热能动力设备金属的腐蚀与保护

李君

(内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司，内蒙古 赤峰 025350)

0 引言

热能动力设备在现代工业领域尤其在发电企业和部分化工企业中是不可或缺的一部分，例如发电厂的锅炉、汽轮机、热交换器等。上述这些设备都是由金属材料制造而成，然而几乎所有的金属材料在高温、高压，尤其是含有腐蚀因素的高湿等环境下，极其容易发生金属自身的腐蚀问题，从而影响化工企业中设备的安全性以及稳定性。因此，热能动力设备金属的腐蚀与保护问题一直都是工程技术领域的研究热点。本文将对热能动力设备金属的腐蚀与保护问题进行深入探讨，为相关领域的研究和应用提供参考和借鉴。

1 腐蚀与保护技术

1.1 材料选择

1.1.1 材料选择的重要性

材料的选择是决定设备使用寿命的重要因素之一。在设备最初的设计阶段时，应根据设备所处的环境和使用条件，选用合适的材料。如果材料选择不当，则会导致设备在使用过程中出现腐蚀、开裂、变形等问题，甚至引发设备事故。

1.1.2 材料选择的基本原则

第一，根据设备的使用条件选择合适的材料。例如，在高温、高压的环境下应选用耐高温的合金材料，在强腐蚀介质的环境下应选用耐腐蚀材料等；第二，材料应具有良好的力学性能和物理性能以及化学性能，以保证能够满足设备的使用要求；第三，应考虑材料的加工性能和成本，选用具有良好耐腐蚀性能的材料，以降低设备的腐蚀率。

1.1.3 材料选择的具体方式

第一，参考国内和国外的相关标准和规范，选择符合要求的材料；第二，参考同类设备的使用情况和经验，了解此设备的使用条件，选择适用于此设备的材料；第三，进行实验和测试，评估不同材料的力学性能和耐腐蚀性能；第四，选择优秀的材料供应商，确保材料的质量以及可靠性。

以锅炉管道材料的选择为例。在某些化工企业中，选用了高温合金钢、超级304H 不锈钢、12Cr1MoVG等材料。这些材料在高温、高压的环境下表现出良好的耐腐蚀性能和力学性能，保证了设备在高温、高压的环境下可以安全运行。

1.2 防腐涂层

第一，介质的性质。不同的介质对涂层的腐蚀影响区别较大，如酸、碱、盐等介质都需要选择相应的涂层；第二，金属基材的性质。不同金属的腐蚀特性也不同，例如不锈钢、铜等材料需要选择耐酸碱涂层；第三，使用条件。涂层在运行过程中可能会受到不同程度的机械刮擦、高温、高压等因素的影响，所以需要选择耐磨、耐温、耐压等特殊涂层；第四，环保要求。现在工业领域越来越重视环保问题带来的影响，所以需要选择环保型的涂层。

在某些化工企业中，在其防腐涂层的选择会是：如介质主要是酸性气体和水蒸气，则需要选择能够抵抗酸碱腐蚀和水蒸气腐蚀的涂层；如金属基材主要是碳钢和不锈钢，则需要选择能够抵抗碳钢和不锈钢腐蚀的涂层；如设备中在使用中存在高温高压的情况，则需要选择耐高温高压的涂层；满足环保要求，涂层需要选择无毒无害、不含重金属的环保型涂层[1]。

1.3 阴极保护

热能动力设备金属的腐蚀与保护技术中，阴极保护是一种常用的防腐方法，通过在金属表面建立一个电位低于基体的阴极反应，使金属处于电化学上的保护状态，从而达到防止金属腐蚀的目的。阴极保护方法的优点在于它对金属材料的表面和内部都具有良好的保护作用，同时不会增加金属材料的重量和尺寸，对设备的性能和寿命也没有不良影响。

