关于化工仪表防腐问题的研究

吕婷婷

中化环境科技工程有限公司 辽宁 沈阳 110031

化工仪表及自动化控制系统能对化工装置生产运行中的重要参数进行有效监测及控制，对生产装置的安全稳定运行起着至关重要的作用。随着仪表在化工中的的广泛应用，化工仪表腐蚀问题也日渐突出。仪表腐蚀不仅会造成经济损失，还会危及人身安全，甚至对环境造成破坏。其中有相当一部分的腐蚀损失是由于缺乏腐蚀方面的知识或者所知不够完备造成的，因此对化工仪表的防腐问题加以研究，可以有效的减少这一方面造成的损失。

1 常见化工仪表类型

化工仪表分类方式有很多，按照测量参数可以分为温度测量仪表、压力测量仪表、流量测量仪表、液位测量仪表和过程分析仪表；按照仪表驱动能源可以分为气动仪表、电动仪表、液动仪表；按照仪表在自动控制系统中的作用可以分为检测仪表、显示仪表、控制仪表和执行器。本文按照测量参数对化工仪表进行分析。

1.1 温度测量仪表

温度是化工生产中最基本、最重要的参数之一，与化工生产的产品质量、产量，生产效率以及生产装置的安全和使用寿命等息息相关。温度测量仪表可分为接触式和非接触式两大类，接触式仪表包括热膨胀式温度计、热电阻温度计及热电偶温度计。非接触式温度计包括光辐射式温度计、红外吸收式温度计。大多数化工温度测量仪表选用接触式温度计。化工生产中腐蚀介质的温度测量，温度传感器通常安装在温度计套管内，与设备或管道法兰连接，温度计套管的材质依据测量介质的不同选用不同的材质。

1.2 压力测量仪表

压力是化工生产过程的必要条件和动力，对化工生产过程压力的监测是保证生产装置的安全稳定运行的重要条件。化工压力测量仪表就地压力仪表一般选用弹簧管压力表、膜盒压力表、隔膜压力表，远传压力仪表一般选用短安装压力变送器、隔膜密封压力变送器、差压变送器等。对于腐蚀性介质的压力测量，选用隔膜压力表或隔膜密封压力变送器，隔离膜片材质根据被测介质的理化性质可选用不锈钢、钢衬四氟、贵金属等材质。

1.3 流量测量仪表

流量是指在单位时间内流体流经通道某一截面的流体数量，计量单位可以是体积流量，也可以是质量流量。流体流量测量是化工生产过程中常见的测量参数之一。流量测量仪表可用于生产过程种的原料配比控制、能源计量以及三废排放的管理和控制。

流量测量仪表可大致分为容积式、速度式和质量式三大类。容积式流量仪表主要包括椭圆齿轮流量计、双转子流量计、往复活塞式流量计、腰轮流量计、刮板流量计等。速度式流量计主要包括涡轮流量计、涡街流量计、电磁流量计、超声波流量计、差压式流量计、靶式流量计、水表等。质量式流量计包括科里奥利质量流量计和热式质量流量计等。其中，非接触式超声波流量计可用于测量具有强腐蚀、高粘度、易燃易爆、非导电等特性的其他流量测量仪表不可测的恶劣工况可导声流体介质的流量测量。电磁流量计也是一种常见的应用于化工生产中腐蚀性较强场合的流体流量测量的仪表。电磁流量计的电极及衬里材质可根据被测介质的腐蚀性及温度等工况条件选择相应的材质。当工艺管道为绝缘材质管道过金属管道内涂绝缘层时，电磁流量计还应在传感器两端法兰口处各装一只耐腐蚀接地环。

1.4 物位测量仪表

物位是指在一定容积的容器内所储存的液体或固体物质表面层距离容器底部或者某一基准面的高度。物位测量在化工生产过程和计量中起着非常重要的作用。物位测量仪表既可用于对化工生产的原料罐、半成品罐和成品罐内物质的储存量加以计量，为生产经营活动提供可靠数据，也可以用于化工生产过程中对反应釜等的物位监测和控制，保证生产过程的安全稳定。

物位测量仪表种类繁多，按照检测原理可大致划分为力学类、声学类、电学类、电磁波类、放射性类、光学类等。化工液位测量仪表常见的有力学类，如静压式液位计、磁浮子液位计、浮筒液位计、差压液位计式等；声学类如超声波物位计、音叉料位计等；电学类如电容物位计、电阻式物位计等；电磁波类如雷达液位计等。其中，超声波液位计和非接触式雷达液位计在进行液位测量是均不与被测介质直接接触，因而适用于强腐蚀介质的液位测量，但两者适用场合有有所区别。雷达液位计比超声波适用范围更加广泛，但对于真空、蒸汽含量高、粉尘、液面有泡沫、悬浮物液体等超声波液位计不适用的场合，雷达液位计都可以很好地测量。但是，雷达液位计的价格也要高于超声波液位计。

