化工机械设备腐蚀原因及其防腐措施研究

＊刘永胜

（晋能控股煤业集团有限公司化工厂 山西 037000）

近些年，化工领域机械化生产程度不断加深，大量机械设备被化工公司使用，机械的运转状态直接关系到生产成果的质量。但化工设备在运行中依旧承受着腐蚀的困扰，这会提高相关公司的运营代价。所以，应当对防腐问题投入较多的关注。

1.化工机械腐蚀类型

以浅层次的视角来说，腐蚀是因为材料及环境之间，形成化学及电化学，导致材料原本的功能出现差异化的损伤。而化工机械出现腐蚀问题后，在表面光泽度、外形与机械性等方面，都会产生不良影响，继而导致其失效，并使化工生产期间，部分能源及资源出现不必要的消耗，提高化工厂的运营成本。所以，主动运用针对性的防腐技术，可提升化工机械自身的防腐水平，这是推动现代化工行业的重点研究问题。根据材料类型划分，可分成金属与非金属两类，其中金属腐蚀根据形成机理，又分成物理、化学及电化学；根据腐蚀表面的状态，可分成全面与局部两种腐蚀，其中局部腐蚀包括小孔、应力、电偶等。下面例举其中几个类型，进行分析。

首先是电化学类的腐蚀，其是金属和电解质溶液之间，形成电化学的反应。化工设备通常是金属材质，正常生产期间，会和电解质溶体有所接触，随即受到电极影响，使得金属材料发生腐蚀。同时，在化工行业中比较复杂的生产条件中，还会面临氧化还原反应。该类电化学腐蚀对机械设备，有巨大的威胁。其次是化学腐蚀，通过金属和非电解质之间，形成化学反应，整个腐蚀过程完全属于纯氧化的还原反应，通过腐蚀介质和金属构件的表层原子，相互接触，产生腐蚀物。在反应过程中，没有电流出现。在生产期间，有些原料本身存在腐蚀性，与设备上的金属构件接触，出现化学反应，直接在构件表面形成氧化物，此类氧化物一旦出现，会给化工设备运转性能造成严重的影响。化学腐蚀大多集中于高温干燥的生产条件中，无需依托其他物质，便能引发腐蚀问题。再次，出现在化工设备上还有点状、应力、缝隙、高温氧化、疲劳等类型的腐蚀。根据化工设备的实际应用情况，电化学腐蚀是相对严重的一项，但不管是何种腐蚀，均会引发电化学腐蚀。最后，物理腐蚀，材料是直接受到物理作用，发生腐蚀，通常是因为溶解与渗透造成的。

2.化工设备出现腐蚀的原因

(1)内在因素

在化工设备上，和其它材质相比，金属构件自身防腐水平偏低，而且和金属晶粒粗细情况有关，对于晶粒比较粗的金属，其防腐水平更差。但化工设备构成材料大多是金属，比较容易被腐蚀。另外，在开展生产活动中，用到的原料及设备装载的溶液，也会给金属构件带来较大的破坏力。同时，化工设备部件抗腐蚀性能和表层粗糙程度基本上为正相关，所以相关厂家在表层粗糙度上有一定要求，或者在部件上的镀层，要满足日常防腐蚀的标准。此外，化工设备结构分布比较集中的位置，容易形成应力腐蚀，增加被腐蚀的速率。

(2)外部因素

①均匀侵蚀，属于出现率相对较高的一种，通过化学或者电化学产生，直接造成金属构件外表面出现劣化，若不进行处理，金属会逐渐失效，其通常是导致化工设备腐蚀的最大因素，但能够被预测，解决方式也比较简单，可以被有效预防，属于比较安全的因素。

