刍议化工机械设备的防腐设计与应对措施

摘 要：近年来，随着我国经济的飞速发展，推动了化工产业的发展速度。化工机械设备是化工生产中不可或缺的组成部分，它的工作性能、效率和使用寿命等，直接影响化工企业的经济效益。然而，由于化工机械设备所处的运行环境和设备自身的因素，使得其在正常使用过程中，经常会出现腐蚀现象。这不仅造成了设备各方面性能下降，而且还严重缩短了设备的使用年限。为此，加强化工机械设备的防腐设计就显得尤为重要。基于此点，该文首先对化工机械设备发生腐蚀的原因与机理进行分析，并在此基础上提出化工机械设备的防腐设计要点。

关键词：化工机械 防腐蚀 设计

中图分类号：TQ050.9 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（c）-00-02

1 化工机械设备发生腐蚀的原因分析

腐蚀实质上是一种由化学或化学作用导致物体被破坏的过程。化工机械设备的腐蚀则是指金属零部件在与空气、水及各种溶液接触的过程中发生化学反应，进而造成金属变形及尺寸变化而引起的破坏。腐蚀在化工生产中较为普遍，防腐蚀处理也是化工企业的一项重要工作。当化工机械设备遭受腐蚀以后，会导致设备外观、性能等诸多方面受到影响，严重时会使设备损坏，进而给企业造成一定的经济损失。引起化工机械设备腐蚀的原因主要有以下两大方面。

1.1 内在因素

（1）由于设备本身的金属材质不同，使之对于各种介质的抗腐蚀能力也不相同，金属材料的晶粒越粗，腐蚀发生的速度就越快，反之腐蚀的速度就越慢，例如，以不锈钢作为主要材料的设备要比铸铁为材料的设备抗腐蚀性能高。

（2）金属零部件的表面粗糙程度决定其抗腐蚀能力的强弱，即表面越粗糙越容易被腐蚀。

（3）机械设备自身的形状也与腐蚀有着密切关系，如设备上较为突出位置的金属遭受腐蚀的速度相对较快。同时设备上的一些死角和缝隙也很容易出现腐蚀。

1.2 外在因素

（1）在化工生产的过程中，机械设备无可避免地会接触到大量带有腐蚀性的介质，如酸、碱、盐等等，这是造成设备腐蚀的重要原因。此外，介质的含氧量、化学成分、pH值等也是导致设备腐蚀的一大

原因。

（2）当介质的温度不断升高时，其压力也会随之上升，这样便会加快腐蚀的速度，这主要是因为腐蚀本身属于一种化学反应。通常情况下，温度每升高10 ℃左右，会使腐蚀的速度加快1～3倍左右。同时温度升高还会导致扩散面积增大，这也会在一定程度上加快腐蚀速度。

（3）介质的流动速度越快，就越容易造成设备腐蚀，这是因为在介质流动的过程中，会对设备的防腐蚀保护层造成冲刷，当流动速度达到一定时，冲刷便会造成保护层被破坏，进而造成失去保护的金属被腐蚀。

（4）机械设备在应力的作用下会引起金属内部变形，这样一来该部位的电极电位便会下降，从而导致微电池腐蚀加剧，进而形成腐蚀破裂。

2 化工机械设备产生腐蚀的机理分析

化工机械设备产生腐蚀得机理主要包括以下两个方面。

2.1 电化学腐蚀机理

由于机械设备大部分都是金属外壳，而金属表层与离子导电介质非常容易发生电化学反应，这样一来便会引起电化学腐蚀，从而使设备遭受严重的破坏。所有根据电化学机理产生的腐蚀都至少包含一个阳极和一个阴极反应，并且还会通过金属本身的电子流以及介质当中的离子流互相联系。其中阳极反应属于氧化过程，简单来讲就是金属离子从金属当中转移至介质当中，在这一过程中，会释放出大量的电子流，这部分电子流会与介质中的离子流相互联系，并结合到一起，进而引起电化学反应；而阴极反应则主要是对于介质中的氧化剂成分而言的，其通过对阳极中的电子进行吸收进而形成的还原过程。在电化学腐蚀的整个过程中，因电流并不会对外做功，一般都是腐蚀电池的内阴极发生自耗反应，这样一来便会导致金属遭受腐蚀的速度

加快。

2.2 工业大气腐蚀机理

由于化工机械设备长期在工业污染较重的区域内运行，在这样区域中，空气中一般都含有大量的挥发物，如二氧化碳、硫酸、氢氧化物以及硫化物等等，并且还会含有大量的工业分层，而这些种种都是具有极强腐蚀性的介质。当它们在潮湿的条件下，酸性气体便会与H2O相结合，并生成无机酸，这些酸具有非常强的腐蚀性。举个简单的例子，铁质合金在这样的介质中会发生一系列化学反应，从而会导致其被严重腐蚀破坏。在工业大气的环境中，机械设备腐蚀大多都是由电化学和直接化学腐蚀综合作用所导致的。从这两种腐蚀的本质上讲，它们全部都属于金属原子失电子后转变为离子的氧化过程。而两者之间唯一的区别是环境背景有所不同。化学腐蚀是金属与介质发生的化学反应，此时的环境多为高温、干燥，而电化学腐蚀则基本都是发生在较为潮湿的环境当中。

