摘要： 由于化工工業的特殊性，其設備很容易受到腐蝕，因此，化工設備就需要有效的防腐措施來延長設備的使用壽命。本文主要對化工設備的防腐控制進行了研究。
Abstract： Due to the special nature of the chemical industry， its equipment is susceptible to corrosion. So the chemical equipment needs effective anti-corrosion measures to extend the life. In this paper， the corrosion control of chemical equipment is studied.
關鍵詞： 腐蝕；化工設備；機械設備；防腐設計；防腐蝕
Key words： corrosion；chemical equipment；machinery equipment；antisepsis design；corrosion protection
中圖分類號：TQ05 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）01-0019-03
0 引言
由于行業的特殊性，在絕大部分化工企業里都會有腐蝕性的介質，這里的設備接觸腐蝕性介質更多，受腐蝕的速度更快，設備的腐蝕也就比其他行業更為嚴重，因此，化工生產企業里的生產設備最需要完善的是有效的防腐蝕舉措。而為達到延長設備使用壽命的目的就要從設備的運行、制造、設計等方面入手，從而降低設備的被腐蝕度。
1 腐蝕的定義
廣義的腐蝕指材料與環境間發生的化學或電化學相互作用而導致材料功能受到損傷的現象。狹義的腐蝕是指金屬與周圍環境發生的化學反應、電化學反應或物理溶解作用而導致金屬損壞。最直接來講就是，材料的自身功能受到了某種程度上的損傷，而這種損傷的直接原因就是腐蝕，其產生原因往往是環境和材料之間所產生的電化學和化學作用。這種損傷的最直接結果就是化工企業經濟上的損失，因為其機械設備產生損耗之后，在機械性能、色澤、外形等方面都受到了不同程度的影響，這就造成了資源的嚴重浪費和化工機械設備的損壞，進而讓企業的生產成本大大的增加，負擔加重。所以現今化工及化工相關的產業面臨的一個重大課題就是：如何采用有效的積極防腐舉措才能提高化工機械設備的防腐能力。
2 腐蝕的分類
從腐蝕的外觀形態看，金屬腐蝕可分為全面腐蝕和局部腐蝕。全面腐蝕一般表面均勻覆蓋著腐蝕產物膜，在不同程度上能使腐蝕減緩，如高溫氧化和易鈍化金屬（如不銹鋼、鈦、鋁等）在氧化環境中形成的鈍化膜，都具有良好的保護性，甚至能使腐蝕過程幾乎停止。全面腐蝕分布較均勻，危害較小。局部腐蝕的腐蝕反應集中在局部表面上，又可分為電偶腐蝕、應力腐蝕破裂、縫隙腐蝕、小孔腐蝕、磨損腐蝕和腐蝕疲勞等。在化工生產系統中，由于局部腐蝕造成的化工機械的腐蝕損壞事故要比全面腐蝕引起的事故多的多，因此，對于局部腐蝕的研究與控制愈益受到重視。
金屬腐蝕按機理可分為物理腐蝕、化學腐蝕和電化學腐蝕等。物理腐蝕是指金屬由于單純的物理溶解作用所引起的破壞。許多金屬在高溫熔鹽、熔堿及液態金屬中可發生這類腐蝕。例如用來盛放熔融鋅的鋼容器，由于鐵被液態鋅所溶解，鋼容器逐漸被腐蝕而變薄?；瘜W腐蝕是指金屬表面與非電解質直接發生純化學反應引起的損壞。通常在一些干燥氣體及非電解質溶液中進行。反應過程的特點是金屬表面的原子與非電解質中的氧化劑直接發生氧化還原反應，反應過程中無電流產生。電化學腐蝕是金屬與周圍的電解質溶液相接觸時產生的電化學反應而發生的腐蝕。它的特點是在腐蝕過程中有電流產生。電化學腐蝕是很普遍的，為人們所常見，其腐蝕原理與原電池一樣。
3 腐蝕的危害與控制腐蝕的意義
金屬腐蝕給國民經濟造成了巨大的損失，甚至帶來災難性的事故，浪費寶貴的資源與能源，而且污染環境。在國民經濟各部門中，每年都有大量的金屬構件和設備因腐蝕而報廢。據發達國家調查，每年由于腐蝕造成的損失約占國民經濟總產值的2%-4%。在腐蝕作用下，世界上每年生產的鋼鐵中有10%被腐蝕消耗。
2010年1月26日，世界鋼鐵協會25日公布了09年世界粗鋼總產量為12億1972萬噸，其中約3.6億噸因銹蝕將報廢，且其中1.2億噸將徹底變為不可回收的廢物。按09年全年均價4500元/噸計算，損失5400億元。腐蝕造成的損失是巨大的，它是材料設施的“癌癥”，但是通過采取科學的措施，腐蝕也是可以控制、減輕的，一般可降低25-30%。
