化工机械典型设备的腐蚀原因及防腐措施

刘 阳

（中海油天津化工研究设计院有限公司，天津 300131）

化工机械腐蚀是普遍存在的现象，腐蚀会造成设备破坏、安全事故以及资源浪费，本文对几种典型化工机械设备的腐蚀原因进行分析，并提出相应的防护措施，为化工企业设备防腐提供参考。

1 化工机械典型设备的腐蚀原因

1.1 生产设备

化工机械设备一般由金属材料制成，金属材料的耐腐蚀性取决于它的金属颗粒大小和颗粒密度，金属表面越光滑，其耐腐蚀性越强，表面越粗糙，其耐腐蚀性越差。目前大部分化工机械都是由金属材料制成，主要以碳素钢材为主，碳素钢材虽然钢度较强、成本较低、能够进行大规模生产，但防腐性能较差。

化工机械设备的设计结构不合理也会造成腐蚀，如果零件之间有结构缝隙、使用元件有设计死角，而当这些部位在生产运行过程中经常接触腐蚀性物质时，会产生腐蚀问题。

加工介质也是设备产生腐蚀的主要影响，例如原油预处理装置，原油中硫含量和酸值越高，对设备的腐蚀越重。在低温轻油部位存在H2S-HCl-H2O腐蚀环境，原油中的盐类水解会产生HCl，HCl 处于干态时对金属无腐蚀作用，但当在冷凝系统温度降低出现冷凝水滴的时候，HCl 溶于水生成酸性强腐蚀环境，同时原油中的有机硫化物在炼制反应中生成H2S，H2S 溶于水后与金属铁发生反应生成硫化铁和HCl，硫化铁结构疏松不能阻止进一步腐蚀，而生成的HCl 又加强了酸性强腐蚀环境，从而加剧了设备的腐蚀。在高温重油部位，主要是活性硫（以硫化氢为主）直接与金属反应导致的化学腐蚀。另外存在SO2高温烟气的部位，还容易发生硫酸露点腐蚀，此类腐蚀非常严重。

另外，大部分炼化一体化项目中有一类重要的装置即加氢装置，其中会存在氢气腐蚀，包括：脱碳、氢鼓包、氢脆。脱碳是指钢材与高温氢接触，氢原子渗入钢材，和不稳定碳化物反应生产甲烷，使钢材表面形成脱碳；氢鼓包是在高温状态下氢原子渗入钢材，温度降低后氢原子又聚集结合成氢分子，大量氢分子聚集，体积膨胀、压力增强从而使钢材产生鼓包；氢脆与钢材中的氢含量以及所处部位的应力有关，当钢材中的氢浓度为（6～7）×10-6时脆性最大，此时钢材的延展性降低、抗压能力减弱，在应力作用下可出现裂纹，这些氢致腐蚀损伤对化工机械造成极大隐患。

1.2 承压设备

承压设备可能会受到应力腐蚀，应力腐蚀是材料在应力和腐蚀介质的共同作用下产生的脆性断裂。所有材料均存在屈服现象，但造成应力腐蚀的外加应力或残留应力远小于材料的屈服强度，因此不可忽视腐蚀介质的作用，例如低碳钢在高浓度氢氧化钠作用下的碱脆、在硝酸溶液中的硝脆，不锈钢在高热高浓度含氯离子溶液中的氯脆，铜合金在氨气环境下的氨脆等。

化工机械中承压设备较多，其运行过程中不仅要承受高压，经常还会伴随着高温以及各种混合化学物质，加剧了承压设备的腐蚀。具有腐蚀性质的化学液体原料以及在高温下汽化形成的腐蚀气体，在设备金属表面进行作用，很容易造成点蚀和缝隙腐蚀等，从而导致碱脆、氨脆等现象以表面腐蚀点、腐蚀缝隙为起点，在应力作用下，形成整体脆性断裂。

1.3 储存设备

储存设施以原油储罐为例，罐顶内部极易受到气相腐蚀，罐顶内部不直接接触油品，但大量的有害气体（例如H2S、CO2、O2）和油气会聚集在罐顶内部下方空间，加之浮盘与罐壁的摩擦、罐顶内部涂层本身有缺陷或破损时，会导致严重的腐蚀。

