趙 真
(哈爾濱工程大學,黑龍江哈爾濱 150001)
化工生產中,機械設備所處環(huán)境往往比較復雜和惡劣,容易使機械設備產生腐蝕,輕則影響設備的外觀,嚴重時將引起安全事故,所以機械設備腐蝕不容小覷,有必要深入探究有效的防腐對策。
腐蝕是指機械設備材料在環(huán)境等因素作用下產生的變質與破壞現(xiàn)象。對于化工機械設備,腐蝕現(xiàn)象按照機械設備的材質可以分成兩種類型,即金屬腐蝕與非金屬腐蝕。
其中,金屬腐蝕是指由化學或電化學造成的破壞,此外還包括生物作用與物理作用。這種腐蝕的形態(tài)大致可分成均勻與局部兩類。不同形態(tài)往往相互關聯(lián),在實際的腐蝕當中可能包含多種形態(tài)。調查可知,局部腐蝕占比可達70%以上,同時某些局部腐蝕具有突發(fā)性,造成的后果具有災難性,能引起很多安全事故。對此,不論是在選料還是在操作過程中,都要密切注意局部腐蝕,一旦發(fā)現(xiàn),必須立即采取措施處理[1]。
對于非金屬腐蝕,由于絕大部分非金屬都不導電,所以這種腐蝕通常是指純化學作用下或物理作用下產生的失效破壞。在非金屬材料的表面和介質發(fā)生接觸以后,氣體與溶液都會立即擴散到非金屬材料中,進而使材料自身各項性能發(fā)生明顯的變化,比如強度降低和發(fā)生軟化與硬化。
不同類型的材料處在不同的環(huán)境條件下所產生的腐蝕不同,包括腐蝕的形態(tài)和速度。在化工生產這種特定環(huán)境中,首先應選擇腐蝕速度相對較慢的材料,其次是通過涂覆涂料或改善設計來起到預防與延緩腐蝕的作用。
要想保證選材的正確性,一方面要有完善且正確的數(shù)據(jù),另一方面要具備腐蝕與防腐方面的知識。對材料而言,其耐腐蝕性是一項重要性能,和環(huán)境有著密切的關系,可借助均勻腐蝕率進行評價,目前分成以下四個等級:第一級為腐蝕率小于0.05mm/a,優(yōu)良;第二級為腐蝕率在0.05~0.50mm/a,良好;第三級為腐蝕率在0.5~1.5mm/a,雖然也可以使用,但腐蝕情況會比較嚴重;第四級為腐蝕率大于1.5mm/a,不可使用,因為腐蝕情況會十分嚴重。不同材料的腐蝕率可以在說明和手冊當中查詢到。然而,對化工生產這種復雜且惡劣的環(huán)境而言,需通過實驗來確定材料的腐蝕率,具體的操作方法為:取一定面積材料放到與生產環(huán)境相接近的環(huán)境當中,持續(xù)數(shù)日以后將其取出,清洗干凈后稱取質量,通過計算確定單位時間該材料單位面積質量損失率,最后根據(jù)材料的密度采用專門的公式計算腐蝕率。需要注意的是,以上指標是針對金屬材料而言的,非金屬材料的耐腐蝕性能需將外形的破壞程度、強度丟失與重量增加等作為依據(jù)來判斷[2]。
對設計與制造人員而言,應充分了解設備腐蝕方面的知識,并參考以往的案例,避免由于設計原因導致腐蝕加劇。
(1)盡可能消除死角與縫隙。死角與縫隙都是液體無法流動的部位,雖然外部溶液當中金屬腐蝕的腐蝕率相對較低,但這兩個部位因腐蝕產物不斷積聚或液體停滯等原因會使電位及pH 出現(xiàn)明顯的變化,進而造成腐蝕,并且由以上原因造成的腐蝕還很難發(fā)現(xiàn),且發(fā)展速度很快,極易產生破裂及穿孔。對此,在設計過程中應盡可能消除死角與縫隙[3]。
