设备腐蚀与防护综述（一）

赵维印

（中国机械工程学会设备维修分会设备管理学术委员会，北京 100009）

一、引言

设备和设施的绝大部分零件或构件都是由各种金属材料加工制作的，而多种金属材料在空气、水和各种介质中均会产生不同程度的腐蚀现象，致使零件失效，引发设备故障或事故，造成严重后果。所以，设备的腐蚀及其防护问题日益受到工程技术人员和科研人员的高度重视。

腐蚀现象由来己久，随着工业化的发展这个问题愈加突出，而且超出工程技术和企业管理关注的范畴，成为严重影响人们健康与生命以及企业、国家财产的社会问题。据一些国家的经济部门统计分析：全球因腐蚀而报废的金属量已超过总产量的30%；因腐蚀造成的经济损失约占国民生产总值的3%～5%。不仅如此，近30年来世界许多国家因工业设备、设施腐蚀引起的事故，已形成巨大的社会灾难。如1983年，西班牙奥图埃利亚地区的一个学校的地下煤气管道，因年久失修发生锈蚀泄漏，引起爆炸，致使53人死亡，其中包括50名儿童；1984年12月，印度博帕尔市一家农药厂因管道腐蚀泄漏引发爆炸，剧毒气体笼罩整个城市，致使3 000余人死亡，18万人受到伤害；1992年，墨西哥瓜达拉哈拉市一家石化工厂，汽油管道腐蚀泄漏引起爆炸，造成300人当场余人死亡。此外，据美国国会问责局（GAO）2010年12月发布的一份报告称，截至2007年10月已服役的新型F-22“猛禽”战斗机，共发生534起机仓飞行员座椅的排水装置发生严重锈蚀事件。这可能导致在危险时刻座椅弹射机构失灵。为此，美国国防部支付2.28亿美元用以除锈。由以上事例可以看出腐蚀引起设备、设施发生故障与事故已经造成各方面的巨大损失，应引起人们对腐蚀防护工作的高度重视。

二、腐蚀的涵义

腐蚀的涵义有多种表述。

（1） 一种通俗的含义：腐蚀就是金属材料在一般情况下，其外表受到氧化后的一种性能衰竭现象。

（2）比较严格的定义：金属物质表面因发生化学或电化学反应而受到破坏的现象。

（3）还有一种广义的解释：物质在大气环境中或不同介质中，受到氧化以及温度、湿度等作用与影响而产生的性能劣化，包括金属的腐蚀、竹木制品的腐蚀和有机化合物（塑料、橡胶）的老化。

（4）还有学者认为：腐蚀与摩擦两种现象是共存的，把腐蚀环境中摩擦表面出现的材料流失现象称为磨蚀。

总的来讲，人们普遍认为腐蚀就是一种化学和电化学现象。不过金属材料氧化后生成的氧化层，其物理性质不同。有的金属（如AL、Ti等） 其表层在氧化后有较强的钝化性，所以表现出的腐蚀破坏程度有很大差别。一般来讲，常用的铁质材料腐蚀造成的破坏较为严重，是腐蚀防护研究工作的重点。

三、腐蚀的多发领域与破坏形式

1.腐蚀的多发领域

腐蚀普遍存在于人类活动的各个场所和多种材料上，但在分布上有很大的不均衡。在一些行业与地域表现尤甚，应是防护的重点。一般来讲，以下行业或领域设备腐蚀问题较多、后果较重。

（1）石油化工行业。这类企业各种反应罐和容器、管道比较多，而且其生产的原料与成品带有腐蚀性，并且易燃易爆。所以这些企业的设施容易腐蚀，同时存在较大的危险性，防护腐蚀是非常重要的。

（2）冶金行业。这类企业不仅也有较多可燃气体的管道，而且还有各种冶炼炉、加热炉，炉体、炉壳的工作温度较高不仅容易锈蚀，而且冶炼的钢水、铁水均有2 000℃左右，绝不允许外溢、外泄发生。此外轧钢作业时还需喷洒冷却水，容易促使机器锈蚀。

