化工仪表腐蚀失效分析

许丽丽

摘要：腐蝕现象广泛存在于化工生产中，尤其是对于化工自动控制系统中的化工仪表，腐蚀是引起化工仪表灵敏度降低甚至失效的一个重要原因。化工仪表是化工自动化系统的重要组成部分，对化工生产的安全高效进行起着至关重要的作用。随着科学技术的发展，更加先进的测量控制技术及仪表仪器不断出现，与此同时一些新的腐蚀问题也不断产生。因此，仪表的防腐蚀问题成为一个重要的研究课题。文章主要阐述了对化工仪表的认识以及我国化工仪表防腐蚀研究现状，并对化工仪表腐蚀问题进行了分析，提出了几种有效的化工仪表防腐蚀方法，最后对化工仪表防腐蚀研究的发展方向进行了探讨。

关键词：化工仪表；腐蚀；失效分析；防腐

一、 对化工仪表的认识

化工生产往往是在特定的温度、压力、流量、物位、成分的条件下，物料连续地在管路和容器中进行化学反应的过程。在化工生产中必须对这些参数进行准确的监测与控制，才能保证化工生产的正常进行。现代工业生产的一个重要特点是生产装置大型化、生产过程自动化。化工仪表的作用就是实现生产工艺过程中各种工况信息的检测、转换、显示和控制，是实现生产装置安全操作，平稳运行，提高效率的基本条件和重要保证。

21世纪，随着化工自动化生产技术的不断深化，化工仪表也得到了的飞速的发展，工业自动化仪表已经从模拟仪表技术步入数字化和智能化技术的时代。化工仪表的分类按其作用划分，一般可分为检测仪表、显示仪表、调节控制仪表和执行器四大类。检测仪表将所需监测控制的参数利用接触或非接触的方式进行测量后转换成相应的信号送至显示仪表或调节系统，如需调节，则由调节系统输出信号，由执行机构完成。因此，在生产过程中与介质发生接触，容易受到腐蚀的元器件主要是检测仪表和执行器。

二、我国化工仪表防腐蚀研究现状

对化工仪表而言，腐蚀研究的重点应该集中在检测变送器和执行机构上。目前，材料选择、工程结构设计、稳定工艺参数、涂覆已经成为人们普遍采用的仪表防腐措施。首先，检测仪表往往需要与腐蚀性介质进行直接接触，因此仪表相应单元制作材料的选取非常重要。从20世纪70年代至90年代，国内各研究所先后研制出30余种仪表耐腐蚀合金，为在不同介质中选取经济可靠的耐腐蚀仪表材料提供了较大的选择范围。同时，对耐腐蚀合金性能的分析也为仪表的长周期运行提供了防腐蚀依据。其次，由于仪表腐蚀的影响因素除材料以外，还有工艺环境的影响，包括温度和压力的影响，因此对于仪表的结构应该按其所使用的工况特点和控制要求而加以选择。近年来，对调节阀的结构研究取得了较大的进展，选择结构合理的调节阀以及适应环境的阀体、组件材料，在大多数化工生产中，可以有效地克服气蚀和闪蒸对化工仪表的损害。工业自动化仪表的作用是指示和控制生产过程中的工艺参数，因而要求仪表性能准确、灵敏、可靠、耐用。实践证明对仪表的功能元件采用涂覆、加隔离液或衬里等防腐措施，常常会降低仪表的准确性、灵敏度和可靠性。因此，根据各种仪表的功能特性和使用环境的腐蚀性，正确设计和正确选择仪表用耐蚀材料以及改进工程、工艺设计、控制工艺环境等对仪器仪表的防腐蚀是切实有效的措施。目前我国对化工仪表防腐蚀方面的研究还存在许多薄弱环节。对于相关仪表材料的选择，自控仪表工程师常常只是简单的查阅一些说明书或教科书，参考其所列出的相关材料的适用范围进行选择，对于非常重要的执行机构往往也只是参考说明书上所列出的适用工艺条件，便做出最终判断。对于选择这样的仪表（包括调节阀等执行机构）在此工艺条件下究竟能够使用多久，如何进行使用寿命的计算至今尚无相关资料的详细论证，此外，如何解决调节阀的汽蚀和闪蒸问题，更是缺少理论上的分析论证。对整个仪表专业而言，缺少一些较为全面系统的对实际工作有指导意义的综合性分析资料。

三、化工仪表腐蚀失效分析

化工仪表的腐蚀是指构成仪表零部件的金属或非金属材料，由于物理作用、机械作用、化学或电化学作用引起的侵蚀和腐蚀现象，通称为化工仪表的腐蚀。研究化工仪表的防腐蚀问题的目的是通过分析化工仪表的腐蚀类型、机理及其危害，通过实验分析，查找影响化工生产，尤其是氯碱生产和联碱生产中所使用的化工仪表的主要腐蚀因素及其解决方法，从而实现提高仪表的防腐蚀性能，保证测量控制精度，用自动化来提高生产效率的目的。化工仪表的主要腐蚀类型是电化学腐蚀、化学腐蚀及由于物理、机械作用造成得对仪表材料的侵蚀。

