化工机械设备腐蚀和防腐措施研究

王彩琴

（陕西能源职业技术学院，咸阳 712000）

引言

金属腐蚀作为一种常见的自然现象，广泛存在于地球上。金属腐蚀主要是指金属与外界环境之间出现物理反应、化学反应，造成金属性能出现不良改变，从而严重破坏金属功能、环境工艺系统，进而导致机械设备的使用寿命严重缩短，引发不可估量的经济损失。根据相关统计，国外主要发达国家平均每年因出现机械设备腐蚀而造成经济损失较高，大约占其他国民生产总值的5 %左右，我国因机械设备腐蚀造成的经济损失大约占国民生产总值的4 %左右。而化工企业作为一种高污染行业，其金属腐蚀现象相对比较突出。所以，为了延长化工机械设备使用寿命，提高化工企业的社会效益和经济效益，加强对化工机械设备防腐工作开展显得尤为重要。

1 化工机械设备腐蚀的原因和种类

1.1 腐蚀原因

对于化工企业而言，其环境介质主要包含SO2、H2S、硫化物等有污染物，一旦企业环境温度、湿度较高问题，金属会与SO2、H2S、硫化物等有污染物发生物理、化学反应，会导致金属出现严重腐蚀现象，致使机械设备的使用性能不断降低。

1.2 腐蚀种类

化工机械设备腐蚀种类划分标准不同，所对应的划分结果也存在一定的差异。如果按照腐蚀生产的机理进行划分，可以将化工机械设备腐蚀划分为化学腐蚀和电化学腐蚀；如果按照设备腐蚀产生的原因和表象进行划分，可以将其划分为高温氧化腐蚀、点状腐蚀、缝隙腐蚀、海洋大气腐蚀等组成部分。化工机械设备腐蚀种类如图1 所示。

图1 化工机械设备腐蚀种类

现以“化学腐蚀”、“电化学腐蚀”为例，对其腐蚀性问题进行介绍。化学腐蚀主要是指化工机械设备与环境中腐蚀性物质接触后，会产生一系列的化学反应，造成设备表面金属出现严重腐蚀现象。电化学腐蚀主要是指机械设备遇到潮湿环境后，出现一系列氧化还原反应，这是由于潮湿环境含有大量的电解质，在这些电解质的作用下，会出现电极反应，增加设备表面金属腐蚀速度，从而严重缩短了化工机械设备使用寿命，不利于化工生产的稳定进行。

2 化工机械设备防腐措施

2.1 化工机械设备防腐设计

对于金属材料而言，其常见的破坏形式是腐蚀破坏，所以，在采购和选用高质量化工机械设备的基础上，要做好对设备安装使用各个环节的控制[2]，并结合该设备使用需求，有针对性地设计相关配套附件，同时，还要做好对金属材料的科学选择以及结构工艺的科学设计。

2.1.1 材料选择

在普通工作环境下，使用普通碳素钢材料所造成的腐蚀并不会对整个设备性能产生明显不良影响[3]，但是，这种低抗腐蚀性能的材料如果应用于化工机械设备中，一旦遇到汞浓度腐蚀性环境，会出现严重腐蚀现象。例如：常用的Q235 钢材一旦遇到酸汽、盐雾等环境，其腐蚀速度不断提升，提升至（0.6~1.0）mm/a，尽管各个化工企业在使用机械设备期间，要采用防腐涂漆的方式，对该设备及构件进行涂漆处理，但是，一旦设备表面漆膜出现脱落、划伤等问题，会在短时间内出现大面积电化学腐蚀现象，严重缩短了设备使用寿命[4]，所以，化工企业在生产机械设备期间，要禁止使用普通碳素钢材料，要优先选用16 MuCu、09 MuCuPTi 等低合金钢材料，尽管低合金钢材料价格较高，但是所获得的经济效益会远远超过普通碳钢材料。根据相关统计资料，发现低合金钢材料可以获得较高的使用寿命，其使用寿命大约是普通碳设备的4 倍左右，总之，低合金钢材料所获得的性价比相对较高。合金钢材料划分如表1 所示。

2.2.2 防腐结构和工艺设计

对于化工机械设备而言，当其构件几何形状设计不科学时，会导致金属表面出现破损问题，这无疑增加了构件局部氧化腐蚀风险[5]，所以，从防腐蚀层面分析，严格按照如图2所示的化工机械设备防腐工艺设计流程，强化构件结构和工艺的科学化设计。

