探析提高化工机械防腐能力的有效方法

徐海元

（重庆三峡职业学院，重庆 404155）

1 腐蚀的原因和种类分析

1.1 化工机械腐蚀的原因

常用机械金属本身就具有着较活泼的化学性质，这是化工机械易腐蚀的内在原因。另外，由于化工机械工作地特殊，化工厂本身环境中就有很多如SO2、H2S、硫化物、氢氧化物以及盐雾等有害物质，这是化工机械易腐蚀的外因。通过长期接触，机械本身会与空气发生物理和化学反应，从而造成机械的腐蚀。

1.2 腐蚀的机理种类

化工机械发生的腐蚀主要有两种：①化学腐蚀，该种腐蚀是机械金属表面在于外界空气长期接触后，发生了化学反应产生了新生物质，从而导致金属的原有结构遭到破坏。这类腐蚀一般容易在高温干燥的环境下发生，且金属与外界环境的反应是直接发生反应，并不需要任何介质；②电化学腐蚀，这种腐蚀是金属在特定情况下，在与电解质溶液接触后通过电极反应产生的腐蚀。这种反应属于氧化还原反应，一般多在潮湿环境下发生。

在化工机械腐蚀中，具体腐蚀包括：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、焊接应力腐蚀、工业大气腐蚀、海洋大气腐蚀、震动磨损腐蚀等一系列腐蚀种类。其中电化学腐蚀、缝隙腐蚀、疲劳腐蚀和焊接应力腐蚀是最主要的几种腐蚀方式。而电化学腐蚀的腐蚀导致机械损伤也是最严重的，另外几种其他腐蚀的综合结果最终也会导致电化学腐蚀。

2 腐蚀的化学原理分析

以腐蚀最严重的电化学腐蚀为例，电化学腐蚀是金属表面与离子导电介质发生化学作用后导致的金属表面结构的破坏。在反映时，只要是电化学反映都必须有一个阳极和一个阴极，且两极之间通过金属内部的电子流和介质中的离子流相联系。在阳极发生的反应是阳极反应，此时金属离子会从金属转移到介质中，这种放出电子的过程也叫阳极氧化过程。相应的阴极发生的反应也叫阴极反应，其是指介质中的氧化剂组分吸收脱离阳极的金属离子而发生的还原反应。例如碳钢在酸中发生腐蚀后，阳极的金属由于失去电子而变成Fe2+，而游离的电子在转移到阴极后，被氢离子吸收从而产生氢气，其具体化学反应方程式可以表述为式：Fe+2H+→Fe2++H2。

这种电化学腐蚀机理实际上也可以认为是在金属内部形成的短路原电池，阳极脱离的离子在阴极还原反应中被消耗掉了。由此可见在电化学腐蚀中若促进阳极离子化就会加速电化学腐蚀，导致化工机械急剧损坏。

3 化工机械设计时的防腐设计

化学腐蚀是机械损害的最主要原因注意，因此企业在化工机械选购和安装环节甚至是一些为设备自行选择的附件配套时都要特别重视防腐。可以说一个化工设备的防腐功能决定了化工机械的实际使用寿命和使用性能，是与设备构建性能同样重要的化工机械选择因素。笔者以为可以从以下几个方面提高化工设备的防腐功能。

3.1 材料的选择

机械设备的通用材料是碳素钢，这种材料的使用优势在于廉价，易加工、供应方便，且这种材料在普通条件下腐蚀并不剧烈，因此很多企业都会选择其做为机械材料。但是在化工行业这种具有高浓度腐蚀性介质的恶劣环境下，碳素钢并不适合“生存”。因为其抗腐蚀能力较弱，一旦接触到高浓度腐蚀性介质必会发生大范围腐蚀，根本不能保证化工机械长期使用。例如Q235钢，其在酸性介质中常态下发生反应的速度达到0.5～1.0mm/a，虽然很多企业在选择这种材质的化工机械时都会在机械表面进行防腐涂漆，但是一旦漆膜脱落，金属与空气就会发生大范围强烈化学反应。由此可见钢材类金属并不适用于化工企业的机械制造。为了提高机械材料的抗腐蚀性能，化工企业通常可以选取16MnCu等普通低合金钢作为化工机械的制造材料，虽然这类材料较碳素钢贵，但是其抗腐蚀能力较碳素钢强上很多，有数据显示，低合金钢制成的设备是碳素钢制造设备使用寿命的2～3倍。因此使用低合金钢材质的化工生产总体经济效益要高的多。

3.2 结构工艺上的防腐设计

氧化腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀是化工机械腐蚀中常见的腐蚀现象，而这些腐蚀很多情况下与机械结构工艺的设计脱不开关系。如果构建的几何形状设计不够合理或者过于繁琐，机械在后续使用中会造成机械应力，积液、积尘等缺陷，久而久之，机械的腐蚀也会愈加剧烈。为减少这类由于结构工艺不合理导致的腐蚀，可以从以下几个方面考虑工艺结构的合理性：①机械制造时，结构应尽可能简单，尽量只是用一种制造材料；②减少机械的缝隙设计，防止机械表面出现伤痕，不要让机械内部出现残余水分；③焊接时注意温度均匀，防止焊接时出现应力集中和内应力；④机械表面防锈漆的选择要慎重，尽量选用优质防锈漆，只有这样才能够最大程度上减低机械与外界腐蚀性介质的接触，从而提高机械的使用寿命，另外在喷涂防锈漆时还要注意焊缝漆膜的喷涂，以避免喷涂不全面导致的缝隙腐蚀；⑤合理的构建夹缝也是防止缝隙腐蚀的关键点。

3.3 在强度设计上注意防腐设计

在化工机械设计时，设计人员应当充分考虑化工环境的强腐蚀性，因此在对机械强度设计时设计人员也应当注意防腐设计。这就要求在刚度设计时，构件不仅要满足机械对刚度和强度的基本要求，同时还要考虑到腐蚀余量的设计。通常机械设计中的腐蚀余量为设备寿命内腐蚀深度的两倍。

4 腐蚀的控制方法

总的来说，机械的防腐方法有很多种，一方面是选择抗腐蚀能力较强的金属，并对金属表面进行抗腐蚀处理；另一方则是改善外界环境以及进行电化学保护。对金属的抗腐蚀处理是在选择抗腐蚀金属的基础上对金属进行定期防腐漆涂抹；而改善外界环境则要求企业能够尽量控制化工生产中环境污染的程度，通过降低环境中有害气体浓度和控制环境湿度、温度来达到减少介质腐蚀能力的作用；而利用电化学保护进行的腐蚀控制则是采用牺牲阳极达到保护处于阴极的设备的作用，另外通过外加电流也可以对机械进行防腐保护。

5 结语

化工企业中为机械防腐是延长化工机械寿命，提高企业产量，降低企业成本的重要手段。由于化工企业不同于其他生产的特殊性，其生产机械的腐蚀更为剧烈。本文即是从化工机械产生腐蚀的种类和机理，以及如何提高化工机械的防腐能力入手进行的深层论述，希望能为化工企业的化工机械防腐提供参考。