阴极保护技术的具体方式包括电位调节、电流阴保、金属锌的保护、牺牲阳极等。其中，电位调节方法是指通过在金属表面施加一定的外电势，使其电位低于基体，从而达到防腐的目的。金属锌的保护是通过将金属锌与被保护金属接触，由于锌比被保护金属更具有活性，因此被保护金属会成为锌的阴极，从而达到防腐的目的。牺牲阳极是将一种更容易被腐蚀的金属材料制成阴极，并与被保护金属接触，以此牺牲阳极来保护被保护金属[2]。

1.4 缓蚀剂

缓蚀剂的使用方式，主要分为添加到防腐涂料中和直接添加到腐蚀介质中两种方式。在添加到防腐涂料中时，缓蚀剂可以与涂料一同涂刷在金属表面上，形成一层稳定的保护膜。在直接添加到腐蚀介质中时，缓蚀剂可以与腐蚀介质混合，形成一层稳定的保护膜，防止金属与腐蚀介质直接接触而发生腐蚀。

例如，在某些化工企业中，储罐长期暴露在酸性环境中，容易发生腐蚀。为了解决这个问题，这些企业采用了将缓蚀剂直接添加到腐蚀介质中的方式。如他们选择了一种高效的缓蚀剂，并将其添加到储罐内的腐蚀介质中，形成了一层稳定的保护膜，则可以防止了储罐内金属的腐蚀。经过实验验证，该方法不仅有效防止了腐蚀，而且具有经济实用性，成本较低，获得了很好的效果[3]。

2 热能动力设备金属的腐蚀与保护实践案例

2.1 锅炉水侧金属管腐蚀的防治

某些化工企业生产中使用的锅炉和换热器等热能动力设备，可能会由于工作环境的恶劣和运行条件的复杂，常常会发生金属管腐蚀的问题。针对这一问题，企业需要采取的保护措施有：

首先，定期对锅炉水侧金属管进行清洗和化学处理。通过定期排污、清洗水侧管道和采用化学水处理等方式，有效地清除了管道内的水垢和氧化物，减少了管道内金属的腐蚀[4]。

其次，针对管道内部环境酸碱性的变化，选择具有耐腐蚀性和耐高温性的特种涂层。将其涂覆于金属管表面，形成了一层坚固的保护膜，有效地延缓了金属的腐蚀速度。

2.2 热交换器金属板受到高温氧化腐蚀的防护

热交换器作为热能动力设备的核心部件，在使用过程中容易受到高温氧化腐蚀的影响，导致设备的性能下降，甚至损坏。因此，对热交换器金属板进行有效的防护是热能动力设备金属腐蚀与保护领域的重要研究方向之一[5]。

在某些化工企业中使用的热交换器金属板采用的是镍基合金材料，具有很好的高温氧化腐蚀抵抗性。然而在实际运行过程中，由于压力波动等因素，热交换器内部水垢及沉积物较多，导致金属表面的防腐涂层出现脱落、龟裂等情况，从而降低了金属板的抗氧化腐蚀性能。为了解决这一问题，该企业采取了以下措施：定期清洗热交换器内部水垢及沉积物，保证金属板表面干净，防止腐蚀产生；对热交换器的防腐涂层进行了改进，选择了具有较好耐高温氧化腐蚀性能的材料用于涂层，提高了金属板的防护能力；通过引入先进的监测和管理技术等手段，对热交换器进行精细化管理，及时发现并解决问题，确保热交换器的正常运行[6]。

3 加强金属腐蚀与保护技术创新的建议

3.1 推广应用新型材料

3.1.1 开展新型材料的研发和试验

针对不同的金属材料和腐蚀环境，开展新型材料的研发和试验，探索新型材料的耐腐蚀性能和适用范围。例如，对于高温下容易受到氧化腐蚀的金属材料，可以研发出具有更好氧化稳定性的新型材料。

3.1.2 推广应用耐蚀性能更好的合金材料

合金材料由两种或两种以上元素组成，通常具有比单一金属更好的耐腐蚀性能。因此，推广应用耐蚀性能更好的合金材料是一种可行的途径。例如，使用含有钼和铬等元素的耐蚀合金材料，可以有效地抵御化学腐蚀和高温氧化腐蚀[7]。

