剂都会在裂痕处残留，极大加剧了容器的腐蚀程度。

(二)化学腐蚀。化学腐蚀问题是化工生产设备无法避免的。化工生产本身就涉及到大量化学试剂的应用，这些化学试剂，无论其存在形态如何，都会带有一定的腐蚀性。在加入容器进行反应的过程中，自然会与容器壁接触产生腐蚀。甚至很多化学试剂都具备与容器壁发生化学反应的能力，生成氧化膜在内的一系列产物。尽管这样的反应强度会比较低，但是长期处于这样的环境下，对容器壁的腐蚀会不断积累量变，最终形成质变。

(三)电化学腐蚀。电化学腐蚀的具体原理是比较复杂的，而且会由于原材料组成的变化以及反应条件的影响造成不同程度的腐蚀效果。从电化学研究的角度分析，电化学腐蚀的基本条件是要有金属参与，并且要在溶液环境下进行。在发生电化学反应的过程中，离子的定向运动会在容器内产生电流。这使得更多的机械磨损与化学磨损成为电化学腐蚀的附带产物。也正因如此，电化学腐蚀的后果也是最为严重的。通常情况下，容器内发生电化学反应后，会立即在容器内留下比较明显的痕迹，极大消耗设备的使用寿命，而且这样的后果还会伴随其他的“后遗症”，是在化工生产过程中最需要防范与维护的工作内容。

二、化工压力容器受腐蚀的因素

化工压力容器受腐蚀的因素有很多，关于这一问题的学科研究主要可以归纳为三方面：压力容器本身的材料性能、压力容器所处的生产环境与生产条件以及压力容器在施工过程中存在的操作问题等。总结来说，造成压力容器的因素非常复杂，而且具有相当大的生产因素无法避免。因此，要想深入探寻影响压力容器附属的原因，还需要从整个化工采购、化工生产以及化工设备维护的全周期进行全面探索。

(一)化工压力容器本身的材料特性。通常情况下，压力容器的选择会以钢材作为容器的主要材料。因为只有钢材的大量使用，才能有效实现对容器内部压力的控制，尤其是在高压反应条件下，对容器钢材含量的要求将会更高。而且设备的制造，不单单需要钢材，还需要其他非金属物质的参与，以保证设备外型的可恢复性。钢材在压力作用下，会发生形变，为了弥补钢性材料对抗形变能力上的不足，就不得不引入非金属材料以维持容器的外形。然而，这种为了维持容器外形而选择的解决方案，却给电化学腐蚀提供了极大便利。钢材在整体材料中的分散存在，使得在电化学原理上形成了多电极参与的局面，能够极大程度上加速电流的形成，使得电化学腐蚀作用的效率和强度都有所提升。

(二)化工压力容器所处的环境条件。在实际化工生产过程中，材料表面会与原材料之间发生自发的化学反应，促使材料表面形成特殊的化学结晶。这种化学结晶对材料保护而言并没有好处，甚至于会在特殊反应中充当催化剂，进一步加剧容器的腐蚀效率。但是，如果在容器的内表面提前通过化学或者物理方式形成一层结构致密的氧化膜，将会大大提高容器内部对抗化学腐蚀的能力，甚至在容器内部出现电化学反应时，能够有效阻断金属材料与反应体系之间的联系，极大提升容器的使用寿命。

(三)化工压力容器使用的操作环境。在化工压力容器的操作因素引起的腐蚀问题上，其影响因素是多样的，其发生原理也是非常复杂的。除了上文所提的内容之外，比如反应温度、反映环境酸碱度、介质流动系数等等，都会对容器产生一定影响，造成设备腐蚀问题，影响容器使用寿命。在压力容器使用的过程中，通常也伴随着高温条件，从化学反应的基础原理来说，化学反应的本质就是粒子的运动与碰撞发生的能量传递，打破原有的物质组成形成新物质。而热量是物质能量的重要来源，也就是说，温度的提高能够有效促进反应的发生与进行，这一点对容器壁腐蚀反应也同样适用。不仅如此，温度还会影响到介质流动系数等，也会进一步加剧容器腐蚀。除此之外，如果容器本身由于操作或其他原因，在表面形成了裂痕，那么腐蚀反应将会更加明显。在高温高压的反应条件下，这些裂痕都会成为留住反应物质与其他物质接触并发生反应的极佳场所，尤其是大分子团物质的黏性将会被这些裂痕放大，对容器的保护工作极为不利。

