化工機械設(shè)備腐蝕和防腐措施研究

王彩琴

（陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，咸陽 712000）

引言

金屬腐蝕作為一種常見的自然現(xiàn)象，廣泛存在于地球上。金屬腐蝕主要是指金屬與外界環(huán)境之間出現(xiàn)物理反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)，造成金屬性能出現(xiàn)不良改變，從而嚴(yán)重破壞金屬功能、環(huán)境工藝系統(tǒng)，進(jìn)而導(dǎo)致機械設(shè)備的使用壽命嚴(yán)重縮短，引發(fā)不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，國外主要發(fā)達(dá)國家平均每年因出現(xiàn)機械設(shè)備腐蝕而造成經(jīng)濟(jì)損失較高，大約占其他國民生產(chǎn)總值的5 %左右，我國因機械設(shè)備腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失大約占國民生產(chǎn)總值的4 %左右。而化工企業(yè)作為一種高污染行業(yè)，其金屬腐蝕現(xiàn)象相對比較突出。所以，為了延長化工機械設(shè)備使用壽命，提高化工企業(yè)的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，加強對化工機械設(shè)備防腐工作開展顯得尤為重要。

1 化工機械設(shè)備腐蝕的原因和種類

1.1 腐蝕原因

對于化工企業(yè)而言，其環(huán)境介質(zhì)主要包含SO2、H2S、硫化物等有污染物，一旦企業(yè)環(huán)境溫度、濕度較高問題，金屬會與SO2、H2S、硫化物等有污染物發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，會導(dǎo)致金屬出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象，致使機械設(shè)備的使用性能不斷降低。

1.2 腐蝕種類

化工機械設(shè)備腐蝕種類劃分標(biāo)準(zhǔn)不同，所對應(yīng)的劃分結(jié)果也存在一定的差異。如果按照腐蝕生產(chǎn)的機理進(jìn)行劃分，可以將化工機械設(shè)備腐蝕劃分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕；如果按照設(shè)備腐蝕產(chǎn)生的原因和表象進(jìn)行劃分，可以將其劃分為高溫氧化腐蝕、點狀腐蝕、縫隙腐蝕、海洋大氣腐蝕等組成部分?；C械設(shè)備腐蝕種類如圖1 所示。

圖1 化工機械設(shè)備腐蝕種類

現(xiàn)以“化學(xué)腐蝕”、“電化學(xué)腐蝕”為例，對其腐蝕性問題進(jìn)行介紹。化學(xué)腐蝕主要是指化工機械設(shè)備與環(huán)境中腐蝕性物質(zhì)接觸后，會產(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng)，造成設(shè)備表面金屬出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象。電化學(xué)腐蝕主要是指機械設(shè)備遇到潮濕環(huán)境后，出現(xiàn)一系列氧化還原反應(yīng)，這是由于潮濕環(huán)境含有大量的電解質(zhì)，在這些電解質(zhì)的作用下，會出現(xiàn)電極反應(yīng)，增加設(shè)備表面金屬腐蝕速度，從而嚴(yán)重縮短了化工機械設(shè)備使用壽命，不利于化工生產(chǎn)的穩(wěn)定進(jìn)行。

2 化工機械設(shè)備防腐措施

2.1 化工機械設(shè)備防腐設(shè)計

對于金屬材料而言，其常見的破壞形式是腐蝕破壞，所以，在采購和選用高質(zhì)量化工機械設(shè)備的基礎(chǔ)上，要做好對設(shè)備安裝使用各個環(huán)節(jié)的控制[2]，并結(jié)合該設(shè)備使用需求，有針對性地設(shè)計相關(guān)配套附件，同時，還要做好對金屬材料的科學(xué)選擇以及結(jié)構(gòu)工藝的科學(xué)設(shè)計。

