化工机械设备腐蚀的产生机理及防护措施
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作者: 赵丽华
[摘 要]就化工机械设备腐蚀的特性、分类和产生机理及化工机械设备腐蚀的防护措施等内容进行分析论述。
[关键词]化工机械设备；腐蚀；特性；产生机理；防护措施
中图分类号：TQ050.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）05-0040-01
前言
化工机械设备多处于高温、高压、交流电场、低温、粉尘、酸、碱、盐、腐蚀性气体等环境中，在与周围介质接触的过程中，不可避免地要发生一些物理的、化学的或电化学反应，因此受到腐蚀而损坏，出现跑、冒、滴、露现象，给化工生产造成严重安全隐患，甚至酿成严重事故，造成设备报废、人员伤亡和环境污染。然而，化工机械设备所处的环境，以及化工生产过程中的磨损等原因，腐蚀会不断发生。因此，必须采取一定的措施，控制和减小腐蚀的发生，维护设备的正常、稳定运行，这对化工生产行业来说，具有深远意义。
1 化工机械设备腐蚀的特性
化工机械设备腐蚀的发生具有自发性、非线性和持续性的特点[1]。1）自发性：化工机械设备处于特定的环境下，多种因素综合作用，腐蚀条件满足的情况下，腐蚀会自发地进行；2）非线性：腐蚀的发生随着外界环境的变化而变化，在干燥、无氧环境下，腐蚀进行地慢一些，在潮湿、导电、酸碱等环境下，腐蚀的发生要快一些；3）持续性：金属腐蚀无时无刻不在发生，是一个持续、累积的过程。有些物质腐蚀过程比较缓慢，几十年甚至几百年才能肉眼看到，有些物质腐蚀发生的非常快，数分钟就能看到明显变化。
2 金属腐蚀的分类及产生机理
按照金属腐蚀产生的机理和发生原因及表象进行分类，金属腐蚀可以分为化学腐蚀、电化学腐蚀和其他腐蚀三种类型。按照腐蚀的产生机理分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
2.1 化学腐蚀
化学腐蚀是金属表面与金属周围介质发生化学反应，生产一种新的物质――金属氧化物，从而使金属遭到破坏的过程。化学腐蚀主要发生在高温干燥的环境下，金属材料与腐蚀介质直接发生反应。
2.2 电化学腐蚀
电化学腐蚀的产生条件是金属材料与电解质溶液接触，通过电极发生氧化还原反应的过程，主要发生在潮湿的环境中。
电化学腐蚀的产生机理：在潮湿的环境中，不纯的金属与周围介质（电解质溶液）接触，发生原电池反应。任何电化学腐蚀都至少包含一个阳极反应和一个阴极反应[2]。金属中较活跃的金属发生氧化反应，充当原电池负极，金属中较不活跃的金属或非金属绝缘体杂质充当原电池正极。在阳极金属失去大量电子，放出电子流，同时金属阳离子从金属中转移到介质中，并与介质中的离子流结合。在阴极相对发生的是还原反应，阴极附近介质中的氧化剂成分中阳离子吸收来自阳极的电子发生还原的过程。由于电化学腐蚀的电流是在腐蚀电池内的阴极发生自损耗反应，伴随环境中原电池反应发生条件满足的情况下不断进行，这样无疑加快金属被腐蚀的速度。
在一些工业污染较为严重的地区，空气中含有大量的CO2、SO2、硫化物、氢氧化物和盐等挥发物，还包含一些工业粉尘[2]，这些物质都是一些腐蚀性介质。在潮湿条件下，酸性气体与水结合形成无机酸，这些无机酸是腐蚀介质的来源，对金属有极强的腐蚀作用。在工业大气环境下，金属腐蚀是电化学腐蚀和直接化学腐蚀的综合作用。从本质来看，化学腐蚀和电化学腐蚀的本质都是金属被氧化失去电子的过程，差别是发生的条件有不同，化学腐蚀在是高温干燥环境下，金属与周围介质直接发生化学反应，产生新物质的过程；而电化学腐蚀是在潮湿环境下发生的原电池反应。
2.3 其他腐蚀