（3）运输行业。这个领域范围较宽，包跨火车、轮船、飞机、汽车等。它们都是在露天条件下工作，要经历风雨、砂尘、海水以及气温等不利的环境的影响。对于多数企业来讲重点是注意汽车的维护，防止机件和车体外壳的锈蚀。

（4）公用设施。这个领域范畴也很广，包括桥梁、城市地下各种管道、输电塔杆、铁（公） 路附属设施等。它们的运行环境也很差，需要加强维护与保养。

除上述方面外，各行业均有一些设备、设施可能受到腐蚀破坏，只是程度略小。据美国国家工程腐蚀协会2002年的调查资料显示：燃气、自来水、电力和通信的传输管道与设施受腐蚀最严重，约占全部腐蚀损失的34%；其次是运输行业，其腐蚀损失约占21.5%；第三位是公用基础设施（包括桥梁、公路、机场等），损失占16.4%；最后是工业制造业（包括炼油厂、化工厂、钢铁厂、制药厂、造纸厂等），损失占12.8%。

2.腐蚀对设备破坏的主要形式

设备零件的腐蚀是一个随时间推移和环境变化而逐渐发展的失效破坏过程，也是一种故障隐患逐步形成的过程。在工业企业设备运行中，腐蚀可能导致以下故障或事故发生。

（1）零件长时间锈蚀，锈层逐渐由表皮延伸至材质内部，可能造成零件断裂。

（2）腐蚀可使罐体、容器、管道的壳体壁厚局部变薄，进而产生蚀孔或使焊缝开裂，引发介质泄漏，或可能导致火灾甚至爆炸。

（3）腐蚀促使零件表面的尺寸、形状、粗糙度等形位或精度发生改变，有可能引起零件运动不到位，造成设备功能失效。

（4） 腐蚀还可能使紧固件（特别是地脚螺钉） 绣牢，难以拆卸，甚至造成螺栓断裂，给设备检修与运输带来麻烦。

上述设备腐蚀的不良后果都会严重干扰正常生产秩序。对此应采取多种手段加强监护与防治。

四、腐蚀的防护

腐蚀领域广，不仅钢铁材质零件会产生锈蚀，其他许多金属材料在某些介质环境中也会不同程度受到氧化、腐蚀。另外，防止零件腐蚀不仅局限在设备使用期实施的日常检查与及时维护，而是要贯穿整个设备寿命周期，要在设备设计、制造、安装、运转、维护、修理、改造各个环节采取措施。同时，防腐工作不仅要应用先进的技术手段，还应更重视腐蚀防护的管理工作，包括理念、制度、计划等诸多方面。

1.腐蚀防护的管理工作

（1）企业经营者和生产组织者要充分认识腐蚀防护工作的重要性。一般企业领导者均认为保证装置的正常运转是设备部门的职责，防止设备腐蚀是工程技术人员的工作。这种认识是片面的、肤浅的，设备腐蚀关系到生产安全和经济效益。

对于许多行业其生产流程中各种容器和管道较多，其中储存和输送的原料与成品多为具有腐蚀性的易燃物。所以，这些装置一旦因腐蚀而泄漏就可能引发火灾乃至爆炸等重大安全事故，这样的事例屡见不鲜。

其次，设备腐蚀造成较大故障就必须停产检修和更换备件，腐蚀严重的甚至要更新成套装置，这会给企业带来较大生产损失，增加运行成本。

所以企业领导者一定要从多方面采取措施加以防范。更重要的是要转变观念，变被动应付为主动预防、科学防治。

（2）在进行设备规划和配置时，要认真实施技术可行性分析，确保防腐措施的可靠性。企业规划、设备、生产等部门要针对产品原料以及添加剂的性能，选择先进、适用的防腐装置，特别要对其材料、质量和防腐寿命进行严格考察。此外，对重要防腐装置的设计、制造和装配过程实施监理。

（3）设备管理部门要有计划地开展装置腐蚀状况的检查与评估。对设备可能发生腐蚀的部位要纳入点检“五定”（定部位、定周期、定手段、定标准、定责任人）管理，对发现的腐蚀现象要进行分析与评价，确定腐蚀的程度（如容器、管道的壁厚测定）和应采取的措施。如可以利用一种有效的监测腐蚀的方法，即电子化学阻断光谱技术。它可以测定金属腐蚀发展的速度，帮助作出故障评定。

