浅析化工机械设备及管线腐蚀管理与维护

2023-12-12罗江

中国设备工程 2023年21期

罗江

（陕西陕化煤化工集团有限公司，陕西渭南 714100）

化工机械设备在运行过程中，与含有酸碱盐的溶液、水、大气等介质接触，发生电化学或化学反应，进而产生腐蚀作用。腐蚀会导致机械设备及管线尺寸、形状变化，或发生结构破坏。在当前的化工生产中，这种腐蚀现象十分常见，对化工生产的进行有不利影响。如果机械设备及管线发生腐蚀，将会无法正常运行，同时设备寿命明显缩短，还可能造成设备及管线的跑冒滴漏问题。在严重的情况下，还有可能引起爆炸事故，造成人员财产损失和环境污染。所以，加强化工机械设备及管线的腐蚀管理与维护，具有很大的必要性。

1 化工机械设备及管线腐蚀的类型

1.1 化学腐蚀

在化工生产过程中，一般会涉及较多的腐蚀性化学原料。当这些化学物质接触到机械设备金属表面后，就可能发生化学反应，产生金属氧化物，进而对金属表面造成破坏。化学腐蚀的产生，通常是腐蚀性化学介质和金属在干燥、高温的环境下，直接发生反应。

1.2 电化学腐蚀

电化学腐蚀的发生环境，一般都是比较潮湿的，因此，这种反应也属于氧化还原反应的本质。当化工机械设备及管线的金属材料部分与电解质溶液发生接触，就会产生电极反应，进而造成腐蚀。电化学腐蚀也是发生频率最高，同时对机械设备性能产生最大影响的腐蚀类型。

1.3 其他类型腐蚀

除了上述两种常见的腐蚀类型外，还可按照设备类型自身差异、设备受到腐蚀的不同原因等进行划分。例如，可以分为点状腐蚀、晶间腐蚀、焊接应力腐蚀等。

2 化工机械设备及管线腐蚀的原因

2.1 内在原因

金属的防腐能力与化工机械设备及管线腐蚀有着很大的关系。大多数化工机械设备及管线都是以机械构件组成，而金属材料自身的防腐能力，与其内部晶粒粗细程度成反比关系。如果机械拥有越大的晶粒密度，则其防腐能力就会越低。所以，现代化工机械设备及管线中，如果构成的金属部件为粗晶粒，其就不会具有足够的防腐能力，因而更容易发生腐蚀现象。例如，很多化工机械设备及管线材料是铸铁类，相比不锈钢材料，就会更容易产生腐蚀。不同的溶液与腐蚀的发生也有关系。在化工机械设备运行中，接触不同的溶液和介质，其中很多溶液都有腐蚀性。当化工机械设备及管线材料防腐能力不足，就会发生腐蚀。此外，机械设备零件表面粗糙程度，也会影响腐蚀现象。零件是化工机械设备最常出现腐蚀的位置，在发生腐蚀后将会影响整个设备的质量及性能。而零部件中腐蚀现象的发生，一般是与表面粗糙程度有关。如果零件表面粗糙程度越高，就越容易发生腐蚀。

2.2 外在原因

化工机械设备在运行过程中，接触到的腐蚀性物质类型较多，都可能对设备及管线造成腐蚀。腐蚀从本质上看属于化学现象，如果化工生产中介质温度较高，就会出现更强烈的腐蚀作用。介质具体流速也会对腐蚀速度及程度产生影响，随着速度的加快，腐蚀严重程度也会加深。在化工机械设备长期运行过程中，由于零部件旋转产生剪力，容易引起扭曲，导致电位下降，进而发生电池腐蚀的情况。从化工机械设备管理经验中能够看出，工作人员必须注重对设备及管线的维护。如果没有对化工机械设备应用良好的防腐措施，设备在使用过程中就比较容易出现腐蚀。如果机械设备已经有部分腐蚀现象发生，而没有及时采取措施进行处理，可能导致腐蚀继续蔓延和加重。此外，还要对化工机械设备及管线的所处环境进行分析，例如，在海洋环境中使用的化工机械设备，由于受到海水的侵蚀，其中的海洋生物、流速、酸碱性、温度、溶解氧、含盐量等，与设备及管线的腐蚀都有关系，都会造成腐蚀速度加快和程度加深。另外，海洋中微生物还会产生较多的二氧化碳及硫化氢，对设备及管线腐蚀也有影响。

3 化工机械设备及管线腐蚀的管理维护

3.1 合理选择设备材料

以往很多化工机械设备及管线都是以普通碳素结构钢为主要材料，其成本比较低，具有广泛的来源，加工方便，力学性能优良，所以应用广泛。在常规工作环境中，使用这类材料基本可以满足要求，不会发生明显的腐蚀。但是，在化工行业中，由于经常接触高浓度腐蚀性介质，所以其耐腐蚀性能不足，就会发生严重的腐蚀破坏现象。所以，应当合理地选择设备材料，尽量选择耐腐蚀性强的金属材料。在材料选择中，要综合考虑腐蚀环境，包括各种特殊环境条件，如交变应力、冲击荷载、真空、高压、低温、高温等；是否有急冷急热造成的应力变化及热冲击效应；加热冷却的温度及温度周期的变化；不同材料接触状态；包含残余应力在内的应力状态；液体的流动或静止状态；操作压力、温度等；介质浓度、成分等。同时，对产品要求、设备结构、设备类型等仔细考虑。此外，还要对设计预期使用年限加以分析，确保能够使整个生产装置要求寿命满足。要尽量达到整个机械设备及管道各个部分材料均匀劣化的改变。在此基础上，还要综合维修费用、施工费用、材料费用等经济因素全面考虑。这样，能够将设备腐蚀程度最大限度地降低，使设备使用寿命延长。