三、化工压力容器腐蚀问题的有效预防与控制策略

综上所述，在化工生产中，压力容器发生腐蚀的情况是根本无法避免的。因此，为了保证化工产品的质量与生产安全，应该从设备的维护与保养方面着手，针对发生腐蚀问题的重点环境对症下药。积极引入全新科技手段与科研成果，帮助更好地预防设备腐蚀和解决发生腐蚀后的快速处理。

(一)化工压力容器的材料选择。要想有效避免化工压力容器发生腐蚀反应，就必须从容器的原材料方面着手。建立更高的原材料加工与使用标准，在选择容器原材时，应该充分考虑到容器的应用场景。容器自身的防腐蚀能力是通过原材料实现的，材料的自身物质密度够高，材料分子之间能够形成强作用力，就能够有效避免外界化学物质对材料的腐蚀作用。将材料分子的能量互联与反应能量消耗提升到一个较高的水平，就能从根本上解决发生化学反应的问题。但这一点在实际应用过程中是需要结合多种因素共同考虑的。材料的要求越高，其投入的成本也将会呈指数增长，而且材料本身的强度存在物理上限，不能过度追求，更应该选择最适合自身生产的设备。

(二)生产用原材料的有效把控。在化工生产过程中，需要使用大量的化工原材料，这些原材料本身具备一定的腐蚀性，并且一些特殊的原材料与金属之间存在发生化学反应的先天优势。这对于容器防腐蚀工作而言是一项具有挑战性的工作。在没有可替代原材料的情况下，对原材料使用顺序和提前处理的操作就显得非常重要。应尽量避免具有金属反应活性的原料与容器壁的直接接触。

(三)新型防腐材料的合理运用。在化工压力容器的制造中，可以引入一些防腐蚀技术手段。这种加工手段在船舶制造业上早有应用。除了金属电极防腐蚀手段之外，新型的防腐蚀涂层的应用也是能够有效避免容器腐蚀的重要方法。在容器内壁面加工过程中，加入防腐蚀喷层，能够赋予容器内部更多的物理性能提升。不仅如此，目前技术比较成熟的防腐蚀涂层都能在高温高压环境下保持自身性质不发生改变，能够极大延长容器的使用寿命。如果防腐蚀涂层的造价难以接受，还可以选择在容器内表面通过电镀生产氧化薄膜，以帮助实现化学试剂与容器壁之间的有效隔离。

(四)改良与升级容器制造工艺。在过去很长时间，研究压力容器防腐蚀问题时，人们都极大忽略了容器制备过程中的焊接技术与加工工艺影响。事实上，良好的加工工艺能够帮助容器组成更紧凑的内部结构，尤其是针对折角处的工艺设计，在恰当的结构设计与焊接技术下，也能够极大减轻容器内壁发生腐蚀的程度，配合上电镀氧化薄膜结构，能够以较低的成本实现容器的防腐蚀处理。

四、结语

化工生产压力容器的腐蚀问题是一项比较复杂性的讨论内容。关于容器腐蚀原因的讨论，设计到材料学与化学学科领域内的多方面内容，特别是在谈论关于实际化工工业生产时，这一问题就会变得更加复杂。但总体来说，关于容器腐蚀问题的主要考虑因素，还是要集中在容器材料应用、制备工艺、防腐蚀工艺以及日常应用与保养上。一方面，要从相关设备的采购上仔细斟酌，寻找最适应自身生产工艺的容器；另一方面，也要加强对设备的日常维护与保养，充分考虑日常损耗与维护问题。尽可能避免因自身工作疏忽而造成的设备影响，保证生产安全。