储罐内壁受到的主要是化学腐蚀。储罐内壁接触油品的部位会受到油品中活性硫的腐蚀，如硫、硫化氢、硫醇等，且在高温等作业条件下，各物质之间仍会相互分解、转化对罐内壁造成腐蚀。另外，储罐内壁气液结合处，油品中氧浓度低为阴极，油面上氧浓度高为阳极，由于液位变化导致氧浓差电池条件下产生腐蚀。

储罐底板内表面是整个储罐腐蚀最严重的部位，主要受到电化学腐蚀。油品在储罐中静置一段时间后会在底部形成一层水层，从而水层作为电解质溶液与储罐底板金属接触产生电极反应导致电化学腐蚀。在电极反应中，储罐底板金属材料失去电子被氧化，生成金属氧化物和金属离子，而电解质溶液中的杂质通过传递电子，使得反应不断发生、腐蚀不断进行。另外，储罐底板内表面还易受到微生物诱发的腐蚀，如硫酸盐还原菌等引起的腐蚀。

储罐外壁直接与大气接触，其腐蚀实质属于电化学腐蚀。大气中存在大量的O2，会对金属储罐外壁产生锈蚀，环境污染严重的地区比如有酸雨的地区和沿海地区对于露天储罐的腐蚀会更严重一些。

储罐底板外表面主要为氧浓差电池腐蚀和杂散电流腐蚀。罐底与砂基础接触不良，导致罐底氧浓度分布不均，引起氧浓差电池，一般罐底中心部位由于受到油品重量压力，该处氧浓度较低，从而导致罐底中心部位成为阴极被腐蚀。加之，有雨水、冷凝水、地下水分的存在会加剧罐底外表面的腐蚀。

1.4 运输设备

管道输送的介质中大部分存在着一定含量的硫元素，硫元素会与金属管道中的铁元素发生反应，生成硫酸亚铁化合物，其中的游离酸又会发生水解反应，从而加剧管道内部的腐蚀情况。

大部分管道尤其是长输管道都埋在土壤中，因此土壤中的化学物质会直接与管道发生化学反应造成腐蚀。同时，潮湿的土壤中环境作为电解质会在管道金属表面形成导通回路，容易产生比较严重的电化学腐蚀，大部分埋地管道的腐蚀都是电化学作用。

若发生地震灾害或者受到土地表面的超压冲击，会导致管道表面防腐涂层的破裂，甚至导致管道出现裂纹，在涂层和管道的裂纹处会产生化学和电化学腐蚀，加速管道的破坏。另外，其他环境因素包括降水、植物、微生物等自然因素均能改变管道周围的环境，加剧管道的腐蚀。

2 化工机械典型设备的防腐措施

2.1 生产设备

对于金属设备应加强腐蚀失效技术分析，对脱硫系统、冷凝器等生产过程中经常与腐蚀物质接触的设备定期开展检查。若采用碳钢等不耐腐蚀的材料很容易受到腐蚀侵害，应尽量选用含Cr、Ni、Mo等元素的耐腐蚀材料，或采用表面涂层处理，如碳钢做表面渗铝处理、钛涂层等，对已经受到腐蚀侵害的零件及时进行更换，确保化工机械安全运行。

化工机械在设计过程中应尽量考虑减少缝隙和死角的措施，在制造过程中应尽量利用完整材料进行制造，避免出现焊瘤、曜变等缺陷问题，另外，可以在设备零件的连接位置采用新型耐腐蚀性的高分子材料，避免因酸、碱腐蚀物质冲刷造成的腐蚀。

加工含硫原油的设备，可在油品中添加合适型号的有针对性的破乳剂，从而使分散于油品中的水滴结合并利用油水体积质量的差别使水滴沉降，将原油脱水。另外还可加注氨水和添加缓蚀剂，加注氨水中和原油中的氯离子变为不水解的NH3Cl，从而可以减少HCl 的量，同时注氨还能中和原油中的酸性物质和部分硫化物，控制腐蚀；添加缓蚀剂可以在设备金属表面与腐蚀物质接触的部位形成保护膜，抑制金属与腐蚀物质的反应，从而避免腐蚀。对于SO2高温烟气的腐蚀，可将排烟温度提高到烟气露点以上，从而减缓腐蚀。