1.5 过程分析仪表

随着过程分析仪表系统技术日趋成熟，在化工生产中的应用也越来越广泛。过程分析仪表通过对生产过程中物质或产品组分的在线监测，可用于对化工产品质量的控制、安全监控、三废排放指标的监测与控制等。

过程分析仪表按照测量介质状态可分为气体检测分析仪和液体监测分析仪。气体分析仪包括过程气相色谱仪、红外线分析仪及红外光度分析仪、紫外线分析仪及紫外可见光光度分析仪、氧分析仪、热导式气体分析仪、激光气体分析仪、过程质谱仪等。液体分析仪包括pH计、氧化还原电位计、电导率仪、密度计、粘度计、水质分析仪、水中油分析仪等。大型过程分析仪表通常包括取样与预处理装置、样品测量装置、样品排放及回收装置、显示及数据处理装置、能源供给及载体回收装置五个组成部分。在线分析仪表取样部件的材质应依据被测介质的理化性质选用不锈钢、聚四氟乙烯、聚氯乙烯等耐腐蚀材质。

2 化工仪表主要腐蚀类型

化工仪表的腐蚀主要是构成仪表零部件的金属或非金属材料，与外部接触环境产生物理作用、化学或电化学反应，导致仪表材料表面及内部性能发生改变，功能结构受损。常见的仪表腐蚀类型主要包括物理腐蚀、化学腐蚀和电化学腐蚀。

2.1 物理腐蚀

物理腐蚀是指化工仪表金属材料物理溶解或者受到高温高压或外在机械力作用力，对仪表材料造成的破坏。如铁在液态锌中会发生物理溶解，化工合成氨生产过程中产生的高温蒸汽对仪表的物理压迫造成的腐蚀等。

2.2 化学腐蚀

化学腐蚀是指金属材料与非电解质相接触，发生氧化还原反应造成的腐蚀。如化工厂仪表部件中的铁元素与泄露在环境中的氯气想接触，发生氧化还原反应生成氯化亚铁造成的仪表腐蚀。化工仪表部件在生产裂解设备中发生的腐蚀，也属于化学腐蚀。

2.3 电化学腐蚀

电化学腐蚀是指金属材料与电解质溶液相接触，发生原电池反应造成的腐蚀。电化学腐蚀是化工仪表最常见、危害最高的腐蚀类型，比化学腐蚀更为严重和迅速。电化学腐蚀的仪表部位通常比较隐蔽，难以被及时发现，且腐蚀通常难以修复。化工仪表金属部件与酸、碱等电解质溶液相接触造成的腐蚀就是常见的电化学腐蚀中的一种。此外，碳钢在沿海地区烟雾环境中的腐蚀也属于电化学腐蚀。

3 化工仪表腐蚀的影响因素

化工仪表的腐蚀受许多复杂因素的影响，可从设计和环境两个方面去分析。

3.1 设计因素

从设计方面，化工仪表选材及化工仪表结构形式都对腐蚀程度有着重要的影响。同等工况条件下，不同的材料对于被测量介质的抗腐蚀能力差距可能十分重大。仪表选型不合理，如测量强腐蚀介质压力选用普通压力表，测量含氢离子介质未对仪表进行防氢脆处理等，都会造成仪表的严重腐蚀。

3.2 环境因素

环境可分为外部环境和内部环境。外部环境主要是指大气环境，如沿海区域的盐雾、厂房的酸性烟雾等。内部环境主要是指被测量介质的工况条件，理化性质等，包括被测量介质的成分和浓度、是否含有氯离子或硫等有害杂质、温度、压力、酸碱度、氧含量、含水量、流速等。

4 化工仪表防腐策略

4.1 合理选择防腐材料

在设计和仪表选型时，根据工况条件和被测量介质合理选择仪表防腐蚀材料。化工仪表材料的种类繁多，不同的材料在不同的环境中的耐腐蚀性能也不同。没有万能的防腐蚀材料。材料的的耐腐蚀特性，是针对具体的环境而言的，对耐蚀材料的使用，应针对具体环境具体分析，不能一言以概至。例如不锈钢在大多数环境耐蚀性优于碳钢，但在浓硫酸环境中，其耐蚀性要低于碳钢。化工仪表材料的选择要综合考虑检测介质特性，大气环境，压力等级，经济性等各个方面，选择符合最佳条件的材料。

