浅析化工机械设备腐蚀原因及防腐措施

熊东 李连峰 方磊 周峰

(武汉有机实业有限公司，湖北 武汉 430000)

1 引起化工机械设备腐蚀的原因

化工机械设备腐蚀主要指的是设备在使用过程中长期接触水、空气，含有酸、碱、盐之类的介质，从而发生化学反应，致使设备遭受腐蚀，引起设备表面或者尺寸发生改变，严重的会使设备无法正常运行使用。这种腐蚀在化工企业生产过程中是非常常见的，要想预防化工机械设备腐蚀的出现，首先要分析这种现象形成的原因。

由于不同设备的材料质地不同，使用环境的不同，如：温度或湿度等，对不同介质的腐蚀效果也不同。虽然机械设备以金属材料居多，但较为高级的金属材料制成的设备比一般金属材料抗腐蚀能力较强；机械设备中活动频率较为高的零部件或者机械设备连接处也易受腐蚀，例如，设备轴承活动处、设备配合间隙、设备沟缝角落处等，腐蚀速度比同一设备的其余位置抗腐蚀能力也较差。对于一些表面光洁度较差较为粗糙的化工机械设备抗腐蚀能力也比表面光滑，有镀镍、镀络等镀层的设备差。当设备的结构较为复杂，零部件较多，或者没有外壳保护，机械活动部位暴露在外时，容易积液积尘，也就更容易遭受腐蚀[1]。

而在化工领域生产过程中，其生产环境大多都是具有腐蚀性质的介质，相关的化工机械设备相比一般行业中更容易遭到腐蚀。因为化工生产企业诸如生产酸、碱、盐等，都是其必定会接触到的物质，而这些物质的种类、强度、含氧量、温度等也影响着腐蚀程度的快慢。由于一般情况下，温度变高时化学反应变快，所以相对应的腐蚀速度也会加快，根据研究可以得出，环境温度每提升10℃，化学反应速率最大会加快3倍，对应接触的机械设备腐蚀速率也会加快；而介质与机械设备表面或者内部接触时，流动速度的快慢也与其腐蚀程度正相关，再加上温度升高，气体介质活泼性增强与机械设备接触面积增大。对设备外表不断冲击，破坏其保护膜，从而造成腐蚀。

2 化工机械设备的防腐研究

2.1 选用合理的材质制造设备

现阶段市场流行制作机械设备的材料大多为碳素钢，成本低，货源广，方便制造，是一般生产环境下的首选材料。而由于化工行业的特殊性，高强度的腐蚀环境下，以碳素钢为原材料制成的机械设备不再适用。例如Q235钢、45钢，在酸性介质环境下腐蚀速度相当高，虽然设备定期进行维护和保养，但难免会有镀层出现脱落或者磨损，其破损处就会产生化学反应，形成腐蚀并不断向外扩展变大，致使机械设备使用寿命降低，因此化工行业需要选择更耐腐蚀的原材料制成的机械设备，例如，304不锈钢、09MnCuPTi等合金钢料。这类材料制成的设备在初期采购时的价格会更高，但是长期的使用其经济成本远低于普通材料，据研究调查显示，合金钢料制成的机械设备在同等腐蚀环境下的使用寿命是普通钢材的两至三倍，总体经济成本较为合理。

2.2 设备的结构和工艺的防腐设计

在化工生产行业中，机械设备设计制造的合理性也会影响着其受腐蚀程度。设备设计的过于繁杂，结构出现过多的沟缝死角都会导致机械设备运作时出现应力集中、热传导、积液积尘、镀膜划伤或脱落等，引起局部出现腐蚀，进而致使腐蚀面积增大，减少设备的使用寿命。因此，在设计和制造化工行业的机械设备时，就应当考虑其结构合理性，即：结构简易，形状简单；考虑机械配合运动时摩擦造成的表面受损；除非特殊必要，尽量采用同种金属材料，以免发生电化学反应造成的腐蚀；减少不必要的沟缝死角；选择合理的结构以便防锈涂层隔离腐蚀性介质；避免出现有可能积水的凹处，如有必要应设计排水口；在部件配合连接处应当考虑应力集中和热应力集中，防止后期使用过程中造成防腐层脱落或磨损；为防止出现缝隙腐蚀，应当考虑部件连接处的连接形式：尽量不采用铆接，铆接的连接部位会产生露点或者缝隙，易于在腐蚀环境下的积液积尘，应当采用缝焊、连续焊接或者填角焊接的方式，使两个需要配合的部件紧密连接无缝隙。只有遵循合理的设计及制造方式，才能使化工机械设备减少容易遭受腐蚀的部位，减少腐蚀带来的成本。