2.1.1 材料選擇

在普通工作環(huán)境下，使用普通碳素鋼材料所造成的腐蝕并不會對整個設(shè)備性能產(chǎn)生明顯不良影響[3]，但是，這種低抗腐蝕性能的材料如果應(yīng)用于化工機械設(shè)備中，一旦遇到汞濃度腐蝕性環(huán)境，會出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象。例如：常用的Q235 鋼材一旦遇到酸汽、鹽霧等環(huán)境，其腐蝕速度不斷提升，提升至（0.6~1.0）mm/a，盡管各個化工企業(yè)在使用機械設(shè)備期間，要采用防腐涂漆的方式，對該設(shè)備及構(gòu)件進(jìn)行涂漆處理，但是，一旦設(shè)備表面漆膜出現(xiàn)脫落、劃傷等問題，會在短時間內(nèi)出現(xiàn)大面積電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，嚴(yán)重縮短了設(shè)備使用壽命[4]，所以，化工企業(yè)在生產(chǎn)機械設(shè)備期間，要禁止使用普通碳素鋼材料，要優(yōu)先選用16 MuCu、09 MuCuPTi 等低合金鋼材料，盡管低合金鋼材料價格較高，但是所獲得的經(jīng)濟(jì)效益會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通碳鋼材料。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計資料，發(fā)現(xiàn)低合金鋼材料可以獲得較高的使用壽命，其使用壽命大約是普通碳設(shè)備的4 倍左右，總之，低合金鋼材料所獲得的性價比相對較高。合金鋼材料劃分如表1 所示。

2.2.2 防腐結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計

對于化工機械設(shè)備而言，當(dāng)其構(gòu)件幾何形狀設(shè)計不科學(xué)時，會導(dǎo)致金屬表面出現(xiàn)破損問題，這無疑增加了構(gòu)件局部氧化腐蝕風(fēng)險[5]，所以，從防腐蝕層面分析，嚴(yán)格按照如圖2所示的化工機械設(shè)備防腐工藝設(shè)計流程，強化構(gòu)件結(jié)構(gòu)和工藝的科學(xué)化設(shè)計。

圖2 化工機械設(shè)備防腐工藝設(shè)計流程

首先，要確保所設(shè)計的構(gòu)件形狀具有一定的簡單性，避免過于復(fù)雜。同時，在選用金屬材料時，要確保金屬材料同一性，例如：機座與主機所選用的金屬材料必須是同一種材料，這是由于不同種材料的同時使用會增加電偶腐蝕風(fēng)險[6]。此外，還要做好對構(gòu)件表面的有效保護(hù)，避免構(gòu)件表面出現(xiàn)劃傷、損壞等問題。其次，要確定出合適的構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式，并選用優(yōu)質(zhì)防銹漆，確保腐蝕介質(zhì)與構(gòu)件兩者處于相互分開、隔離的狀態(tài)，同時，還要提高焊縫涂漆質(zhì)量。另外，還要采用背靠背方式，將2塊型材進(jìn)行有效連接，從而保證涂漆結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。為了避免化工機械設(shè)備上滯留大量的水分，在設(shè)計設(shè)備結(jié)構(gòu)期間，要做好對排水孔的設(shè)計。最后，要提高化工機械設(shè)備焊接質(zhì)量[7]，在進(jìn)行設(shè)備焊接期間，要采用連續(xù)焊接方式，避免出現(xiàn)應(yīng)力過于集中現(xiàn)象。同時，要盡可能防止出現(xiàn)焊接缺陷問題，一旦出現(xiàn)焊接缺陷，會形成大量的新腐蝕點，此時，需要將夾縫設(shè)置在焊瘤與母材之間，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)應(yīng)力集中的原因是咬邊，咬邊的凹陷邊出現(xiàn)相應(yīng)的夾縫現(xiàn)象。以上兩種缺陷的形成，會增加以下兩種缺陷現(xiàn)象的出現(xiàn)，分別是應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象、縫隙腐蝕現(xiàn)象。當(dāng)焊接電流不斷降低時，會形成焊瘤現(xiàn)象，導(dǎo)致咬邊現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是焊接電流過大，所以，選用合適的構(gòu)件焊接工藝顯得尤為重要。為了降低縫隙腐蝕現(xiàn)象出現(xiàn)的概率，要科學(xué)設(shè)計構(gòu)件連接處夾縫。目前，比較常見的構(gòu)件連接形式主要包含以下兩種，分別是搭接形式和對接形式。在運用搭接形式時，無需使用焊接連結(jié)方式[8]，對搭接接頭進(jìn)行處理。另外，還要采用雙面連續(xù)填角焊接方式，對搭接面進(jìn)封閉處理，防止出現(xiàn)縫隙腐蝕問題。

2.2.3 結(jié)構(gòu)強度防腐處理

化工機械設(shè)備在實際運用期間，一旦遇到高腐蝕性環(huán)境，需要在綜合考慮設(shè)備及附件強度和剛度的基礎(chǔ)上，要預(yù)留足夠的腐蝕余量，并對腐蝕余量進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，經(jīng)過設(shè)置后，腐蝕余量通常為腐蝕深度的2 倍。