3.1.3 推广应用防腐涂层材料

防腐涂层是一种常用的金属腐蚀保护方法，可以防止金属与外部环境直接接触，从而达到防腐的目的。推广应用防腐涂层材料也是一个可行的途径。例如，使用具有高耐腐蚀性和高耐热性的陶瓷涂层材料，可以在高温和强酸强碱环境下有效防止腐蚀。

3.1.4 推广应用新型防腐材料

推广应用新型防腐材料也是一种可行的途径，例如，使用具有自愈性质的聚合物材料，当材料表面被破坏时，聚合物材料可以自行修复，从而保护金属材料不被腐蚀[8]。

3.2 加强防腐涂层技术研究

防腐涂层技术的发展，历程经历了多个阶段。最初的防腐涂层是采用天然树脂、沥青等天然材料制成，但这些涂层的防腐性能不稳定，不适用于一些特殊环境下的金属材料保护。现代防腐涂层技术采用了各种高分子材料、无机材料、纳米材料等，具有更高的防腐性能、耐久性和环保性能。现代防腐涂层技术已经在各个领域得到广泛应用，在石油、化工、电力、建筑等行业中，涂覆防腐涂层已经成为常见的保护手段。例如，在航空航天领域，航空器的表面经常会涂覆高性能的防腐涂层，以保护其免受大气环境的腐蚀。在海洋工程领域，钢结构物体表面通常采用环氧涂层、防污涂层、耐海水腐蚀涂层等来保护其免受海水腐蚀[9]。

3.3 制定严格腐蚀检测标准

随着工业化进程的加速，金属材料在各行各业中的应用越来越广泛，同时金属腐蚀问题也日益凸显。因此，制定更加严格的腐蚀检测标准是加强金属腐蚀与保护技术创新的重要方面。

制定更为严格的腐蚀检测标准，可以提高金属腐蚀检测的准确性和可靠性，有效地保护金属材料的使用寿命和安全性。一些国际标准和行业标准已经出台，例如ASTM(美国材料和试验协会) 制定了许多标准用于评估材料的腐蚀性能，比如ASTM G1、G5、G31 等。在国内，也已经出台了一些有关金属腐蚀检测标准的相关规定，如《石油化工行业金属材料腐蚀检测规范》《涂装腐蚀检测技术标准》等。

除了制定标准外，利用现代技术手段进行腐蚀检测也是非常必要的。例如现代化的电化学腐蚀测试、扫描电子显微镜等腐蚀检测方法，可以更加准确评估材料的腐蚀性能[10]。

3.4 加强腐蚀与保护技术人才培养

人才的培养需要从教育、科研、实践等多个方面入手。一方面，高校和职业教育机构可以开设相关专业或课程，培养更多的专业人才。另一方面，企业也需要通过实践和培训，提高员工的技术水平。

绝大部分化工企业在本单位中拥有一支专业的腐蚀与保护技术团队，并且通过以下几个方面加强人才培养：公司在制定年度培训计划时，注重腐蚀与保护技术人才的培养，将专门的培训课程和活动纳入计划中；企业还需定期组织员工参加腐蚀与保护技术的培训课程，包括理论课程和实践操作。培训的内容包括腐蚀原理、防腐涂层技术、防腐检测技术等；企业应鼓励员工进行轮岗实践，通过在不同的岗位上进行工作，拓宽视野，提高技能水平；企业还可以与多所高校建立合作关系，开展技术研究和人才培养。并且由企业提供实习和科研所需的场地和条件。同时，企业也可通过招聘一些高校毕业生，进行岗位培训和技能提升[11]。

4 结语

本文从腐蚀的基本原理、金属腐蚀的分类及机理、腐蚀与保护技术等方面展开论述，分析了热能动力设备金属腐蚀与保护的现状和未来发展趋势。在此基础上，提出了加强技术创新和扩大市场推广的建议，以期进一步提高热能动力设备的性能和降低运行成本，实现可持续发展。