化工机械设备的防腐措施

摘 要： 在化工企业中，机械设备是不可缺少的组成部分，机械设备稳定运行才能保证化工生产的连续性。如何加强化工机械的防腐能力，延长化工机械的使用寿命？作者结合多年实践经验，在介绍机械设备的腐蚀条件及腐蚀机理的基础上，提出了一些防腐的措施。

关键词： 化工机械设备 腐蚀 化学机理 防腐措施

腐蚀是由于化学或化学作用物体遭到消耗或破坏。从广义的角度来说，腐蚀是指材料与环境间发生的化学或电化学作用而导致材料功能受到损伤的现象；从狭义的角度来说，腐蚀是指金属与环境间的物理―化学相互作用，使金属性能发生变化，导致金属、环境及其构成系统功能受到损伤的现象。化工机械腐蚀是自发的普遍存在的现象，机械设备被腐蚀后，在外形、色泽和机械性能方面都将发生变化，造成设备破坏，以及资源和能源的严重浪费，使企业受到巨大的损失。因此，研究腐蚀机理，采取防护措施，提高防腐能力，对经济建设有着十分重大的意义。

一、腐蚀的条件和种类

（一）腐蚀的条件

金属本身的组成和结构是锈蚀的根据，外界条件（如：温度、湿度、与金属接触的物质）是促使金属锈蚀的客观因素。在一些工业企业尤其化工企业的环境介质中，含有大量的SO、CO、HS、氢氧化物、盐雾、硫化物、卤化物等有害物质，有些环境还伴有高温和潮湿等，在这些因素的综合影响下，金属便与这些有害物质发生物理、化学反应，形成腐蚀。

（二）腐蚀的种类

1.按腐蚀产生的机理分类。（1）化学腐蚀。金属表面与其周围的介质发生化学反应，生成一种新的物质（氧化物），从而使金属受到破坏的现象。这类腐蚀主要以高温干燥环境下的金属与腐蚀介质直接发生反应的形式发生。（2）电化学腐蚀。金属材料与电解质溶液接触，通过电极反应产生的腐蚀。电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应，这类腐蚀主要发生在潮湿环境下。

2.按腐蚀产生的原因及表象分类。按腐蚀产业的原因及表象可分为：高温氧化腐蚀、剥层腐蚀、点状腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、疲劳腐蚀、电化学腐蚀、焊接应力腐蚀、振动磨损腐蚀、工业大气腐蚀、海洋大气腐蚀等。对化工行业来说，机械设备的腐蚀以电化学腐蚀、焊接应力腐蚀、缝隙腐蚀及疲劳腐蚀为主，特别是电化学腐蚀最为严重，多种腐蚀的结果最终均导致电化学腐蚀。［１］

二、腐蚀产生的化学机理

（一）电化学腐蚀机理

金属发生的电化学腐蚀，主要是因为金属的表面层与离子导电介质发生电化学作用，从而遭到了破坏。任何按照电化学机理所产生的腐蚀，都会包含至少一个阳极反应和一个阴极反应，同时还会通过金属内部的电子流，以及在介质中的离子流进行联系。阳极所发生的是氧化过程，主要就是金属离子从金属中转移出来，转移至介质中，同时放出电子流，然后与介质中所存在的离子流进行联系，结合到一起。而阴极反应则相对的是介质中的氧化剂组成成分，通过吸收来自阳极的电子进行还原的过程。电化学腐蚀因为电流不会对外进行做工，都会在腐蚀电池的内阴极发生自耗反应，这样的反应无疑会加快金属被腐蚀的速度。

（二）工业大气的腐蚀机理

在工业污染较为严重的地区中，空气中包含大量的CO、SO、硫化物、氢氧化物及盐等挥发物，还包括一些工业粉尘，这些都是一些腐蚀性的介质。在潮湿的条件情况下，酸性气体会与水结合生成无机酸，而这些酸具有极强的腐蚀作用。在工业大气的环境下，机械腐蚀是由电化学腐蚀和直接化学腐蚀综合作用的。从电化学腐蚀及化学腐蚀的本质来看，都是因为金属原子在失去电子以后变成离子的一个氧化过程。其主要的区别就是发生的环境背景不同而已，化学腐蚀是金属与周围介质在高温、干燥的环境中所发生的化学反应，而电化学腐蚀则是在潮湿的环境下发生的氧化过程。［2］

三、化工机械设备的防腐措施

（一）材料的选用

化工机械的主要构成部分是以碳素钢为原材料的，因为其价格便宜，来源广泛且加工十分方便。这些钢材在一般的环境中使用并不会产生很严重的腐蚀。但是化工企业的环境比较恶劣，存在大量腐蚀性的物质，这种钢材的缺点就会暴露无遗：抗腐蚀性很差，很容易因为腐蚀而发生故障。为了对抗腐蚀作用，化工企业往往涂防锈漆，但是一旦防锈漆脱落，就会产生腐蚀，并且很多腐蚀是在防锈漆背面进行的，危害性更大。所以，化工企业尽量不要选择使用这种材料制作的机械设备，应该考虑使用抗腐蚀性比较强的低合金钢作为设备的材料，从而有效降低设备的腐蚀程度，延长设备使用周期。［3］

（二）优化设备结构防腐

如果构件的几何形状设计不合理或者过于复杂的话，经常会引起机械应力、热应力、积液、积尘和金属表面漆膜漏涂破损等缺陷，从而导致局部的氧化腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀等，因此必须从防腐的角度考虑结构的设计和工艺设计的合理性。

