浅析化工机械设备腐蚀原因及防腐措施

张晶莹

（广西工业职业技术学院，广西 南宁 530001）

浅析化工机械设备腐蚀原因及防腐措施

张晶莹

（广西工业职业技术学院，广西 南宁 530001）

化工机械设备腐蚀是自发的普遍现象，机械设备被腐蚀后，在外形、色泽及机械性能方面都将发生变化，造成设备被破坏以及资源和能源的严重浪费，企业受到巨大损失。本文主要对化工机械设备在使用过程中发生腐蚀的原因进行了分析，并提出了一些防腐蚀的方法和措施。

化工机械;腐蚀原因;防腐措施

腐蚀是指化工机械设备在接触介质 （大气、水或含有酸、碱、盐的溶液等）的化学或电化学的作用下发生形状以及尺寸等变化而引起的破坏，这种破坏在化工生产中是普遍存在的。腐蚀使得正常的生产无法进行，使设备的使用寿命大大缩短，更为严重的是腐蚀还会使设备及管道的跑、冒、滴、漏机会增加，甚至还会引起设备爆炸，带来惨重的人员伤亡、环境污染、能源方面的浪费，给企业造成较大的亏损。因此对化工机械设备腐蚀的原因进行分析，同时采取有效的防护措施，提高机械的防腐蚀能力，对于化工企业的发展具有十分重要的意义。

1 化工设备腐蚀的原因和种类

1．1 造成腐蚀的内在因素

（1）不同的金属材料对于不同的介质具有不同的抗腐蚀能力。

（2）金属的晶粒越粗，腐蚀越快。晶粒越细腐蚀则越慢，如不锈钢比铸铁的耐腐蚀性能高。

（3）零部件的表面越粗糙，越易腐蚀。表面有氧化膜则耐腐蚀。

（4）设备结构的形状突变处，如开口、缝隙或死角等位置，金属腐蚀较快。

1．2 造成腐蚀的外在因素

（1）化工生产中存在着许多具有一定腐蚀性的介质，如酸、碱、盐、水、氧等，这是产生腐蚀的主要原因之一。

（2）介质的种类、化学成分、浓度、pH 值、杂质、水分和含氧量是造成腐蚀的外在原因。

（3）介质的温度越高，压力越高，腐蚀越快，因为腐蚀是一种化学反应。温度每升高10℃，腐蚀速度增加1～3倍。温度升高，扩散速度增大，同时电解液电阻下降所以使腐蚀电池的反应加快。

（4）介质流动速度愈快，愈易腐蚀，它会冲刷保护膜，产生旋涡、湍流、空泡，引起严重的冲击磨损和空泡腐蚀。

（5）零部件受外力或残余应力愈大，腐蚀越快。

（6）应力及疲劳的影响。设备应力的产生一方面是在加工过程中形成的，如冷加工的变形应力，热加工的组织应力;另一方面在运转中对于承受压力或旋转的部件也会使之产生应力。这些应力的作用结果引起金属内部的扭曲，从而降低了该部位的电极电位，加剧微电池腐蚀，形成腐蚀破裂。

1．3 腐蚀的种类

（1）化学腐蚀。化工企业在生产过程中经常需要采用一些具有腐蚀性的化学原料，这些化学物质和机械的金属表面接触后产生化学反应，往往生成一种金属氧化物，造成金属表面的损坏。这类腐蚀主要以高温干燥环境下的金属与腐蚀性的化学介质直接发生反应的形式发生。

（2）电化学腐蚀。电化学腐蚀大多发生在比较潮湿的环境之中，其本质是氧化还原反应的一种，化工机械的金属部件接触了电解质溶液，通过电极反应而产生的腐蚀。

（3）其他腐蚀。按照腐蚀产生的原因以及外表的情况，还可以将腐蚀具体分为:高温氧化腐蚀、焊接应力腐蚀、剥层腐蚀、点状腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、疲劳腐蚀、工业大气腐蚀等。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。

