李建甫
江苏斯尔邦石化有限公司 江苏连云港市 222000
摘要: 化学工业生产中，使用的各类机器和设备统称为化工机械设备，现一般指具有规范规格、使用标准的机器设备。化工作业中，需要将原料加工成一定规格的成品、半成品，部分材料具有危险性，需加强所用设备的理化性能，其关键点之一是设备的抗腐蚀性。化工机械设备腐蚀情况的出现会缩短机械设备的使用寿命，严重的话会导致设备无法正常使用，甚至出现爆炸的情况，从而为能源、人身安全带来一定的威胁。造成化工机械设备腐蚀的原因多样，加以分析十分必要。
关键词: 化工机械设备；金属腐蚀；电化学腐蚀；金属涂层
1 化工机械设备的腐蚀原因
1.1 腐蚀的内外部直接因素
内在因素包括设备的制造材料、结构、金属含量、表面制造工艺等。现代化工机械设备多以耐腐蚀性较强的合金材料、复合材料为主，如用于存储原料和产品的压力容器、橡胶管道等，酸、碱类物质对其可造成腐蚀。结构方面，设备开口处、死角等处，更易出现化学品残留，清洗困难，腐蚀较重。金属含量的影响较为明显，如金属颗粒较大、总量偏多、集中于表面，均可导致、加重设备的腐蚀问题。表面制造工艺上，粗糙、未处理的化工机械设备腐蚀率高，给予氧化膜或金属涂层保护，可降低腐蚀破坏。外部因素包括工作环境、生产/存储对象影响、材料疲劳等。如作业环境湿度较大，空气中的水汽会导致、加剧设备氧化问题。工作对象酸、碱度较高时，例如硫酸、硝酸等，可腐蚀设备。设备长期工作后，会在工作对象、工作方式的影响下出现老化腐蚀。
1.2 腐蚀的类型和机理因素
机械化工材料腐蚀的类型，可分为金属腐蚀、电化学腐蚀两大类。金属腐蚀也称化学腐蚀，是指金属制品、材料与工作对象产生化学反应，出现的腐蚀情况，例如机械化工材料与酸类物质、铁元素相互反应，高温环境下金属的氧化反应等。电化学腐蚀多出现在湿度较大的作业环境，是氧化还原反应的特殊形式之一。金属类工件、设备与电解质溶液接触后，电极反应可导致腐蚀。具体而言，离子流的破坏还可分为阳极反应、阴极反应两种，设备、工件中的金属粒子进入电解质溶液中，导致的交换性腐蚀，为阳极反应；设备、工件中的氧化剂将电解质溶液中的电子吸附导致的腐蚀，为阴极反应。其他少见的腐蚀类型还包括点状腐蚀、大气腐蚀等，可纳入金属腐蚀、电化学腐蚀两大类中，也可单独进行分析和处理。
2 化工机械设备的防腐措施
2.1 重视材料的选用
尝试提升机械化工设备应对腐蚀的能力，首先可就材料方面尝试优化，重视材料的选取、应用。目前多见的碳素钢材，在刚度上较为理想，且造价低廉，可大规模生产，但抗腐蚀能力不足。后续工作中，可尝试引入抗腐蚀能力更强的材料作为替代。原则上看，选材时应结合工作的具体需要，了解作业环境对设备的影响，包括工作对象的酸碱性、温度变化、负荷等。同时在设计的过程中，应考虑设备工作年限要求，使用年限较长的高价设备、无需进行材料全部换置的综合性设备，可单独进行设计，选取主要工作结构进行材料更换。如化工厂的酸反应设备，阀门、反应室、脱硫塔等，面临较大的腐蚀破坏威胁，应选用耐腐蚀性更高的钛钢合金，设备的支撑架等结构，不与腐蚀物直接接触，仍可应用刚度较大且造价低廉的碳素结构钢材料。
此外，具有研发能力的大型化工企业，也可在现有基础上谋求进行材料创新，研发更具抗腐蚀价值的新式材料。
2.2 尝试工艺优化