(2)消除或減小應力。部分設備不僅要承受外壓力,還會在加工制造時產生一定應力,此時受特殊環(huán)境條件的作用,可能產生應力腐蝕現(xiàn)象,這種現(xiàn)象在采用不銹鋼設備及部件時十分常見,不僅破壞的過程特別突然,而且危害極大。對此,通過合理的設計能杜絕或減輕這種腐蝕帶來的危害,比如通過設計使應力的實際分布達到均勻,避免應力在局部聚集。在條件允許時還可通過退火來達到去應力的目的,消除對鍛件、鑄件和焊接件進行制造時產生的應力,但要注意退火時高溫會使設備發(fā)生變形,并且該方法對大型設備而言比較麻煩,費用也很高[4]。
覆蓋層可分成非金屬與金屬兩種。涂層是目前廣泛應用的防腐蝕方法,由溶劑、樹脂材料與橡膠漿液等原料制成防腐層,直接覆蓋在設備金屬表面。雖然該方法簡單有效,但只能用在腐蝕強度不是很大的條件下。另外,非金屬襯里近幾年也得到了快速的發(fā)展和廣泛應用,尤其是在化工生產領域,考慮到絕大多數(shù)非金屬材料都具有良好的耐腐蝕性,如瓷磚、橡膠與塑料等,所以可將金屬和腐蝕環(huán)境分隔開,使襯里設備在具備金屬剛性的同時具有非金屬材料的耐腐蝕性能[5]。
電化學保護指的是通過外加電流改變金屬的腐蝕電位,從而減慢金屬的腐蝕速率。該方法可分成陰極與陽極保護兩種,目前已經(jīng)在化工生產領域得到十分廣泛的應用,不僅效果顯著,而且經(jīng)濟實用。
陰極保護是指在待保護金屬的表面持續(xù)通入陰極電流,將金屬的電位改變?yōu)樨?,同時減慢溶解的速度。該方法不適合結構形狀比較復雜的對象,因為當結構比較復雜時,會在與陽極相距較近的位置產生很大電流密度,而與陽極相距較遠的位置電流密度卻很小,無法提供足夠的保護功能。該方法主要用于處在水中與土中的結構,同時介質的腐蝕性不可過強,否則將無法起到理想的保護作用。該方法不僅能防止均勻腐蝕,還能預防選擇性腐蝕、點蝕與沖擊腐蝕。
陽極保護指的是對保護對象和外加電流的正極進行連接,然后放到電解質溶液中促使保護對象的陽極發(fā)生極化,創(chuàng)建并長時間維持在鈍態(tài),并抑制陽極溶解,減慢腐蝕的速度,實現(xiàn)保護的目的。如果被保護對象無鈍化特征,則不可采用這一方法。
如果介質具有較強的氧化性,則以陽極保護為宜;如果以上兩種保護方法都可以使用,則應優(yōu)先使用陰極保護;若不可忽略氫脆,則應使用陽極保護的方法。
化工設備防腐除了要從材料和防腐手段兩個方面入手,還要注意設備的操作,保證操作的規(guī)范性也能起到一定防腐作用。對此,要通過培訓來提高操作人員的專業(yè)能力與安全意識,使他們能夠嚴格按照相關規(guī)范進行操作。同時要加強設備的日常檢查與維修,尤其是耐腐蝕能力較差的設備,應定期養(yǎng)護,必要時可建立檔案記錄設備實際情況,以保證日常維護與檢修工作的針對性。發(fā)現(xiàn)設備發(fā)生腐蝕后,應立即采取措施處理,以免腐蝕進一步發(fā)展造成更嚴重的破壞。
綜上所述,化工機械設備防腐并不是一項單純的技術內容,而是與生產效率、安全、資源、節(jié)能、環(huán)保等都有一定關聯(lián)的綜合內容。因此,在實際工作中應加強對腐蝕知識的教育和普及,并積極推廣各類防腐技術,這對促進企業(yè)經(jīng)濟發(fā)展與保證經(jīng)濟效益都有十分重要的意義。