2 腐蚀产生的化学机理

2．1 电化学腐蚀机理

金属的电化学腐蚀是指在离子导电介质中，金属的表面和电解液产生化学反应，从而造成金属表面产生的腐蚀。任何一种按电化学机理进行的腐蚀反应至少包含有一个阳极反应和一个阴极反应，并与流过金属内部的电子流和介质中的离子流联系在一起。在阳极，金属中的离子脱离金属进入到电解质中，同时释放电子，这是一个氧化的过程。与此相反，阴极反应是一个还原的过程，来自阳极的电子被介质中的氧化剂所吸收。化工机械的金属构件主要是碳钢组成，碳钢与酸溶液发生反应在阳极反应的作用下，亚铁离子被氧化成二价铁离子，在这个过程中释放的电子由阳极向阴极的方向流动和氢离子发生还原反应，最终生成氢气。在化工机械设备的金属部件所发生的电化学腐蚀在实质上是金属内部形成的短路原电池，即电子回路短接，电流不对外做功，电子自耗于腐蚀电池内阴极的还原反应中，这个过程同时对阴极产生了腐蚀。

2．2 工业大气腐蚀机理

化工企业大多位于重工业相对集中的区域中，通常空气受到严重的工业废气污染，，空气中含有高浓度的 SO2、CO2、H2S、卤化物、硫化物及盐等挥发物和工业粉尘等腐蚀性介质，在空气的相对湿度达到一定程度的时候，空气中的水分会和这些腐蚀性气体结合形成无机酸。化工机械的金属表面长时间处于这种介质之中，会发生一系列连锁反应，导致钢材严重损坏。工业大气的所有腐蚀性气体中，以二氧化硫对机械的腐蚀作用最强，二氧化硫和空气中的降水结合形成酸雨，除了直接造成腐蚀之外，也能起到一种催化剂的作用。综上所述，无论是化学腐蚀还是电化学腐蚀在本质上都是一个氧化还原反应的过程。二者的主要不同之处在于，化学腐蚀只是金属与周围介质在高温干燥条件下直接进行的化学反应，而电化学腐蚀的氧化过程则是发生在潮湿介质中，腐蚀过程形成了腐蚀微电池。

3 防腐的措施

腐蚀破坏是金属材料最主要的破坏形式之一，因此，在化工机械的采购以及安装调试和一些配套设施的建设过程中要特别注重对金属部分的防腐，这对于保证设备稳定运行以及延长使用寿命，保证企业正常的生产都具有十分重要的意义。应从以下几个方面采取措施。

3．1 材料的选择原则

用来制造化工机械设备的材料大部分是普通的碳素结构钢，其特点在于价格低廉，来源广泛，力学性能好及加工方便等，这类钢如果在普通的工作条件下使用，腐蚀对其的危害并不大，但是如果是使用在化工行业这种高浓度腐蚀性介质的环境下，因为其耐腐蚀性能较差，就很容易遭受腐蚀的破坏。因此，耐腐蚀金属材料的选择原则为:（1）对腐蚀环境应尽可能详细了解，如介质的成分、浓度以及操作温度和压力等;液体是静止状态还是流动状态;应力状态（包括残余应力）;不同材料的接触状态;温度变化，加热冷却的温度周期变化，有无急冷急热引起的热冲击和应力变化;高温、低温、高压、真空、冲击载荷、交变应力等需要特别注意的环境条件等;（2）必须考虑设备的类型、结构及产品的要求;（3）考虑设计预期使用年限的问题，即满足整个生产装置要求的寿命，尽量使整个设备或管道各部分材料均匀劣化，材料费／施工费／维修费综合最佳的经济考虑，从而有效降低设备的腐蚀程度，延长设备使用周期。

3．2 结构和工艺的防腐设计

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、积液等缺陷，进而导致氧化腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀等情况，因此应该从防腐蚀的角度对结构的设计和工艺设计的合理性进行综合的考虑，通常情况下，要符合以下要求:

（1）机械构件的形状应尽可能简单，尽量选用同一种金属材料避免死角。设备中局部液体残留或固体物质沉降堆积，不仅会在设备操作时局部浓缩或聚集，引起腐蚀，并且会在设备停车时引起腐蚀。设计时要尽量避免死角和排液不尽的死区等。

（2）尽量减少缝隙，许多金属设备都容易存有缝隙，液体流通不畅的地方易形成缝隙腐蚀，如碳钢、铝、不锈钢等设备都有这种现象。缝隙腐蚀产生后又往往引发孔蚀和应力腐蚀，造成极大的破坏。防止残余水分在机械设备上有滞留情况，在设计的时候要尽量避免具有向上的容器状凹处，如果不能够尽量避免，应该要设置排水孔，而良好的结构设计是防止缝隙腐蚀最好的方法。