（4）要针对装置使用年限和腐蚀程度适时安排设备改造或更新。一些企业的老装置已使用多年，虽经检测与修复，腐蚀部位得到恢复与补偿，但总体上讲它在设计（如结构与材质的选择）和制造（如加工技术）等方面是相对落后的，修修补补不能彻底改善装置的性能。这时有关部门就应在评估的基础上，制定较大规模改造或更新的规划，使装置在防腐性能上有一个较大飞跃。

2.腐蚀防护的技术工作

防止金属零件因腐蚀而引发故障，主要有两类技术措施。

（1）腐蚀控制。主要是从装置、零件的设计与制造的角度，采取积极的防腐办法。

①腐蚀材料的选择。根据容器接触介质的腐蚀特性，有针对性地选择不同耐腐蚀金属材料。同时要考虑制作装置的材料用量，即制造成本。耐腐蚀性强的金属材料主要有以下三大类。

A.各种牌号的不锈钢。抵御不同腐蚀性介质要选用不同合金成分的不锈钢。如防止NaSCN腐蚀时，应选用超低铁不锈钢00Cr17Ni14Mo2。

B.钛及钛合金。耐蚀性强，且有较好的钝化性，能迅速修复受损的保护性氧化膜。钛材能抵抗多种化学介质的腐蚀，包括盐酸和次氯酸、浓度98%的硝酸以及溴溶液等。此外，钛材不易结垢，具有较好的换热性。但钛材价格较高，工业纯钛的价格约为不锈钢的5～6倍，然而因其密度较小（钛密度为4.51g/cm3，不锈钢密度为7.93g/cm3），故实际费用约为不锈钢的2倍多，可以适情选用。

目前，钛材选用增多，现特提出以下注意事项。a.禁止接触以下介质：发烟硝酸、干氯气和液氧；b.防止接触氢气。在高温（≥250℃） 状态下，钛材吸氢变脆；c.控制工作温度。在空气中作为结构件，其适用温度≤426℃；非结构件，最高使用温度≤538℃。在腐蚀性介质中，有不同的温度限制。如在氯碱工业中一般使用温度≤140℃；d.防止与钢铁材质长时间接触被“污染”而更易吸氢。组装钛材零件时，对钢质工具要使用铜垫片。

C.贵金属（银、铂等）。只用于特殊场合。制造防腐装置除选用耐腐蚀金属材料外，还可以选用非金属材料和复合材料以提高其防腐性能。如大庆炼化公司采用DN40和DN25聚乙烯内熔衬钢管替代不锈钢管用于生产晴纶丝的回收工序。防腐性能优良，价格仅为不锈钢的1/2～1/3。又如莱芜钢铁公司热电厂应用聚脲弹性体（SPUA）喷涂技术对锅炉的管路、阀门和补偿器等装置进行防腐处理，效果良好。SPUA涂料为环保产品，且施工工艺简单、固化速度快（1min即可），可适应-50℃～180℃温度，不粉化。

②制造厂设计机器、设施时，应注意使易腐蚀部位结构合理，不积水、积尘，容易清扫保洁。

③在加工装配时，对于易腐蚀零件应实施阴极保护或阳极保护，避免产生电化学反应。另外，在生产流程中加强对介质的处理与改进工艺，尽量减少腐蚀的可能。

④精心施工。这包括对材料质量的严格检验（如不同牌号钢材的成分确定以及有无缺陷）和施工时每道工序的仔细操作（如对装置制造后期的涂漆等）。

据报章介绍，1909年由德国建造的兰州黄河大桥“中山桥”，虽经103年的岁月与17次维修，至今钢体结构以及所有的铆件均无锈蚀，据大桥维护工程师分析，除桥梁管理部门注意维护外，主要原因是这些由德国供应的钢材与器件质量上乘，施工也精心完善，致体大桥的许多部位至今仍光亮如新。

（未完待续）