2.2 化工機械設(shè)備防腐方法運用

2.2.1 電化學(xué)保護(hù)法

電化學(xué)腐蝕主要是指金屬表面經(jīng)過一段時間后會形成原電池，而原電池主要是由中心碳棒、外圍鋅皮、電解質(zhì)溶液等部分組成。對于陽極鋅皮而言，一旦出現(xiàn)氧化反應(yīng)，會引發(fā)鋅離子化現(xiàn)象，對于陰極碳棒而言，一旦出現(xiàn)還原反應(yīng)，會引發(fā)消耗電子現(xiàn)象。此時，原電池的陽極鋅皮出現(xiàn)離子化現(xiàn)象，并形成大量的電子，鋅離子化反應(yīng)結(jié)果會出現(xiàn)陽極犧牲現(xiàn)象。

設(shè)備一旦出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，需要采用電化學(xué)保護(hù)法，對設(shè)備進(jìn)行防腐處理。在進(jìn)行電化學(xué)腐蝕期間，需要嚴(yán)格按照所設(shè)置好的元素電動序進(jìn)行，不同金屬經(jīng)過組合后，可以形成原電池，當(dāng)金屬電極電位較高時，該金屬視為“陰極”，陰極金屬會得到保護(hù)。例如：鍍鋅鋼作為一種典型例子，對鋼陰極起到很好的保護(hù)作用，這種方法又被稱為“犧牲陽極保護(hù)法”

犧牲陽極主要包含鎂陽極、鋅陽極、鋁陰極。本文以“鋅陽極”為例，鋅與鐵負(fù)離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，會形成相應(yīng)的微電池，鋅、鐵分別屬于陽極、陰極，在這種介質(zhì)環(huán)境中，鋅會受到嚴(yán)重腐蝕，鐵獲得良好的保護(hù)效果。

在安裝犧牲陽極期間，要將犧牲陽極直接焊接在化工機械設(shè)備構(gòu)件上，并使用螺栓，對其進(jìn)行安裝和固定。使用螺栓進(jìn)行固定期間，要使用橡膠墊、尼龍墊，對陽極與金屬進(jìn)行隔離，從而保證金屬本體的絕緣性。如果設(shè)備構(gòu)件表面焊接由相應(yīng)的陽極，要將陽極本身與金屬本體相隔離，避免因兩者直接接觸而影響設(shè)備防腐效果。另外，要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，科學(xué)地設(shè)置犧牲陽極面積與被保護(hù)設(shè)備表面積之間的比例，該比例大約是被保護(hù)金屬面積的（2~6）%左右。

2.2.2 防腐蝕涂料運用

部分防腐涂料表現(xiàn)出較低的性能，如果將其應(yīng)用到化工機械設(shè)備中，難以獲得良好的防腐蝕效果，為確?；C械設(shè)備表現(xiàn)出較高的防腐蝕性能，要優(yōu)先選用高腐蝕性的涂料，同時，還要結(jié)合金屬材料類型，選用合適的防腐蝕涂料。以換熱器為例，在科學(xué)設(shè)計防腐蝕結(jié)構(gòu)和工藝的基礎(chǔ)上，選用高溫涂料和防溶劑涂料兩種涂料，在金屬表面涂抹一層薄薄的保護(hù)膜。當(dāng)保護(hù)膜涂抹結(jié)束后，要對化工機械設(shè)備進(jìn)行防腐蝕處理，然后，在綜合考慮金屬材料、工作環(huán)境等因素的基礎(chǔ)上，選用最佳防腐蝕涂料，只有這樣，才能最大限度提高化工機械設(shè)備的防腐蝕性能。 防腐蝕涂料參數(shù)指標(biāo)如表2 所示。

表2 防腐蝕涂料參數(shù)指標(biāo)

3 結(jié)束語

綜上所述，對于化工機械設(shè)備而言，其防腐工作開展是否有效對化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和作業(yè)人員的人身健康產(chǎn)生顯著影響。通過運用本文所提出的化工機械設(shè)備防腐措施，不僅可以降低化工機械設(shè)備腐蝕概率，延長化工機械設(shè)備使用壽命，提高化工生產(chǎn)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，還能確保化工生產(chǎn)能夠正常、穩(wěn)定、安全地運行，為保障作業(yè)人員的人身安全和財產(chǎn)安全打下堅實的基礎(chǔ)。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，將會出現(xiàn)更多高防腐性能的材料和工藝，這些材料和工藝被廣泛地應(yīng)用于化工機械設(shè)備生產(chǎn)中，為提高設(shè)備防腐性能，保證化工生產(chǎn)的穩(wěn)定性創(chuàng)造了良好的條件。