化工设备管道腐蚀原因及防腐措施浅析

朱鹏程 胡鸿

摘要：在化工生产过程中，设备的腐蚀问题对于生产企业一直都是重点关注的领域。在化工产品生产过程中会有大量的腐蚀性介质（气体或者液体）或化学物质出现在生产工艺流程中，这些腐蚀性气体长时间和设备发生接触后，设备的表面就会出现锈蚀、腐蚀的情况。情况严重时还会对装置安全、人身健康造成重大威胁与危害，因此设备的防腐蚀管理对于保证企业的安全生产有着重大意义。

关键词：化工;机械设备;腐蚀原因;应对措施

一、化工设备常见的腐蚀原因

设备材料原因

在对于设备的腐蚀原因分析中，设备自身的结构和材料也是影响腐蚀情况的因素之一，具体如下：

（1）设备材质选型使用不当

设备材料使用不当通常是在安装或检修的过程中，维修安装人员没有选择合适的材料来进行替换或使用。有的检修人员甚至使用锈迹、不耐腐蚀的材料对原材料部件进行替换，从而导致腐蚀的加剧。另外检修人员对设备管道的安装维修要求标准太低，比如不锈钢的管道、安装的却是碳钢或者其他材质的紧固件，和设备本身的材料不一致，也会出现渗碳腐蚀的现象。因此要选择适合的材料配件，避免因为材料的差异发生氧化还原反应，加快设备管道的腐蚀。

（2）材料备件管理混乱

由于化工设备在生产装置中总会接触一些的腐蚀性气体。不同的设备材料如果放置、保管、存储不当就会长期与空气中的腐蚀性气体接触，发生一系列的氧化还原反应，久而久之，腐蚀情况越来越严重。因此对于设备零件、管道配件等材料需要妥善保管，避免此类情况发生。

（3）设计构造有缺陷

对于设备而言，初期的结构设计对于整个设备的运行情况有着至关重要的作用。结构设计影响着设备整体的承重能力和关键节点的使用耐久程度。一旦出现结构设计不良，会导致设备出现故障和锈蚀的情况大幅增加。

1.2化工生产中的化学腐蚀

由于化工生产的过程会有大量的腐蚀气体产生，如盐酸气体、氯化氢气体等。这些气体和化学试剂都会和设备表面进行接触从而对金属表面产生腐蚀。如果维护不当，长时间使用后会导致镀层的脱落，进而对设备本身造成腐蚀。

1.3化工产品生产中气液流动速度

另外由于设备和腐蚀性气体/液体接触是不可避免的。在生产环节中，这些气液的流动速度也会影响着设备的腐蚀情况（通常情况下，流速和腐蚀速度成正比）。

二、化工机械设备腐蚀的应对措施解析——以保温层下的腐蚀（CUI）与防治为例。欧盟统计数据表明：在过去35年中，超过20%的重大事故是由于CUI问题引起的。

2.1保温层下腐蚀的概念

保温层下腐蚀（CUI）是在保温层（保冷层、人员防护层、耐火材料）下所有形式的基体材料腐蚀。 它的形成机理是湿气积聚在具有保温层设备的外表面。而湿气来源大部分是雨水侵入、冷却塔附近、蒸汽放空附近、雨淋灭火系统附近、蒸汽伴热损坏等多种形式; 保温层下腐蚀（CUI）的特点是：不易预测（保温层破损位置与腐蚀发生位置不同）; 腐蚀速率高（腐蚀速率会根据实际条件加剧，如氯化物、硫化物）;检测困难（检测位置不易到达，如位于高处，需要准备脚手架）。

2.2保温层下腐蚀原因

温度影响腐蚀反应的速率。一般情况下，在电化学腐蚀中，腐蚀速率会随着温度的升高而增大。但是，由于温度升高加快了水蒸发的速率从而导致金属表面的水分减少，反而减缓了腐蚀的发生。电解质溶液的浓度会随着溶剂的减少而增大。此外，高温还会引起材料其他性能的变化，比如降低致密性等。实验研究表明，腐蚀发生的速率还与系统的封闭性有关：如果在开放的水系统环境中，温度会降低金属腐蚀速率;而在密闭系统中，情况则相反。