②局部腐蚀，与上述腐蚀因素有差异，是针对金属框架的某处，具体表现出三种情况。首先是点蚀，在金属结构上有孔洞或者空腔，一般是因为对应范围内的钝化，引发点蚀。此范围转化成阳极，其他金属结构的部分，会成为阴极，引发局部的电化学腐蚀，并在不断恶化中，直接把金属材料贯穿及失效。该腐蚀因素通常无法精准被检测到，主要是由于其损坏面积不大，同时还容易被由于腐蚀形成的化合物挡住。其次是缝隙腐蚀，和点蚀相似，出现在某些区域。此类腐蚀和停滞微环境存在联系。举例来说，垫圈与夹具附近便容易出现缝隙腐蚀。导致形成该腐蚀现象的原因是：缝隙内有酸性情况，或者是氧气不足。最后是丝状腐蚀，化工设备的涂层被水侵蚀，从涂层上的相对缺陷开始，逐渐扩散[1]。

③电偶腐蚀，在两类金属材料同时处于具有腐蚀性的电解质内，便会引起电偶腐蚀。两类金属出现电偶，分别作为阴阳极，其中，扮演“阳极”的一方，被腐蚀的程度更严重，反观阴极受伤害的程度比较轻。而出现此腐蚀现象，要求具备几项条件，才会引起电化学的腐蚀，即两类电化学的金属，金属为电接触状态，金属直接在电解质中裸露。

④环境裂缝属于腐蚀反应的过程，是受到化工设备所处环境条件的综合影响，原因可能是温度、应力等。

⑤流动辅助腐蚀，在设备金属部件的表面形成氧化物层，被溶剂破坏后，会引发此类腐蚀问题，导致直接裸露的构件部分，腐蚀及恶化加重。

⑥晶间腐蚀，本质上属于化学及电化学腐蚀，形成原因是金属材料内的杂物，一般集中在构件边界区域。

3.化工设备的常规防腐方法

在化工行业中，应用到的工艺技术是比较复杂的，而且生产链也偏长，涉及到的原料也有较高的危险性及一定的腐蚀性，会导致机械、管道、阀门等被腐蚀失效，增加日常运转的故障率，对于公司的平稳生产有着不良影响。所以说，构建切实可行、全面的防腐蚀方案，是保障机械正常应用的重点。

(1)合理运用防腐材料

现有的防腐材料主要有三类，首先是油脂，制作简单，费用少，能在一定范围内推广。但同时其性能缺陷也比较突出，在耐水及抗酸方面，表现并不好。所以，仅能用在普通条件的空间中，对于化工厂内部的机械，应当另寻其他材料。其次是生漆，其比较坚韧，和油脂相比，在水与油方面，有更佳的应用表现。但鉴于其带有毒性，如果长时间与之接触，会对人体造成伤害。因此，对于这类材料应当谨慎选择，通常用在长期停机，不会经常用到的设备上。最后，树脂材料，其在耐腐蚀性上的表现较好，对酸、热以及水等都有防护作用，还具有电绝缘性能，同时，不会对人体造成明显的损伤。但实际应用中，前期处理工序较多，而且需要等待较长的时间。而若想在源头处控制发生腐蚀事件的风险，需优化换热装置本身的设计、制造，降低常规碳钢的应用量，尽可能应用抗腐蚀水平较高的材质，比如超低碳不锈钢。但以经济的角度来看，具有耐腐蚀性的金属，造价势必会更高。所以，实际应用中，要结合其他防腐蚀方法，与经济性、便利性等问题，确定是否应用或者使用量。