3.2 结构工艺防腐设计

在结构工艺防腐设计方面加以优化，能够使机械设备及管线的抗腐蚀性能大大提高。如果构件几何形状设计不合理或复杂度较高，就容易出现积液、热应力、机械应力等问题，造成应力腐蚀、缝隙腐蚀、氧化腐蚀等。所以，要综合考虑结构设计与工艺设计的合理性。在设计机械构件形状的时候，要保证简单，尽量使用相同的金属材料，以免存在死角。如果设备中局部残留液体或固体物质沉降堆积，就可能由于局部浓缩聚集发生腐蚀。所以，在设计过程中，尽量避免排液不尽的死区或死角。设计中要尽可能将缝隙减少，很多金属设备中都有缝隙存在，液体流通不畅，就可能出现缝隙腐蚀。例如，不锈钢设备、铝设备、碳钢设备等，都比较常见。缝隙腐蚀可引起应力腐蚀、孔蚀等破坏效应。对此，要避免机械设备中滞留残余水分，设计时避免向上容器的凹状，或合理设置排水孔，提升结构设计的优良性，避免缝隙腐蚀。在焊接过程中，应当注意避免出现应力集中或内应力的问题，以连续焊接工艺为主，减少间断焊接造成的内应力。还要注意避免未焊透、焊瘤、咬边等问题，否则，可能造成新的腐蚀点出现。可以在设备及管线表面涂常见的表面涂漆防腐，使用防锈漆隔离开构件与腐蚀介质，也要注意不能忽略焊缝。防腐涂层是在设备外部涂装，不会对设备结构及强度造成影响。可以使用聚乙烯醇缩丁醛+磷酸、环氧树脂、酚醛树脂、邻苯二甲酸树脂等材料。使用过程中，注意衡量漆膜老化、机械性质、防锈能力、漆刷能力等。根据使用条件、施工环境、表面状态、形状、材质等做出合理的选择，达到优良的防腐性能。

3.3 增加金属防腐镀层

在制造业方面，所生产的大多数金属产品，都会按照其使用环境，在表面均匀喷涂一层镀层，例如，电镀、镀镍、镀锌等抗腐蚀金属涂料或不受腐蚀作用的非金属涂料。也可以通过运用相应的工艺技术，如氧化处理、正火处理等，使机械设备隔绝腐蚀介质，进而免受腐蚀影响。应用防腐蚀镀层，就是在设备及管线表面接触介质的部分，制作一层致密和均匀的保护膜，将机械设备表面和腐蚀介质之间的直接接触阻断，从而不会引起化学反应和发生化学腐蚀现象。当前金属保护层类型的隔离保护层比较多见，可运用电镀、喷镀的方法，将一层致密均匀的特殊金属或合金喷涂在机械设备及管线裸露的金属表面上。其中，电镀喷涂是在高温下将金属材料熔化，并借助压缩空气吹成雾状粉末，在处理完成的零件表面上快速喷吹，使其形成金属镀层。喷涂的方法可以保证形成的金属镀层更紧密的结合机械部件，保护机械部件不会遭受介质腐蚀，进而保证了机械设备及管线安全。

3.4 缓蚀剂的合理使用

缓蚀剂也称为腐蚀抑制剂，能够发挥较强的抗腐蚀性能，可以在腐蚀环境保护机械设备及管线的金属部分，使腐蚀速度减慢、程度减轻。缓蚀剂保护法正是指的这种保护金属材料的方式。一般使用气体介质、酸性介质、中性介质等。这种材料主要包含一种或多种化学品混合生产，可以应用于化工行业中的机械设备化学清理保养、冷却设备防腐蚀处理等，例如，应用在容器管道、坩埚清理方面都很适合。同时，缓蚀剂种类丰富、成本较低、效果理想，对于机械设备及管线防腐蚀性能的提升有很大帮助。

3.5 生产环境防腐处理

在生产环境方面，也要采取一定的防腐处理措施，保证不同环境下机械设备生产使用过程中，接触的介质属性发生改变，进而削弱或消除腐蚀性，发挥防腐蚀的作用。在生产环境防腐处理中，对于环境中的腐蚀介质，可以通过相应的化学反应将其去除，或是使环境中腐蚀性介质的性质产生变化。例如，对于环境中的氧气、水分等，可以相应的脱氧剂、除湿剂等进行去除，以免对机械设备及管线造成腐蚀。使用脱氧剂将生产环境中的氧成分去除，能够避免氧气与其他化学成分结合造成机械设备氧化腐蚀现象。利用除湿剂将生产环境中多余的水分子和湿度去除，可以使机械设备及管线内部受到水分子侵袭发生的腐蚀得到减少。可以在机械设备及管线表面，选择亚硝酸盐、巯基苯等防腐剂均匀涂抹，根据实际情况，确定防腐剂的浓度、用量等，进而保证防腐性能达到最佳。

3.6 阴阳极保护防腐法

阴极和阳极保护防腐法也是一种比较有限的防腐蚀措施。可以按照机械设备及管线的原材料类型，选择相匹配的合金或金属材料，与机械设备形成原电池的结构。利用添加的物质代替机械设备及管线发生腐蚀，进而保护机械设备和管线免受腐蚀的影响。如果机械设备和管线材料属于活泼金属，可以将阳极电流添加在设备和管线外部，利用阳极钝化作用，对设备和管线提供保护。阴极保护法中，主要是通过对阳极材料的牺牲达到替代防腐的效果。使用具有较强还原性的金属当作保护极，和被保护金属连接形成原电池结构。负极选用具有较强还原性的金属材料，产生氧化反应而消耗，因而作为正极的机械设备和管线金属就会被保护，不会发生腐蚀现象。