工艺优化牵涉到五个方面，包括结构工艺设计优化、金属涂层、腐蚀补偿工艺、缝隙和死角控制、应力集中的控制。结构工艺上，要求设备的外观、造型力求完整、简洁，以简单的立面磨平、弧状磨平为主，大型设备的连接处，可在金属材料的表面上使用具有形变自恢复能力的高分子复合材料，确保连接处连接紧密且可应对一般性的酸碱腐蚀破坏。金属涂层多用于机械化工设备表面，普通设备表面涂层厚度在 0.5-1.0mm 左右即可。应用于高温、高湿度环境下的机械化工设备，涂层厚度可达到 2.0mm 左右。可应用环氧树脂、酚醛树脂、邻苯二甲酸树脂材料等，此外应考虑特殊形状、部位的涂层处理，如设备的活动处、暴露处等应适当增加涂层厚度。
腐蚀补偿工艺是指在预防腐蚀的同时，针对无法避免的腐蚀破坏增加设计余量。一般机械化工设备内部不宜应用涂层防腐工艺，相关工件的设计，可在标准厚度的基础上，增加50%-100%，以应对酸碱破坏问题。缝隙和死角控制则依赖设计工艺的优化，要求在机械化工设备在设计过程中，借助二维或三维技术，计算设备的标准规格，建立模型，再根据模型尝试减少死角和缝隙，以完整的材料进行制造，将金属小块焊熔于连接缝隙等处，再做磨平处理，一次控制缝隙、死角内残留化学品造成腐蚀的问题。应力集中的控制是指在进行机械化工设备的设计时，借助连续焊接工艺，避免要变、焊瘤等缺陷，避免其成为腐蚀点，处理气体、液体类原料和产品的设备，在原料、产品的入口部分，应做加厚处理，保持入口各处平滑、无死角和缝隙，降低腐蚀发生可能。
2.3 电化学相关处理
在腐蚀控制上，电化学处理的价值十分突出，通过电化学防护，可避免、降低腐蚀破坏。
基本方式包括阳极保护和电流保护。阳极保护是指制造电势差，避免金属内的粒子外流。在设备工作区域，利用电极电弱于机械化工设备的金属保护物，电解质溶液（或其他腐蚀设备的物质）作为阴极，会优先与金属保护物发生反应，金属保护物中的金属粒子外流，进入电解质溶液中，可避免机械化工设备出现腐蚀。如在湿度较大区域内工作的机械化工设备，可在设备周边放置更易氧化的铁单质保护物、铝保护物等，保护对象包括储油罐、地下管道等。
外加电流保护可应对阴极破坏问题，其原理为制造人工外加电源，借助该电源发挥保护作用，保护对象为各类与电解质溶液接触、可吸附电子的机械化工设备。在实际工作中，将外置电源的正极连接到保护对象之外的防护物处，如已经出现氧化的金属块，阴极与电解质溶液（或其他腐蚀设备的物质）进行连接，使电解质溶液中的电子可与阳极一端的防护物进行正负价电子的交换，避免其对设设备造成腐蚀破坏。外加电流保护应用的过程中，需要注意电流强度的控制，一般应将电压等级控制在24 伏特以下，普通的机械化工设备保护，运用 3-6 伏特左右电压设备即可。
此外，机械化工设备的老化腐蚀等问题，需要通过常规巡检和更换老化物等方面进行处理，保证设备的使用价值、延长使用寿命。在实际生产中可采用预防性检修法，将化工机械设备分为 2-3 个等级，工作压力大、腐蚀风险高的列为一级设备，每周进行一次检查、更换老旧部件。其他设备可每个月进行一次检修，处理可能存在的腐蚀问题，进行老旧部分更换。
3、结语
综上，导致化工机械设备腐蚀的原因多样，可通过各类措施给予控制。腐蚀原因可分为内、外因素两个方面，原理各有不同，控制方式上，可重视材料的选用、尝试工艺优化，并做电化学相关处理，从多个角度以及可行的具体方式，降低化工机械设备的腐蚀率、腐蚀量，保持设备功能和使用寿命，间接降低成本。
参考文献：
[1] 熊杰 . 化工机械设备腐蚀原因及防腐措施分析 [J]. 内燃机与配件 ,2019(06):152-153.