(2)合理制定方案工艺

在化工机械前期设计及制作期间，如果设备结构不合理，同样会导致机械发生腐蚀。如果要提高化工机械自身的耐腐蚀水平，应当注重设计方案及相应制造技术，提高化工设备的可用性、稳定性。一方面，机械结构设计与制造时，外观造型应当尽可能简单，以避免增加机械中溶液及灰尘等物质的沉积量。如果有诸多溶液及灰尘进入到机械内部，难以及时发现，不能及时清理出去，便容易发生腐蚀现象。此外，要让同一个设备及构件，运用同一种材料制作，并强调焊接处理的效果。同时，为避免出现缝隙，要仔细检查各连接处的质量。另一方面，适当留出腐蚀空间。在化工行业中，腐蚀问题是极为常见的，如果化工设备遭到腐蚀，对应内壁会变薄。所以，在机械设计时，不仅要满足生产技术和机械强度标准，还应适当留出空间。化工设备面对的大部分腐蚀，均无法精准预测，所以留出空间，有助于延长机械使用年限。相关企业应当在生产工艺与配套的相关工作机制方面，加大落实力度，从管理层面预防发生严重的腐蚀情况。同时，优化运行维护的方式。对于需要长期运行的化工设备，其面对的腐蚀问题是随着机械的工作状态进行的，对此，便需要运维行为可以保持基本的连贯性。在实际防腐中，相关公司要结合机组实际的运转状况，总结可能出现的腐蚀问题，以确定预防处理方案。

(3)合理开展腐蚀监测

化工设备经过有效的前期处理与合理应用，相关化工厂还需注意日常监测的问题，及时发现机械的腐蚀现象，并实施针对性防腐处理。根据化工设备的实际使用功能，可通过定时周期检查，安排专人负责对容易受到腐蚀的区域，实施仔细检查与修理。近年来，相关领域对化工机械使用与检查的实践探索，形成了比较符合化工机械长时间工作的检查计划，在原有检查方案基础上，以三年为节点，相关企业可邀请专业检测人员，按照标准化的检测方式，全面评估化工机械整体及其内部构件，生成专业化的报告结果，并采取针对性的整改处理。而对于部分化工设备，针对化工机械的腐蚀问题，可通过对重要位置进行监测，以达到防护的效果，一般监测是防磨防爆与金属材质的监督。借助对金属材质的全面检测，在现场通过无损检测方法，获得所需资料，并设置专门的信息档案，保障化工机械系统始终在比较健康的状态下工作。

(4)机械设计防腐要点

在化工机械设计环节中，应注重实际的防腐处理要点。一方面，设备结构，机械自身的抗腐蚀水平，应当是在前期设计环节中便考虑的问题，设备结构对于机械整体的抗腐蚀能力有重要影响，但实际运行中，通常会被设计人员忽略。相较而言，设计人员更重视提高化工装置应用的便利性，强调安设快捷，这使得由机械结构引发的腐蚀情况，不能被提前预防，造成应用安全风险。例如，化工机械因为设计结构不合理，在其缝隙与死角位置，出现残余液体与固体物，在不能及时发现与处理的情况下，会导致机械的相应位置，长期处于化学介质中，并且浓度会不断提高，引发腐蚀的问题。而为防止出现相关腐蚀问题，需在设计期间，尽可能不让设备形成死角，预防接缝位置形成余液。另外，对比设计及装设方案时，需尽可能进行设计优化，让化工机械更具经济性与实用性。因此，在设计中，要注重机械性能，以此为前提，分析安设及应用的便利性。

另一方面，介质分析。化工机械设计人员，需准确掌握化工机械所在工作空间的环境条件，分析溶液与气体等介质的实际成分及浓度、温度、相对湿度等。倘若机械设计者对设备最终应用空间和承载的物质等没有明确的认识，则难以确保设计成果具有较好的抗腐蚀能力以及运行品质。