1.构件的形状应尽可能的简单，尽量选用同一种金属材料。如机座与主机应为同种材料，因不同材料间易产生电偶腐蚀。

2.尽量减少缝隙，防止表面损坏或有伤痕，防止残余水分滞留设备。

3.焊接时应尽量防止出现内应力和应力集中，避免焊接缺陷。

4.选择合适优秀的防锈漆，以使腐蚀介质与构件的完全隔离，特别要注意焊缝的涂漆。

5.对构件连接处的夹缝也应合理设计，进一步防止缝隙腐蚀。

（三）环境处理的方法

1.除去环境中腐蚀性物质的方法。（1）除去水分。为防止室内大气的腐蚀，有效的方法是除湿，使金属表面经常保持在露点以上，将水分控制在一定指标以下。比如在输送二氧化碳、硫化氢、氯化物等介质时，前置脱水装置。（2）脱除溶解在水中的氧。为防止中性水所引起的碳钢腐蚀，最有效的办法是采用机械脱气法或添加脱氧剂（如联氨、亚硫酸钠等）。（3）脱除其他有害成分。在某些工艺炼制过程中，为避免产生腐蚀性的酸性气体，可前置脱盐装置等。

2.在环境中添加具有防腐蚀作用的成分方法。（1）添加防腐蚀剂。在腐蚀环境中少量添加缓蚀剂，在金属表面形成保护膜，能显著抑制金属腐蚀的速度，取得一定的防腐蚀效果。如加入铬酸盐、钼酸盐、亚硝酸盐可在金属表面形成氧化膜，加入聚合磷酸盐、磷酸盐、锌盐、硫基苯并噻唑、苯并三唑可使金属表面形成沉淀保护膜，加入胺类表面活性剂可使金属表面形成吸附保护膜，等等。但是在使用这类缓蚀剂时，添加的浓度要求十分严格。（2）添加钝化剂。如不锈钢、钛合金等，对于盐酸、硫酸之类的非氧化性酸，耐腐蚀性差，添加氧和铬酸、硝酸、Fe、Cu等少量氧化剂，可明显减少腐蚀。（3）添加中和剂。通过添加中和剂的方法调整pH值、氢氧化钠、碳酸钠、氨等可有效地避免酸性腐蚀，但使用方法要妥当，以避免产生碱性脆化及其他材料劣化。

（四）表面涂层的方法

1.涂漆。在机械表面涂漆是最常见、直观的一种防腐蚀方法，目前使用的防腐漆料大多为油料涂漆，如邻苯二甲酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇缩丁醛+磷酸等。为了达到良好的防腐目的，除了对漆膜的漆刷能力、防锈能力、机械性质、漆膜的老化等有严格要求外，还得对涂漆对象的材质、形状、表面状态、施工环境及使用条件等有充分的了解。

2.金属覆盖层。（1）用耐腐蚀性好的金属覆盖结构材料。在覆盖这层材料时一般采用塞焊及点焊衬里、带状衬里焊接（将覆盖金属切长方形焊接在母材上）、金属复合法（铸造、压延、爆炸复合、堆焊）。此种方法因其覆盖层防腐性能好且厚，故其有较长的寿命，但对厚度、间距、焊接性能、加工工艺等要求十分严格苛刻，以免由于覆盖层与母材之间的性能差异产生不良现象。（2）用电位比母材低的金属覆盖表面，以其作为牺牲阳极，达到防腐效果。这种方法一般包括均匀镀铅法、喷镀法、热浸镀等。因其加工效率低、覆盖层薄、在使用上的局部性且防腐寿命短等缺点，在化工设备中不大使用。［4］

3.有机衬里。由于防腐材料防腐性能较好且经济，故在机械防腐中得到广泛应用。这类有机衬里材料有热塑性树脂，如聚氯乙烯树脂（PVC）、聚四氟乙烯等，热固性树脂，如酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、聚酯、乙烯酯树脂等，以及不透性石墨。在选择和使用有机衬里时，必须认真考虑其耐药品性、耐热性、耐水蒸气扩散性、附着性、机械性能等。

4.无机衬里。目前所使用的无机衬里材料基本为化工陶瓷、化工搪瓷、玻璃、砖、砂等，对这些无机防腐衬里材料也有着耐腐蚀性、不透性、热稳定性、耐热性、机械性能等方面的要求。

总之，机械设备的防腐是系统工程，应根据使用的环境、工艺条件、工艺要求等进行综合分析，采用科学合理的方案实施，运用多种方法综合处理，方能达到更好的效果。从最初设计时就要着力考虑正确的选材和合理的结构设计，避免由选材和设计不当造成腐蚀。在防腐方案的选择上既要考虑防腐性能，又要考虑传热、强度等工艺要求；既要考虑机械制造的经济性，又要考虑使用的经济性；既要考虑机械的安全性，又要考虑实用性和环保性。只有在不断的工程实践中勇于探索、善于总结，才能制造出经济、环保、节能的化工机械，更好地满足化工生产的需要。

参考文献：

［1］宋欣，冯丽锋.提高化工机械设备防腐蚀能力探讨.石油与化工设备，2011.4.

［２］刘春荣.浅谈化工机械设备的防腐设计及措施.装备制造技术，2011.10.

［３］邵珠群.化工机械防腐改进路径探索.科技创新导报，2011.28.

［４］王敏.化工设备防腐方法浅析.化工设备与管道，2002.3.