图2 化工机械设备防腐工艺设计流程

首先，要确保所设计的构件形状具有一定的简单性，避免过于复杂。同时，在选用金属材料时，要确保金属材料同一性，例如：机座与主机所选用的金属材料必须是同一种材料，这是由于不同种材料的同时使用会增加电偶腐蚀风险[6]。此外，还要做好对构件表面的有效保护，避免构件表面出现划伤、损坏等问题。其次，要确定出合适的构件结构形式，并选用优质防锈漆，确保腐蚀介质与构件两者处于相互分开、隔离的状态，同时，还要提高焊缝涂漆质量。另外，还要采用背靠背方式，将2块型材进行有效连接，从而保证涂漆结构设计的合理性。为了避免化工机械设备上滞留大量的水分，在设计设备结构期间，要做好对排水孔的设计。最后，要提高化工机械设备焊接质量[7]，在进行设备焊接期间，要采用连续焊接方式，避免出现应力过于集中现象。同时，要尽可能防止出现焊接缺陷问题，一旦出现焊接缺陷，会形成大量的新腐蚀点，此时，需要将夹缝设置在焊瘤与母材之间，导致结构构件出现应力集中的原因是咬边，咬边的凹陷边出现相应的夹缝现象。以上两种缺陷的形成，会增加以下两种缺陷现象的出现，分别是应力腐蚀现象、缝隙腐蚀现象。当焊接电流不断降低时，会形成焊瘤现象，导致咬边现象出现的原因是焊接电流过大，所以，选用合适的构件焊接工艺显得尤为重要。为了降低缝隙腐蚀现象出现的概率，要科学设计构件连接处夹缝。目前，比较常见的构件连接形式主要包含以下两种，分别是搭接形式和对接形式。在运用搭接形式时，无需使用焊接连结方式[8]，对搭接接头进行处理。另外，还要采用双面连续填角焊接方式，对搭接面进封闭处理，防止出现缝隙腐蚀问题。

2.2.3 结构强度防腐处理

化工机械设备在实际运用期间，一旦遇到高腐蚀性环境，需要在综合考虑设备及附件强度和刚度的基础上，要预留足够的腐蚀余量，并对腐蚀余量进行科学设置，经过设置后，腐蚀余量通常为腐蚀深度的2 倍。

2.2 化工机械设备防腐方法运用

2.2.1 电化学保护法

电化学腐蚀主要是指金属表面经过一段时间后会形成原电池，而原电池主要是由中心碳棒、外围锌皮、电解质溶液等部分组成。对于阳极锌皮而言，一旦出现氧化反应，会引发锌离子化现象，对于阴极碳棒而言，一旦出现还原反应，会引发消耗电子现象。此时，原电池的阳极锌皮出现离子化现象，并形成大量的电子，锌离子化反应结果会出现阳极牺牲现象。

设备一旦出现电化学腐蚀现象，需要采用电化学保护法，对设备进行防腐处理。在进行电化学腐蚀期间，需要严格按照所设置好的元素电动序进行，不同金属经过组合后，可以形成原电池，当金属电极电位较高时，该金属视为“阴极”，阴极金属会得到保护。例如：镀锌钢作为一种典型例子，对钢阴极起到很好的保护作用，这种方法又被称为“牺牲阳极保护法”

牺牲阳极主要包含镁阳极、锌阳极、铝阴极。本文以“锌阳极”为例，锌与铁负离子发生化学反应后，会形成相应的微电池，锌、铁分别属于阳极、阴极，在这种介质环境中，锌会受到严重腐蚀，铁获得良好的保护效果。

在安装牺牲阳极期间，要将牺牲阳极直接焊接在化工机械设备构件上，并使用螺栓，对其进行安装和固定。使用螺栓进行固定期间，要使用橡胶垫、尼龙垫，对阳极与金属进行隔离，从而保证金属本体的绝缘性。如果设备构件表面焊接由相应的阳极，要将阳极本身与金属本体相隔离，避免因两者直接接触而影响设备防腐效果。另外，要严格按照相关标准和要求，科学地设置牺牲阳极面积与被保护设备表面积之间的比例，该比例大约是被保护金属面积的（2~6）%左右。

2.2.2 防腐蚀涂料运用

部分防腐涂料表现出较低的性能，如果将其应用到化工机械设备中，难以获得良好的防腐蚀效果，为确保化工机械设备表现出较高的防腐蚀性能，要优先选用高腐蚀性的涂料，同时，还要结合金属材料类型，选用合适的防腐蚀涂料。以换热器为例，在科学设计防腐蚀结构和工艺的基础上，选用高温涂料和防溶剂涂料两种涂料，在金属表面涂抹一层薄薄的保护膜。当保护膜涂抹结束后，要对化工机械设备进行防腐蚀处理，然后，在综合考虑金属材料、工作环境等因素的基础上，选用最佳防腐蚀涂料，只有这样，才能最大限度提高化工机械设备的防腐蚀性能。 防腐蚀涂料参数指标如表2 所示。

表2 防腐蚀涂料参数指标

3 结束语

综上所述，对于化工机械设备而言，其防腐工作开展是否有效对化工企业的经济效益和作业人员的人身健康产生显著影响。通过运用本文所提出的化工机械设备防腐措施，不仅可以降低化工机械设备腐蚀概率，延长化工机械设备使用寿命，提高化工生产的安全性和经济性，还能确保化工生产能够正常、稳定、安全地运行，为保障作业人员的人身安全和财产安全打下坚实的基础。随着信息技术的不断发展和普及，将会出现更多高防腐性能的材料和工艺，这些材料和工艺被广泛地应用于化工机械设备生产中，为提高设备防腐性能，保证化工生产的稳定性创造了良好的条件。