(5)电化学的保护方式

电化学保护为借助机械的外部电流，让金属或者是合金构建的腐蚀电位，被有效调整，以控制实际的腐蚀速度。而且该种防腐方法，也受到相关企业、领域人员较多的关注。当前可用的电化学保护方式中，可分成阴极与阳极两类。目前大多数化工厂，会选择阴极保护方式。此项措施是把电极电位往负方向调整，以免机械的金属材料位于腐蚀条件下，继而实现对阳极腐蚀的风控处理，实际操作方式有额外增加电流以及放弃阳极两种。其中后者在实际生产时比较常见，操作难度低，便于管控，而且不会给周围机械造成任何影响，涉及到的材料包括镁合金及锌合金等。阳极保护中，把被防护的金属部件和额外设置的直流电源正极，进行稳定连接。电解质溶液内，让金属部件的阳极，处于既定电位上，以构成比较平稳的状态，使得阳极溶解被全面抑制，控制腐蚀现象发生的速率，让化工设备受到全方位保护。而对于未发生饨化现象的金属部件，不可选择阳极保护。一般运用在以下几种情况中：硫酸类加工活动中，拥有结构物，比如碳钢储槽；氨水与铵盐溶液，如碳化塔。总的来说，对于强氧化类的介质，应当先运用阳极保护。而在选择阳极保护或者阴极保护时，实际防腐差别不大的情形下，需尽量选择阴极保护。

(6)缓蚀剂的实际应用

对于部分化工机械的腐蚀问题，可应用化学缓蚀剂，该化学试剂能减缓腐蚀现象，而且经过实践应用尝试，确实满足化工生产的需要。同时，此防护方法的操作难度与造价等均比较低，但其只能用在闭合机械中，存在应用局限性。缓蚀剂，属于一个可以在浓度极低的情况下，也可以让处于腐蚀类介质里的金属构件，腐蚀速度大幅度下降的物质，其可能是某种化合物，或者是由多种化合物构成的复合类试剂。在化工生产中，缓蚀剂一般会用在冷却水系统及化学清洗类的腐蚀中，也有部分会用在生产期间，涉及到技术性防腐。其中，冷却水系统下，化工生产用水量较多，同时还涉及到在水体中溶入较多的溶解氧，由此产生腐蚀问题。再加上，腐蚀会导致水质下降，不得不产生额外的水体消耗，由此可见，利用缓蚀剂进行化工设备的防腐处理，是极具效益性的。在化学清洗中，运用缓蚀剂，可预防由此产生的设备腐蚀问题。而所谓的化学清理，是指针对化工机械表面可能会形成的污垢，借助化学的方式进行清理，让设备尽可能恢复至最初的状态。

(7)其他防腐处理方法

除上述常见的防腐措施外，相关企业还应注重在源头处实施防控。具体来说，其一，清理生产环境中的腐蚀介质，比如通过脱氧剂，解决氧气。通过全面清洗，去除腐蚀部分。相关公司要运用好停车年检的契机，可选择高压水枪及超声等方法，冲洗容易沉积结垢的部分。假设不能进行停车处理，也能选择在线的清理方式，最终要尽可能地清理掉各种腐蚀风险点，以延长换热装置的使用年限。其二，针对材料表层，实施防腐举措，比如硫酸盐等防腐剂，注意控制好剂量。一般的碳钢材料换热装置，应用抗腐蚀的涂料，既能提升管束自身的性能，又能将碳钢材料和循环水分离开，以减少沉积和积垢的情况，提高装置耐腐蚀水平与换热运行效率。此外，还有异种镀层防腐，其是针对金属材料，实施的防腐方式。比较典型的为化学镀镍磷，借助相应还原剂，让溶液内镍离子，可以有选择地还原析出，继而构成金属镀层。此类防腐方法拥有较高的抗腐蚀强度，同时，在耐磨性、防结垢及导热等方面，都有较好的表现。其三，管控潮湿及空气等，以全方位防护机械腐蚀，并省去部分设备运维费用[2]。

4.结束语

总之，机械设备的腐蚀现象，无疑是制约化工企业长效发展的重点。对此，相关企业应当基于厂内现有的机械配置与搭配的工艺，归纳容易形成的腐蚀介质，积极采取预防处理，并注重定期检查清理。对于不同的化工设备，应当选择更贴合的防腐方法。现阶段，化工领域的经营主体，需提高研究强度，尽可能在源头处切断，避免设备与各类腐蚀因素接触。