数据表明，保温层下的金属腐蚀速率会随着时间的推移而加快，设备五年之后的腐蚀速率会呈倍数增加。保温层下腐蚀一直是炼油化工行业难以避免和发生频率较高的腐蚀事件，而且由于其隐蔽性，导致无法及时发现并维修，因而易造成无法挽回的损失。在炼油化工行业中有时为了增加美观，需要在保温层材料外面镀一层锌铁皮或铝皮，但是，由于金属层的覆蓋掩盖了保温层下的腐蚀现象，所以经常会导致事故的发生，尤其是当保温层下出现冷凝水时，会大大加快腐蚀速率，造成安全事故。对于炼油化工行业而言，保温层下的腐蚀除了具有共性之外，还有其特殊性，这主要是因为石化行业涉及到的工艺和流程非常多，一旦遇到故障就会停工维修，因而导致保温层下的钢结构要经历多次往返预热的过程，而热循环会降低高温涂料的寿命，尤其是传统的材料。这是因为各种材料的膨胀系数不同，因而遇热膨胀的程度也不同，因而会增加涂层的内应力，增大材料的腐蚀程度，从而使设备失去第一道也是最重要的一道防护措施。

2.3选择合适的防腐涂料

在保温层金属表面涂防腐涂料会有效减少保温层下的腐蚀，因此，在选择涂料时一定要注意，所选的材料要具有良好的抗腐蚀性、耐酸性等，并且对于不同的材料也应该选择不同的防腐涂料，以增加保温层金属更好的防腐效果。比如对于不锈钢保温层，由于不锈钢会与氯化物及含有锌、铅、铜及其化合物的物质发生反应，因此在选择涂料时应该避免这些物质。而对于碳钢设备的表面涂料，要做好保温层表面的处理工作，而且，碳钢设备表面限制使用无机富锌涂料。

2.4正确选用设备材质和保温材料

一般情况下，会采用保温材料的吸水性来评价其材料性能的好坏。金属的腐蚀需要潮湿的环境，因此，对于保温材料的选择，也分疏水性和亲水性两种。优质的保温材料应该是只含少量的水分，并且易于挥发干燥的材料。保温材料由于具有保温性能，因此其导热系数大，在吸水后材料会膨胀，因而接触到设备，从而引起腐蚀。部分保温材料性能列于表1：

从表1可知，泡沫玻璃几乎没有吸湿性，而且结构呈蜂窝状，因而表面积大，是一种性能优良的保温材料。相比而言，珍珠岩的吸湿性稍大一些，但却可以在某种情况下替代泡沫玻璃。同时也可以参考以下实验研究，通过谨慎选取保温材料或设备材质以减缓腐蚀速率：

（1）在保温材料中，海泡石中含硫酸盐较多，而硅酸铝纤维、聚氨酯则含硫酸盐量较少。

（2）含氯离子、氟离子较高的复合硅酸盐由于会和不锈钢中的成分发生作用，因而不能用于不锈钢管道或设备的保温材料。

（3）海泡石、复合硅酸盐由于对金属腐蚀性最大，因此，在选择保温层材料是应该谨慎。

（4）对碳钢的腐蚀速率大小为：复合硅酸盐>玻璃棉>岩棉>硅酸铝。

（5）保温材料的提取液pH值都在7～9，常用保温材料的PH值比旧的略高。

（6）现场保温材料的提取液中电导率最大的是海泡石、复合硅酸盐和超细玻璃棉，其腐蚀性也最大，最小的是硅酸铝、泡沫玻璃和聚氨酯。因此，在选择保温材料时除了考虑材料的物理性能，还要综合考虑管道或设备的特殊性，针对具体环境进行选择，在保证保温材料发挥保温作用的基础上，提高金属或设备的抗腐蚀性。

三、结论

炼油化工行业采用保温层后，对节能降耗和环境保护起到了非常大的效果，但是也发生了无可避免的腐蚀问题。为了避免这种“看不见”的腐蚀对炼油化工行业造成的损失，需要从最基本的保温层下腐蚀反应机理开始进行理论研究和实验，通过保温材料与管道材质的互相影响效果及保温材料的合理选用等方面考虑，降低其腐蚀速率，使其对设备管道的腐蚀性最小，以减少生产事故的发生。

参考文献：

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