按照腐蚀产生原因及表现分类，腐蚀分为高温氧化腐蚀、剥层腐蚀、点状腐蚀、缝隙腐蚀、疲劳腐蚀、振动磨损腐蚀、焊接应力腐蚀、电化学腐蚀、工业大气腐蚀、海洋大气腐蚀等。对于化工行业来说，机械设备的腐蚀以电化学腐蚀、焊接应力腐蚀、缝隙腐蚀和疲劳腐蚀为主，尤其是电化学腐蚀最多，是多种腐蚀综合作用导致的[2]。
3 化工机械设备防腐措施
3.1 抗腐蚀材料的选用
化工机械设备材料大多采用碳素钢，因碳素钢价格低廉，易于加工。在一般的环境下使用，碳素钢的抗腐蚀性能较强，危害不大。但在化工行业生产环境下，与高浓度的酸气、盐雾等腐蚀性介质接触，抗腐蚀性差的缺点暴露出来，很容易被腐蚀。虽然企业会定期对设备进行涂漆防腐维护，但设备生产中因碰撞、磨损等原因，不可避免会出现局部掉漆、划痕的情况，这时就会发生电化学腐蚀，并不断扩展，最终导致设备损坏。因此，化工企业通常选用耐腐蚀的普通低合金钢，如16MnCu、09MnCuPTi等作为设备材料，虽然价格贵一些，但总体效益能保证。据统计，低合金钢的寿命是碳素钢的2～3倍，性价比要高很多[3]。
3.2 结构和工艺防腐设计
化工设备的结构和工艺设计直接影响着本身的防腐性能。因此，在结构设计和工艺方面要注意如下几点：1）在结构设计上外形尽可能简单。2）尽可能地减少缝隙。为防止缝隙腐蚀，在构件连接处，应选择合理的连接方式。对于搭接连接，应使用焊接方式，且焊接时采用双面连续角焊；对于对接接头，应采用双面连续对接焊，从而避免腐蚀。焊接时，要避免焊瘤、咬边、喷溅及未焊透等缺陷。3）选择合适的结构，在外表涂层和衬里时，应选择优质的防腐材料。
3.2.1 外表涂层。1）涂漆[1]。在化工设备的外表图上一层抗氧化性涂料，从而隔离金属与外界介质的直接接触，增强设备抗腐蚀性能。如选用抗酸碱涂料、耐高温涂料、氟树脂涂料等，都可以在设备外表漆刷一层涂料保护膜，进而隔绝腐蚀性介质的侵蚀。2）金属覆盖层[2]。一种是选用耐腐蚀性好的金属材料作覆盖材料，要求覆盖层防腐性能优且厚，但对加工工艺要求非常严格苛刻；一种是选用电位低于设备本身的金属覆盖面，以其作为牺牲阳极，进而达到防腐效果。这种防腐因其加工效率低，防腐寿命短等缺点，在化工设备中不大使用。
3.2.2 衬里[2]。1）有机衬里。由于有机衬里作为化工设备防腐材料，性能好且经济实惠，因而得到广泛应用。常用的有机衬里有热塑性树脂，如聚氯乙烯树脂（PVC）、聚四氟乙烯，热固性树脂，如酚醛树脂、环氧树脂、聚酯、乙烯树脂等，还有不透性石墨。2）无机衬里。目前所有的无机衬里防腐材料，主要是化工陶瓷、化工搪瓷、玻璃、砖、砂等。选择时，要充分考虑每种材料的性能要求。
3.3 增设电化学保护装置
根据电化学腐蚀的原理，在金属设备上采取措施，通常在被保护设备上增设阴极保护装置，该装置主要是在设备上接入阴极电流，使被保护设备金属材料电位变负[1]，作为阴极，从而防止或减轻金属腐蚀的发生。这种保护方法一般用于形体简单的设备上。
3.4 在化工设备介质中添加缓蚀剂
为了防止设备腐蚀，采取改变介质环境的方法。在化工设备介质中增添缓蚀剂是一种常用的防腐措施。比如在循环水中添加腐蚀阻垢剂[1]，一方面减小换热设备的结垢程度，另一方面减小了管道和换热设备的腐蚀，延长了设备使用寿命。
结语
总之，化工机械设备在生产中，因物理的、化学的、电化学的方面原因，各种因素的综合作用下，不可避免要被腐蚀，进而影响化工生产的效率和效益。因此，必须采取有效的防腐措施，规避和减缓腐蚀的发生，从而保证化工生产的安全稳定运行。
参考文献
[1] 吴晓栋.浅析化工机械设备的腐蚀与防护[J].中国化工贸易，2014（1）.
[2] 白平南.化工机械设备的防腐措施[J].考试周刊，2012（21）.
[3] 宋欣，冯丽锋.提高化工机械设备防腐蚀能力探讨[J].石油与化工设备，2011，14（4）.
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