張晶瑩

（廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530001）

淺析化工機械設(shè)備腐蝕原因及防腐措施

張晶瑩

（廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530001）

化工機械設(shè)備腐蝕是自發(fā)的普遍現(xiàn)象，機械設(shè)備被腐蝕后，在外形、色澤及機械性能方面都將發(fā)生變化，造成設(shè)備被破壞以及資源和能源的嚴重浪費，企業(yè)受到巨大損失。本文主要對化工機械設(shè)備在使用過程中發(fā)生腐蝕的原因進行了分析，并提出了一些防腐蝕的方法和措施。

化工機械;腐蝕原因;防腐措施

腐蝕是指化工機械設(shè)備在接觸介質(zhì) （大氣、水或含有酸、堿、鹽的溶液等）的化學(xué)或電化學(xué)的作用下發(fā)生形狀以及尺寸等變化而引起的破壞，這種破壞在化工生產(chǎn)中是普遍存在的。腐蝕使得正常的生產(chǎn)無法進行，使設(shè)備的使用壽命大大縮短，更為嚴重的是腐蝕還會使設(shè)備及管道的跑、冒、滴、漏機會增加，甚至還會引起設(shè)備爆炸，帶來慘重的人員傷亡、環(huán)境污染、能源方面的浪費，給企業(yè)造成較大的虧損。因此對化工機械設(shè)備腐蝕的原因進行分析，同時采取有效的防護措施，提高機械的防腐蝕能力，對于化工企業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。

1 化工設(shè)備腐蝕的原因和種類

1．1 造成腐蝕的內(nèi)在因素

（1）不同的金屬材料對于不同的介質(zhì)具有不同的抗腐蝕能力。

（2）金屬的晶粒越粗，腐蝕越快。晶粒越細腐蝕則越慢，如不銹鋼比鑄鐵的耐腐蝕性能高。

（3）零部件的表面越粗糙，越易腐蝕。表面有氧化膜則耐腐蝕。

（4）設(shè)備結(jié)構(gòu)的形狀突變處，如開口、縫隙或死角等位置，金屬腐蝕較快。

1．2 造成腐蝕的外在因素

（1）化工生產(chǎn)中存在著許多具有一定腐蝕性的介質(zhì)，如酸、堿、鹽、水、氧等，這是產(chǎn)生腐蝕的主要原因之一。

（2）介質(zhì)的種類、化學(xué)成分、濃度、pH 值、雜質(zhì)、水分和含氧量是造成腐蝕的外在原因。

（3）介質(zhì)的溫度越高，壓力越高，腐蝕越快，因為腐蝕是一種化學(xué)反應(yīng)。溫度每升高10℃，腐蝕速度增加1～3倍。溫度升高，擴散速度增大，同時電解液電阻下降所以使腐蝕電池的反應(yīng)加快。

（4）介質(zhì)流動速度愈快，愈易腐蝕，它會沖刷保護膜，產(chǎn)生旋渦、湍流、空泡，引起嚴重的沖擊磨損和空泡腐蝕。

（5）零部件受外力或殘余應(yīng)力愈大，腐蝕越快。

（6）應(yīng)力及疲勞的影響。設(shè)備應(yīng)力的產(chǎn)生一方面是在加工過程中形成的，如冷加工的變形應(yīng)力，熱加工的組織應(yīng)力;另一方面在運轉(zhuǎn)中對于承受壓力或旋轉(zhuǎn)的部件也會使之產(chǎn)生應(yīng)力。這些應(yīng)力的作用結(jié)果引起金屬內(nèi)部的扭曲，從而降低了該部位的電極電位，加劇微電池腐蝕，形成腐蝕破裂。

1．3 腐蝕的種類

（1）化學(xué)腐蝕?；て髽I(yè)在生產(chǎn)過程中經(jīng)常需要采用一些具有腐蝕性的化學(xué)原料，這些化學(xué)物質(zhì)和機械的金屬表面接觸后產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，往往生成一種金屬氧化物，造成金屬表面的損壞。這類腐蝕主要以高溫干燥環(huán)境下的金屬與腐蝕性的化學(xué)介質(zhì)直接發(fā)生反應(yīng)的形式發(fā)生。