1电化学腐蚀

电化学腐蚀是化工仪表在腐蚀环境中失效的最主要原因，是指构成化工仪表的金属材料与被测介质或者大气等发生电化学作用而引起的腐蚀，其特点是腐蚀过程中伴随有电流产生，相关数据表明，金属的腐蚀大多由电化学腐蚀所致。

1）介质腐蚀。介质腐蚀是一种最常见的电化学腐蚀。例如化工生产过程中酸、碱、盐溶液对仪表材料的腐蚀。

2）大气腐蚀。大气腐蚀的本质也是一种电化学腐蚀。其腐蚀过程发生在金属表面的一层薄薄的冷凝膜中，主要表现为当冷凝液膜溶有及氯化物盐类等时，对仪表电子元件及其电路板、连接线路等的腐蚀。

2化学腐蚀

指仪表材料与干燥高温气体或非电解质溶液苯、乙醇等发生化学作用所引起的腐蚀。仪表材料在石化生产裂解装置和硫铁矿沸腾炉中的腐蚀就是一种非常典型的化学腐蚀。

3由于物理、机械作用造成对仪表材料的侵蚀。

例如在合成氨生产中，高压阀芯受到汽蚀而产生的破坏。再如仪表用非金属材料如塑料气源管受大气或介质作用引起的溶解、溶胀。

四、化工仪表防腐方法

在实际生产过程中，腐蚀因素的存在，造成仪表故障率频繁发生。如果企业仅通过频繁更换仪表的方式来保证生产设备自动控制系统的正常运行，会大幅度增加企业的运营及维护成本。因此，化工企业应该积极采用多种仪表防腐蚀措施。综观国内外研究状况，对于仪表的防蚀技术而言，目前普遍采用的方法有以下几种：

1.有针对性地选择耐腐蚀金属或非金属材料制造防腐蚀仪表的零部件，这是化工仪表防腐蚀的根本方法。例如，担膜片的变送器用于氯气的工况测量，工作寿命可在1年以上。

2.选择合理的结构设计以及采用先进的加工工艺，也是提高仪表防腐蚀性能的重要途径。例如，用于合成氨的高压调节阀在采用多级减压调节方式后在生产过程中明显体现出抗汽蚀，使用寿命长的特点。

3. 对仪表的零部件采用涂覆、包、衬等方法进行保护，提升仪表的防腐蚀能力。例如涂覆方法，涂覆防腐成本较低，操作简单，应用范围较广，是化工仪表防腐的一种有效方法，但是由于化工仪表对涂覆材料要求较高，因此，需要加大对防腐材料的研究，在做到仪表防腐的同时，同时保证仪表的正常运行。

4.稳定工艺生产对提高仪表防腐蚀性能非常重要。在工艺生产过程中需要选择合理的检测方法和检测点，并应用于适当的工况，例如在对氯气的检测中，如检测点处于易积水的管段，则会大大增加仪表受腐蚀的程度。

5.隔离防腐法，除了采用以上方法提高化工仪表防腐蚀性能外，还应尽量做好仪表检测单元与腐蚀性介质的隔离设计。首先可以采用放射性、超声波、光辐射等检测仪表，此时可完全避免仪表被介质腐蚀破坏。其次，采用隔离装置、隔离膜片、隔离液和其它隔离措施，都可以使仪表检测部份与介质隔离，达到防腐蚀效果。隔离防腐是仪表防腐的有效方法，根据实际工况的不同和测量控制的需要，我们可采取加隔离液、吹气、加保护层等方法有效地防止或减缓仪表的腐蚀。

五、化工仪表防腐设计的发展方向

化工仪表是自动化系统检测控制的核心部件，仪表的失效主要是由腐蚀引起的，因此仪表的腐蚀问题日益受到关注。我们可以根据具体工况进行分析，选择适当的仪表材料等方式来防止或减轻仪表的腐蚀，并在实际生產中采取相应对策来保证自动化仪表的正常运行。首先，寻求既耐腐蚀又比较经济的耐腐蚀材质来制做仪表的功能元件，以获得较高的性价比。其次，寻求针对工艺条件的测量方式，如用超声波测量液柱等。第三，注重先进的工艺设计，对仪表进行合理的结构改造。

综上所述，要解决化工仪表的腐蚀问题，可通过分析相关腐蚀类型中的主要腐蚀因素，通过仪表材质的选取，工艺结构的改进，提高仪表的防腐蚀性能，同时，可通过数学方式，结合实际测量数据，建立在一定条件下的腐蚀率关系式，并由此分析出仪表在特定环境的使用年限，为仪表的抗腐蚀和化工生产的正常进行提供可靠的依据和保证。

参考文献：

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