3 其他有效的防腐措施

3.1 增加金属镀层，隔离腐蚀介质

一般来说，制造业生产的金属产品根据使用环境大多会在其表面均匀地喷上一层镀层，有镀锌、镀镍、电镀等抗腐蚀金属或不受腐蚀的非金属涂料，或者在工艺上对材料进行正火处理或氧化处理，以达到机械设备和腐蚀介质隔绝[2]。防腐蚀镀层是在设备表面可以和介质接触的部分形成一层均匀、致密的保护膜，隔断机械设备与腐蚀介质的接触，避免化学反应的产生，造成化学腐蚀。较为常见的隔离保护层有金属保护层，大多应用喷镀或电镀的方式在机械设备金属外壳表面喷上一层均匀、致密的合金或者特殊金属。电镀喷涂是指将高温融化下的金属用压缩空气吹成雾状粉末迅速的喷吹到已经经过处理的零件上，在其表面形成金属镀层。运用喷涂方式制成的金属镀层和机械部件配合紧密，有效的防护了机械部件免受介质腐蚀，提高使用寿命。

3.2 应用缓蚀剂

缓蚀剂也可称为腐蚀抑制剂。顾名思义，一种可以使得机械设备的金属部件在腐蚀环境下减慢腐蚀速度的材料，这种保护金属的方法称之为缓蚀剂保护法，多用于中性介质、酸性介质和气体介质(气相缓蚀剂)。一般来说，该材料由一种或者多种化学品混合而成，在化工行业主要应用于机械设备化学清理保养或冷却设备的防腐蚀，如清理锅垢、容器管道等，不仅价格低廉，效果明显，也能够提升设备的防腐蚀能力。

3.3 生产环境的防腐蚀处理

生产环境的防腐蚀处理主要是机械设备生产使用在不同环境下通过改变与其接触的介质属性来达到防腐的效果[3]。生产环境防腐处理主要分为以下几点：通过应用其他化学反应去除环境中的腐蚀性介质或者改变环境中腐蚀性介质的性质，例如使用脱氧剂或者除湿剂去除环境中的水分、氧气等其他影响腐蚀机械设备的成分。通过脱氧剂去除空气中的养分，避免生产环境中的其他化学成分与氧气结合，从而氧化腐蚀机械设备。通过除湿剂降低空气中的湿度和多余的水分子，尤其减少机械设备内部的水分子产生的腐蚀。对机械设备表面涂抹防腐剂，例如：硫基苯、亚硝酸盐等，需要注意的是，防腐剂的用量和浓度要根据实际情况来选择。

3.4 阴极保护和阳极保护防腐法

阴极保护法和阳极保护法原理是根据机械设备原材料实际情况添加相应的金属或者合金，与机械设备形成原电池，牺牲添加物质，从而达到对机械设备的防腐效果。对于活泼金属等材料构成的机械设备，在设备外部添加阳极电流，通过阳极钝化，从而保护设备免遭腐蚀。牺牲阳极的阴极保护法，即牺牲阳极保护法[4]，即将还原性较强的金属作为保护极，与被保护金属相连构成原电池，还原性较强的金属将作为负极发生氧化反应而消耗，被保护的金属作为正极就可以避免腐蚀。

4 结语

综上所述，在当今这个对化工产品需求日益增加的环境下，减少腐蚀机械设备带来的损失，对于化工行业的企业来说，无疑是降低生产成本的好方法。全面分析化工机械设备本身的原因和生产环境的原因，选用适合自身生产环境的材料制成的和设计制造更防腐的机械设备，在已经投入使用的机械设备上，采取增加金属保护层、使用缓蚀剂、做好环境防腐等，必要时可采取阴极保护法或牺牲阳极保护法，都能降低或减少化学腐蚀给化工行业生产设备带来的腐蚀，增加使用寿命，保障安全生产，增加企业经济效益。