（3）焊接时应尽量防止出现内应力和应力集中，要尽量采取连续的焊接工艺，间断的焊接就容易产生内应力;要尽量避免出现焊接缺陷，例如咬边、焊瘤、未焊透等现象，这些都可能会导致其形成新的腐蚀点。例如咬边就可能会导致出现应力集中，其凹陷边也可能会形成夹缝，而焊瘤不仅仅会造成应力集中，还会致使焊瘤与母材之间形成一定的夹缝。以上这两种焊接缺陷，都会造成较为严重的腐蚀现象。

（4）表面涂层的方法，在设备表面涂漆是最常见、直观的一种防腐蚀方法，选择合适优秀的防锈漆，以使腐蚀介质与构件完全隔离，特别要注意焊缝的涂漆。涂层防护一般不改变设备的结构和强度，仅在外部涂装防护层，使设备与周围介质隔离而免遭腐蚀。目前使用的防腐漆料大多为邻苯二甲酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇缩丁醛＋磷酸等油料涂漆。为了能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、漆膜的老化等有着严格要求外，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。

3．3 强度设计上的防腐考虑

由于化工机械设备长时间工作于高浓度的腐蚀性物质中，容易发生腐蚀，而造成机械零件强度的下降甚至是损坏，因此，对设备及附件的强度要予以特别考虑。化工机械零件的强度除了要满足机械正常运作所需要的强度之外，还要将腐蚀的情况考虑进去。这就是说，构件除满足机械强度和刚度要求外，还须留有腐蚀余量，这个余量一般为设备设计寿命内腐蚀深度的2倍。

4 腐蚀的控制

化工机械设备的腐蚀控制有很多方法，主要分为改善金属本质和对金属进行表面处理，改善腐蚀环境及进行电化学保护。下面主要介绍电化学保护法。电化学保护法，主要就是依据电化学的相关原理，进而在金属设备上采取一定的措施，使之能够成为腐蚀电池中的阴极，从而防止或者减轻金属腐蚀的方法，它包括牺牲阳极保护法以及外加电流法。

（1）牺牲阳极保护法是采用电极电势比被保护金属更低的金属或是合金作为电池的阳极，将其固定在被保护的金属表面上，形成了腐蚀电池，而被保护金属作为阴极，从而得到保护。例如在金属铁的器件、设备上联结锌。锌作为阳极，锌的溶解代替了原腐蚀系统中铁的溶解，从而达到保护金属铁免遭腐蚀的目的。采取牺牲阳极保护法对化工机械设备进行保护是一种较为科学、合理且有效的方法。牺牲阳极一般常用的材料有铝、锌及其合金。目前，各国已广泛应用牺牲阳极保护法对化工装置、油罐、地下管道、电厂钢结构、锅炉等进行保护，收到很好效果。

（2）外加电流法是指利用外加电源来保护金属。把需要保护的金属接在负极上，成为阴极而免除腐蚀。正极接到一些废钢铁上，废钢铁作为牺牲阳极。外加电流使阴极电势往负的方向移动，在其上进行还原反应使被保护金属免于腐蚀。和上面的方法所不同的是，这里由外电源提供电流。化工厂的一些酸性溶液贮槽或管道，以及地下水管、输油管等，常用这种方法防腐。

5 结语

腐蚀的破坏是化工生产中的一个很重要的问题。机械设备的腐蚀不仅影响设备的正常运行和设备的使用寿命，而且也存在着巨大的安全隐患，造成极大的环境污染。因此要加强化工行业机械设备的防腐蚀能力，对提高机械设备的使用年限，降低企业的生产成本等，都具有较大的意义。

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Corrosive Reason of Chemical Engineering Machinery and Anti-Corrosion Method

ZHANGJing-ying
（Guangxi Institute of Industry Technology，Nanning530001， China）

The corrosive reason of chemical machinery in using process was analyzed．Some anti-corrosion methods and measures were put forward．

chemical machinery;corrosive reason;anti-corrosive measure

TQ 050.9

B

1671-9905（2012）03-0048-03

张晶莹（1958-），女，广西南宁市人，讲师，主要研究方向:机械制造及金属材料，联系电话:13132915141，通讯地址:广西南宁市秀灵路37号广西工业职业技术学院机械工程系

2011-11-19