（2）電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕大多發(fā)生在比較潮濕的環(huán)境之中，其本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)的一種，化工機械的金屬部件接觸了電解質(zhì)溶液，通過電極反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。

（3）其他腐蝕。按照腐蝕產(chǎn)生的原因以及外表的情況，還可以將腐蝕具體分為:高溫氧化腐蝕、焊接應(yīng)力腐蝕、剝層腐蝕、點狀腐蝕、晶間腐蝕、縫隙腐蝕、疲勞腐蝕、工業(yè)大氣腐蝕等。對化工行業(yè)來說，機械設(shè)備的腐蝕以電化學(xué)腐蝕、焊接應(yīng)力腐蝕、縫隙腐蝕及疲勞腐蝕為主，特別是電化學(xué)腐蝕最為嚴重，多種腐蝕的結(jié)果最終均導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕。

2 腐蝕產(chǎn)生的化學(xué)機理

2．1 電化學(xué)腐蝕機理

金屬的電化學(xué)腐蝕是指在離子導(dǎo)電介質(zhì)中，金屬的表面和電解液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而造成金屬表面產(chǎn)生的腐蝕。任何一種按電化學(xué)機理進行的腐蝕反應(yīng)至少包含有一個陽極反應(yīng)和一個陰極反應(yīng)，并與流過金屬內(nèi)部的電子流和介質(zhì)中的離子流聯(lián)系在一起。在陽極，金屬中的離子脫離金屬進入到電解質(zhì)中，同時釋放電子，這是一個氧化的過程。與此相反，陰極反應(yīng)是一個還原的過程，來自陽極的電子被介質(zhì)中的氧化劑所吸收。化工機械的金屬構(gòu)件主要是碳鋼組成，碳鋼與酸溶液發(fā)生反應(yīng)在陽極反應(yīng)的作用下，亞鐵離子被氧化成二價鐵離子，在這個過程中釋放的電子由陽極向陰極的方向流動和氫離子發(fā)生還原反應(yīng)，最終生成氫氣。在化工機械設(shè)備的金屬部件所發(fā)生的電化學(xué)腐蝕在實質(zhì)上是金屬內(nèi)部形成的短路原電池，即電子回路短接，電流不對外做功，電子自耗于腐蝕電池內(nèi)陰極的還原反應(yīng)中，這個過程同時對陰極產(chǎn)生了腐蝕。

2．2 工業(yè)大氣腐蝕機理

化工企業(yè)大多位于重工業(yè)相對集中的區(qū)域中，通?？諝馐艿絿乐氐墓I(yè)廢氣污染，，空氣中含有高濃度的 SO2、CO2、H2S、鹵化物、硫化物及鹽等揮發(fā)物和工業(yè)粉塵等腐蝕性介質(zhì)，在空氣的相對濕度達到一定程度的時候，空氣中的水分會和這些腐蝕性氣體結(jié)合形成無機酸?；C械的金屬表面長時間處于這種介質(zhì)之中，會發(fā)生一系列連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致鋼材嚴重損壞。工業(yè)大氣的所有腐蝕性氣體中，以二氧化硫?qū)C械的腐蝕作用最強，二氧化硫和空氣中的降水結(jié)合形成酸雨，除了直接造成腐蝕之外，也能起到一種催化劑的作用。綜上所述，無論是化學(xué)腐蝕還是電化學(xué)腐蝕在本質(zhì)上都是一個氧化還原反應(yīng)的過程。二者的主要不同之處在于，化學(xué)腐蝕只是金屬與周圍介質(zhì)在高溫干燥條件下直接進行的化學(xué)反應(yīng)，而電化學(xué)腐蝕的氧化過程則是發(fā)生在潮濕介質(zhì)中，腐蝕過程形成了腐蝕微電池。

3 防腐的措施

腐蝕破壞是金屬材料最主要的破壞形式之一，因此，在化工機械的采購以及安裝調(diào)試和一些配套設(shè)施的建設(shè)過程中要特別注重對金屬部分的防腐，這對于保證設(shè)備穩(wěn)定運行以及延長使用壽命，保證企業(yè)正常的生產(chǎn)都具有十分重要的意義。應(yīng)從以下幾個方面采取措施。