3 化工机械设备的防腐设计要点分析

3.1 设备防腐蚀设计要点

由于化工机械设备全部都是由金属材料加工而成，金属本身又是一种非常容易被腐蚀的材质，为此，在采购设备时，必须对所选的设备进行综合考，选择最为合适的配套附件，并且应对设备附件进行防腐蚀设计，这是非常重要的环节之一，应予以高度重视。化工机械设备的防腐蚀设计要点如下。

（1）优选材料。现阶段，用于制造机械设备的主要材料是碳素钢，其价格相对较为低廉，并且采购也比较方便，最为重要的是这种钢材容易进行加工。通常情况下，碳素钢在普通的环境中基本不会被严重腐蚀，对设备的正常运行也不会造成太大的影响和危害。然而，若是在化工生产中使用，这种环境便有可能对碳素钢造成腐蚀。如最为常用的Q235钢，在高浓度的腐蚀介质中，被腐蚀的速度非常之快，即便采取相应的防腐蚀措施，也会因为防腐漆、膜划伤或脱落，引起腐蚀面积扩大，从而使机械设备的使用寿命大幅度降低。为此，在选择设备时，尽可能不要选用以Q235钢为主要材料的设备，而是要选用一些抗腐蚀性能较强的低合金钢，并以此作为设备的基材。虽然低合金钢本身的价格相对比较昂贵，但是它的抗腐蚀性能极佳，从长远的角度上考虑，选用这种材质所能获得的总体经济效益要比碳素钢高很多。

（2）结构与工艺的防腐设计。当机械设备的形状设计过于复杂时，便很可能引起一些缺陷，如积尘、积液以及设备应力过大等等，这样便容易造成机械设备的局部位置出现腐蚀现象，为了尽可能避免这种情况的发生，应当在进行设备结构设计时，综合考虑抗腐蚀性，并满足以下要求：①设备构件的形状越简单越好，所有构件应尽可能采用相同的金属材料，并减少构件当中的缝隙；②必须选择优质的防锈漆，以确保腐蚀介质能够与设备构件完全隔离。需要特别注意的是在对设备焊缝进行涂漆时，结构的合理性将会直接影响涂漆质量，也就是说只有最为合理的结构形式，才能保证涂漆达到理想中的防腐效果；③应当避免一些残余的水分滞留在机械设备上的情况发生，即设计过程中要尽可能避免向上的容器状凹处，若是必须采取这样的设计，应设置排水孔；④应防止对机械设备焊接时出现应力集中的情况，焊接工艺要合理，尽可能做到连续不间断地焊接。同时还要避免焊接质量缺陷的发生，如焊瘤、咬边等等，一旦形成这样的焊接质量缺陷便有可能导致该位置成为新的腐蚀点，进而引起严重的腐蚀现象；⑤为避免缝隙腐蚀的情况发生，应当对构件连接处的缝隙进行合理处理，如在对接和搭接时，应采用双面连续对接焊，并确保焊接质量，这样有利于防止缝隙腐蚀的现象发生。

3.2 化工机械设备防腐蚀措施

目前，较为常用的化工机械设备防腐蚀措施主要有以下几种。

（1）环境处理法。该方法具体是指在不影响设备工艺的前提下，通过改变环境来达到降低腐蚀性的目的。①去除环境当中的腐蚀性物质。比较常见的有去除水分，如在输送CO2、氯化物等介质时，前置脱水装置；脱氧法，即将溶解在水分当中的氧进行脱除。②在环境中添加防腐蚀成分。如添加防腐剂、钝化剂、中和剂等等。

（2）表面涂层处理法。①涂漆。这种防腐蚀处理方法最为常用的是在机械设备表面进行涂漆，所采用的大部分都是油料涂漆，如酚醛树脂、环氧树脂等等。②金属覆盖层。该方法大致可分为两种，一种是使用耐腐蚀性能较好的金属覆盖在设备表面上，虽然该方法能够起到良好的防腐效果，但对加工工艺的要求却比较苛刻，故此在应用时应当加以注意；另一种方法是用比母材电位低的金属材料进行覆盖，即将该材料作为牺牲阳极，以达到防腐效果。③有机衬里。常用的衬里材料有PVC、环氧树脂、不透性石墨等等。④无机衬里。常用的有化工陶瓷、玻璃、砂浆和化工搪瓷等等。

（3）电防腐蚀。这种防腐蚀方法就是对设备金属表面的局部腐蚀电池从外部直接通上防腐蚀电流，借此来消除局部电池内的腐蚀电流，简单来讲就是利用防腐电流使设备的金属电位降至最为稳定的区域。该方法具体可分为牺牲阳极法和外接电源法。可按照设备的实际情况进行选择。

4 结语

总而言之，为了进一步提高化工机械设备的抗腐蚀能力，除了在具体设计时掌握设计要点之外，还必须了解设备的防腐蚀措施，这样便可以在设备遭受腐蚀后，做出及时、有效地处理，以降低腐蚀给设备造成的损坏。只有通过防腐蚀设计和防腐措施双管齐下，才能确保化工机械设备达到最佳的防腐性能，进而延长设备的使用年限，这对于化工企业而言具有十分重要的现实意义。

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