加氢装置在选材上可使用无夹杂或分层的洁净钢，同时氢脆是可逆的，可通过加热脱氢恢复钢材的性能，一般是加氢反应设备停工时，在冷却到150 ℃之前恒温一段时间，脱除钢材中的溶解氢，可有效防止氢脆的发生。

另外，针对化工机械设备的防腐工作还有一项重要的环节即管理环节，完善的管理制度和优化的管理模式可以有效预防设备腐蚀。其中，完善的管理制度包括机械设备维护保养的体系规范、落实具体工作的责任人和责任制以及针对不同设备特定问题的操作规程；优化的管理模式即针对各种各样的化工机械有专门的腐蚀隐患排查模式，针对某一化工机械存在的各种腐蚀问题有对症的解决方案。

2.2 承压设备

承压设备在设计和制造时必须严格遵循相关标准要求，首先要根据使用条件选择对生产介质敏感性低的耐应力腐蚀的设备材料，其次是在设计、制造设备的过程中以及生产零件的工艺选择上尽量消除残余拉应力同时确保设备的强度和精密性。

管理方面要提高安全生产标准化管理，对承压设备定期检修，同时明确设备的使用环境和年限，注意零件的使用周期，对腐蚀严重的部位要定期检修和更换。

2.3 储存设备

对于储存介质应严把质量关，从源头上减少介质的含硫量，可有效降低储存设备的腐蚀速度和腐蚀程度。

对于设备本身可以采用阴极保护与涂防腐层相结合的办法来控制电化学腐蚀，包括牺牲阳极的阴极保护和外加电流的阴极保护。在阳极材料的选取方面，使用一些石墨、铁单质和铝等材料，能够实现高效保护；对于电流保护，通过人工方式增加外接电源提供外加电流，使得金属材料的电位一直低于外部环境的电位，从而抑制金属材料发生失电子的氧化反应，进行有效保护。

在储罐设备设计过程中采用冗余方式，适当增加储罐易腐蚀部位钢板的厚度，以延长腐蚀时间，但此法经济造价高、效果不明显，一般不予采用。

在防腐管理方面定期排放罐底的积水、杂质，定期轮换腾空储罐并及时清洗；减少油品的收发次数，尽量满装以减少储罐内的气相空间；定期对储罐进行测厚和缺陷检测，发现问题及时进行维修和大修。

2.4 运输设备

针对管道内腐蚀情况，可以采取的防腐措施有：添加缓蚀剂、内涂层技术以及采用复合管材料，其中采用玻璃内衬复合管防腐效果较强，且能保障钢管的机械强度。

外涂层技术是在管道外表面涂刷防腐涂料，使管道与外部环境隔绝，利用涂层的耐腐蚀性，阻止环境对管道的腐蚀，起到保护管道的作用。由于目前管道敷设的环境复杂多样，因此应根据环境特点选择合适的、有效的防腐涂层，可以有效的抵抗周围土壤的腐蚀作用、植物的影响等，具有足够的稳定性、贴合性、硬度、弯曲度和抗冲击力的能力。

利用电化学原理对涂层防腐进行补充防护，利用外加电流的阴极保护方式给管道输送直流电，降低管道的电位让管道得到保护，达到防腐目的。

针对无法对腐蚀破坏现象进行有效避免的环节中，可以采用“设计余量”方式，在标准厚度上增加厚度，对腐蚀问题进行补偿。

3 结 论

化工机械设备的腐蚀一般是由多种腐蚀原因环环相扣、共同作用形成的，出现腐蚀现象，不仅会影响设备的正常运转，还会影响设备的使用寿命，增加生产中的安全隐患。本文通过分析不同化工机械设备的腐蚀原因，了解腐蚀发生的机理，提出了不同的化工机械设备应采取的具有针对性的防护措施，从而减缓设备腐蚀，避免因腐蚀引发的故障和事故。由于腐蚀原因的多样性，防腐措施的选取一般也需要多种方法相结合，因此采取科学的方法加强化工机械设备的防腐工作，方能确保化工机械设备安全稳定运行。