3．1 材料的選擇原則

用來制造化工機械設(shè)備的材料大部分是普通的碳素結(jié)構(gòu)鋼，其特點在于價格低廉，來源廣泛，力學(xué)性能好及加工方便等，這類鋼如果在普通的工作條件下使用，腐蝕對其的危害并不大，但是如果是使用在化工行業(yè)這種高濃度腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境下，因為其耐腐蝕性能較差，就很容易遭受腐蝕的破壞。因此，耐腐蝕金屬材料的選擇原則為:（1）對腐蝕環(huán)境應(yīng)盡可能詳細了解，如介質(zhì)的成分、濃度以及操作溫度和壓力等;液體是靜止狀態(tài)還是流動狀態(tài);應(yīng)力狀態(tài)（包括殘余應(yīng)力）;不同材料的接觸狀態(tài);溫度變化，加熱冷卻的溫度周期變化，有無急冷急熱引起的熱沖擊和應(yīng)力變化;高溫、低溫、高壓、真空、沖擊載荷、交變應(yīng)力等需要特別注意的環(huán)境條件等;（2）必須考慮設(shè)備的類型、結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品的要求;（3）考慮設(shè)計預(yù)期使用年限的問題，即滿足整個生產(chǎn)裝置要求的壽命，盡量使整個設(shè)備或管道各部分材料均勻劣化，材料費／施工費／維修費綜合最佳的經(jīng)濟考慮，從而有效降低設(shè)備的腐蝕程度，延長設(shè)備使用周期。

3．2 結(jié)構(gòu)和工藝的防腐設(shè)計

如果構(gòu)件的幾何形狀設(shè)計不合理或者過于復(fù)雜的話，經(jīng)常會引起機械應(yīng)力、熱應(yīng)力、積液等缺陷，進而導(dǎo)致氧化腐蝕、縫隙腐蝕和應(yīng)力腐蝕等情況，因此應(yīng)該從防腐蝕的角度對結(jié)構(gòu)的設(shè)計和工藝設(shè)計的合理性進行綜合的考慮，通常情況下，要符合以下要求:

（1）機械構(gòu)件的形狀應(yīng)盡可能簡單，盡量選用同一種金屬材料避免死角。設(shè)備中局部液體殘留或固體物質(zhì)沉降堆積，不僅會在設(shè)備操作時局部濃縮或聚集，引起腐蝕，并且會在設(shè)備停車時引起腐蝕。設(shè)計時要盡量避免死角和排液不盡的死區(qū)等。

（2）盡量減少縫隙，許多金屬設(shè)備都容易存有縫隙，液體流通不暢的地方易形成縫隙腐蝕，如碳鋼、鋁、不銹鋼等設(shè)備都有這種現(xiàn)象?？p隙腐蝕產(chǎn)生后又往往引發(fā)孔蝕和應(yīng)力腐蝕，造成極大的破壞。防止殘余水分在機械設(shè)備上有滯留情況，在設(shè)計的時候要盡量避免具有向上的容器狀凹處，如果不能夠盡量避免，應(yīng)該要設(shè)置排水孔，而良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計是防止縫隙腐蝕最好的方法。

（3）焊接時應(yīng)盡量防止出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力和應(yīng)力集中，要盡量采取連續(xù)的焊接工藝，間斷的焊接就容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力;要盡量避免出現(xiàn)焊接缺陷，例如咬邊、焊瘤、未焊透等現(xiàn)象，這些都可能會導(dǎo)致其形成新的腐蝕點。例如咬邊就可能會導(dǎo)致出現(xiàn)應(yīng)力集中，其凹陷邊也可能會形成夾縫，而焊瘤不僅僅會造成應(yīng)力集中，還會致使焊瘤與母材之間形成一定的夾縫。以上這兩種焊接缺陷，都會造成較為嚴重的腐蝕現(xiàn)象。