4.2 完善工艺流程和工艺操作规程

从工艺流程着手，对因工艺介质或工况环境造成的腐蚀进行工艺流程优化，尽量可能减少腐蚀性。如生产废水处理过程中如果氟离子浓度过高，对金属材料的腐蚀性极强，在废水处理的前端加入除氟工艺，通过氟离子浓度计对氟离子浓度进行监测和控制，避免氟离子对整套生产废水处理装置化工仪表的腐蚀。又如锅炉进水前用亚硫酸钠和肼等脱氧剂先祛除水中的氧，可以有效避免或减弱锅炉管及其后仪表的氧化腐蚀。

完善工艺操作规程，提高自动化控制水平，提高操作人员的操作水平，保证生产装置的安全平稳运行，避免因操作不当造成的工艺介质温度或压力的骤然升降给化工仪表造成的物理腐蚀。

4.3 采取隔离措施

化工仪表的使用环境非常复杂，生产过程中仪表接触的介质复杂多变，极易对化工仪表造成腐蚀。将被测量强腐蚀性介质与化工仪表隔离开来，对于延长仪表的使用寿命，降低腐蚀概率是一种非常有效的方式。可以通过选择非接触式仪表或者采用介质隔离的方式将化工仪表与工艺介质隔离开来。

选用非接触式仪表，如非接触式雷达液位计，超声波流量计等，这一类仪表在进行测量时不需要与被测量介质直接接触，避免了强腐蚀性介质对仪表直接接触部件的腐蚀。但是这一类仪表通常价格较高，后期维护复杂。

按照隔离介质类型，隔离措施包括气体隔离、液体隔离、膜片隔离。气体隔离也就是吹气法，通过吹入空气或惰性气体避免仪表测量部件与被测量介质接触，保护仪表不被腐蚀。吹气法吹入气体不用于被测量介质发生作用，一般在常压液位测量系统中使用。液体隔离可用于测量氯气、氯化氢气等介质时，用全氟三丁胺或其他隔离液充灌在隔离罐内，将仪表与被测量介质相隔离。隔离液的选择应保证隔离液不与被测介质发生反应，对仪表部件也不会有腐蚀作用，且其密度和黏度不随环境温度的变化而显著改变。液体隔离因其价格较贵，充灌麻烦等，在化工仪表防腐中应用并不广泛。隔膜压力表加装的隔膜装置就是膜片隔离中较为常见的一种。隔离膜片的材质可根据被测量介质的理化性质选择聚四氟乙烯或哈氏合金，钽，铂，钛等防腐蚀能力较强的金属。隔离膜片厚度要适当，太薄容易磨损或腐蚀，太厚则会影响仪表的测量精度。

4.4 加保护层

加保护层是化工仪表非常常见且有效的防腐措施。按保护层性质可分为金属保护层、非金属保护层及非金属保护膜。

金属保护层包括喷涂、电镀、热浸、渗碳等。其中电镀一般比较薄，存在微孔，因此不适用于酸、碱等强腐蚀环境，但可用于大气、水等环境。

非金属保护层包括涂刷防腐漆，橡胶、塑料、搪瓷等。其中涂刷防腐漆因其操作简单、成本低，只需定期补刷和重刷就可以长期保持较好的防腐效果而被广泛使用。橡胶、塑料、搪瓷都是十分常见的金属衬里材质。

非金属保护膜包括钝化膜等。如对不锈钢、钛、铝等易钝化的金属表面进行氧化处理，使其钝化，生成极薄的具有优良保护性的氧化物膜。

4.5 加强日常管理和维护

对化工仪表加强日常管理和维护，对发生腐蚀的化工仪表及时发现和处理，避免化工仪表腐蚀进一步发展，造成严重后果。严格检查设备管道的密封性，避免二氧化硫、氯气、氨气、氯化氢等易腐蚀有害气体的跑冒滴漏，形成腐蚀环境。做好密封工作，避免仪表接线端子受到外部环境的腐蚀。

5 结束语

化工仪表的腐蚀问题是化工厂亟待解决的技术难题。化工工程工况复杂多变，被测介质种类繁多，因此很难对化工防腐仪表形成定型产品。对化工仪表的防腐问题加以研究，收集整理化工仪表防腐在工程实践中的应用案例，可以给同行提供一下借鉴。关于化工仪表防腐问题的研究任重而道远。