（4）表面涂層的方法，在設(shè)備表面涂漆是最常見、直觀的一種防腐蝕方法，選擇合適優(yōu)秀的防銹漆，以使腐蝕介質(zhì)與構(gòu)件完全隔離，特別要注意焊縫的涂漆。涂層防護一般不改變設(shè)備的結(jié)構(gòu)和強度，僅在外部涂裝防護層，使設(shè)備與周圍介質(zhì)隔離而免遭腐蝕。目前使用的防腐漆料大多為鄰苯二甲酸樹脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚乙烯醇縮丁醛＋磷酸等油料涂漆。為了能達到良好的防腐目的，除了對漆膜的漆刷能力、防銹能力、機械性質(zhì)、漆膜的老化等有著嚴格要求外，還得對涂漆對象的材質(zhì)、形狀、表面狀態(tài)、施工環(huán)境及使用條件等有充分的了解。

3．3 強度設(shè)計上的防腐考慮

由于化工機械設(shè)備長時間工作于高濃度的腐蝕性物質(zhì)中，容易發(fā)生腐蝕，而造成機械零件強度的下降甚至是損壞，因此，對設(shè)備及附件的強度要予以特別考慮?；C械零件的強度除了要滿足機械正常運作所需要的強度之外，還要將腐蝕的情況考慮進去。這就是說，構(gòu)件除滿足機械強度和剛度要求外，還須留有腐蝕余量，這個余量一般為設(shè)備設(shè)計壽命內(nèi)腐蝕深度的2倍。

4 腐蝕的控制

化工機械設(shè)備的腐蝕控制有很多方法，主要分為改善金屬本質(zhì)和對金屬進行表面處理，改善腐蝕環(huán)境及進行電化學(xué)保護。下面主要介紹電化學(xué)保護法。電化學(xué)保護法，主要就是依據(jù)電化學(xué)的相關(guān)原理，進而在金屬設(shè)備上采取一定的措施，使之能夠成為腐蝕電池中的陰極，從而防止或者減輕金屬腐蝕的方法，它包括犧牲陽極保護法以及外加電流法。

（1）犧牲陽極保護法是采用電極電勢比被保護金屬更低的金屬或是合金作為電池的陽極，將其固定在被保護的金屬表面上，形成了腐蝕電池，而被保護金屬作為陰極，從而得到保護。例如在金屬鐵的器件、設(shè)備上聯(lián)結(jié)鋅。鋅作為陽極，鋅的溶解代替了原腐蝕系統(tǒng)中鐵的溶解，從而達到保護金屬鐵免遭腐蝕的目的。采取犧牲陽極保護法對化工機械設(shè)備進行保護是一種較為科學(xué)、合理且有效的方法。犧牲陽極一般常用的材料有鋁、鋅及其合金。目前，各國已廣泛應(yīng)用犧牲陽極保護法對化工裝置、油罐、地下管道、電廠鋼結(jié)構(gòu)、鍋爐等進行保護，收到很好效果。

（2）外加電流法是指利用外加電源來保護金屬。把需要保護的金屬接在負極上，成為陰極而免除腐蝕。正極接到一些廢鋼鐵上，廢鋼鐵作為犧牲陽極。外加電流使陰極電勢往負的方向移動，在其上進行還原反應(yīng)使被保護金屬免于腐蝕。和上面的方法所不同的是，這里由外電源提供電流?；S的一些酸性溶液貯槽或管道，以及地下水管、輸油管等，常用這種方法防腐。

5 結(jié)語

腐蝕的破壞是化工生產(chǎn)中的一個很重要的問題。機械設(shè)備的腐蝕不僅影響設(shè)備的正常運行和設(shè)備的使用壽命，而且也存在著巨大的安全隱患，造成極大的環(huán)境污染。因此要加強化工行業(yè)機械設(shè)備的防腐蝕能力，對提高機械設(shè)備的使用年限，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本等，都具有較大的意義。

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Corrosive Reason of Chemical Engineering Machinery and Anti-Corrosion Method

ZHANGJing-ying
（Guangxi Institute of Industry Technology，Nanning530001， China）

The corrosive reason of chemical machinery in using process was analyzed．Some anti-corrosion methods and measures were put forward．

chemical machinery;corrosive reason;anti-corrosive measure

TQ 050.9

B

1671-9905（2012）03-0048-03

張晶瑩（1958-），女，廣西南寧市人，講師，主要研究方向:機械制造及金屬材料，聯(lián)系電話:13132915141，通訊地址:廣西南寧市秀靈路37號廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機械工程系

2011-11-19