4 化工設備的防腐蝕措施
目前的防腐技術主要有：開發耐蝕材料、表面防蝕技術、緩蝕技術和電化學保護等。
4.1 耐蝕材料的開發和應用 碳素鋼——是制作通用機械設備最常用的材料，其優勢表現在比較容易加工且價格比較便宜，而且供應也比較方便。這種材料制作的機械設備在一般的條件下使用是沒有什么問題的，腐蝕的危害不是太明顯，但是其抗腐蝕能力禁不起化工行業高濃度腐蝕環境的考驗，它的低抗腐蝕力使其很容易受到腐蝕介質的破壞。舉個常見的例子來說，Q235鋼材，這種鋼材在鹽霧，酸氣介質里的腐蝕速度能達到0.5-1.0mm/a，這就要求企業要定時的對這種鋼材制作而成的設備構件進行防腐性的涂漆，但這也要謹防漆膜出現局部脫落或劃痕，因為一旦產生裸露，鋼材就會產生電化學反應并不斷的擴散，這樣構件的使用壽命就大大減短了，所以化工企業不應該把這種鋼材作為原材料去制作機械設備。而是應該采用耐腐蝕的普通低合金鋼制作基礎構件，如16MnCu、09MnCuPTi等。從當前來看雖然此類鋼材要比Q235類鋼材要貴一些，可是從長遠來看，由耐腐蝕材料制作的設備長期效益要更高。就單從使用壽命來說，普通碳素鋼制造設備的壽命是低合金鋼制造設備使用壽命的三分之一，這樣算來，其性價比還是要高。 防腐蝕技術進步的突破口是對耐蝕材料的開發研究，人類各個時期的技術進步都跟它有著緊密的聯系。耐蝕材料主要分為高分子材料、無機非金屬材料、金屬材料。
合金材料及金屬是結構材料中的主體，其中占主要地位的是鋼鐵，可是，鋼鐵在抗腐蝕方面的能力又有限。為更好的解決特殊環境下的腐蝕問題及局部腐蝕，在有色金屬材料和高性能合金的應用和開發方面有了迅速的發展。如雙相不銹鋼、含鉬高的耐蝕合金、鎳基合金、高純鐵素體不銹鋼、鈦及鈦合金、低合金鋼。耐蝕非金屬材料在國內外化工生產中得到了非常廣泛的應用。因為非金屬材料機械性能可以通過增強等途徑來彌補而同時又具有優良的耐蝕性能，所以在某些領域的應用已經非常充分，大有取代鋼材的趨勢。目前正在開發的如工程陶瓷、搪玻璃、玻璃鋼、石墨和耐蝕塑料。
4.2 表面覆蓋層的應用 在目前的防腐蝕措施里，在金屬表面技術和表面耐蝕涂層的花費占所有防腐蝕費用的87％左右。要想減少維修費用，提高設備管理水平以及提高設備使用壽命就一定要采用適當的正確的表層防腐蝕手段，這是最有效最直接的方法。與此同時，使用表面防腐蝕技術大大的提高了整體材料的耐腐蝕性能。涂、襯、鍍、滲以及近年發展起來的各種高技術在化工和石油化工中成為常用的表面防蝕技術。其中又以襯里及涂層應用的最多。
4.2.1 耐蝕涂料 在化學工業中，耐蝕涂料的開發作為人們關注的重要研究領域，其主要用于建筑物、構筑物、裝置及貯罐的內外壁及輸水、輸油、輸氣管線。據數據統計，75％的防腐蝕涂層的損壞，是因為基體表面處理不當，所以，當務之急是重視表面處理質量。當前國際上研究最熱門的涂料，也是幾種比較有發展前途的涂料，如重防腐涂料、耐高溫涂料、富鋅涂料、帶銹涂裝涂料、氟樹脂涂料、陶瓷類涂料等。
4.2.2 襯里技術及復合管道 襯里技術是利用強度高的材料（如玻璃鋼、碳鋼、鑄鐵等）作結構材料，用耐蝕性能優異的材料作襯里層。襯里技術常用于化工設備、管道等。如陶瓷內襯復合鋼管具有耐磨、耐蝕、耐熱性能，因此可廣泛應用于電力、冶金、礦山、煤炭、化工等行業作為輸送砂、石、煤粉、灰渣、鋁液等磨削性顆粒物料和腐蝕性介質，是一種理想的耐磨蝕管道。
4.2.3 其他表面工程技術 電鍍、化學鍍在化工防腐蝕中的應用。電鍍是一種用電化學方法在鍍件表面上沉積所需形態的金屬覆層工藝。其目的是改善材料的外觀，提高材料的各種化學性能，賦予材料表面特殊的耐蝕性、耐磨性、裝飾性、焊接性及電、磁、光學性能等。電鍍時將零件作為陰極放在含有欲鍍金屬的鹽類電解質溶液中，通過電解作用而在陰極上（即零件）發生電沉積現象形成電鍍層。電鍍在化工設備的防腐上具有很好的效果，對一些金屬防腐作用顯著。
化學鍍是一種新型的金屬表面處理技術，是采用金屬鹽和還原劑在同一溶液中進行自催化氧化還原反應，在固體表面沉積出金屬鍍層的成膜技術?；瘜W鍍工藝簡便、節能環保，其鍍層具有良好的耐蝕性、耐磨性、厚度均勻以及良好的結合強度等優點，已經廣泛應用于航空航天、化工、機械、電子、汽車工業等領域，日益成為全世界表面處理技術的一個新發展。
4.3 電化學保護 電化學保護技術作為一種有效的、既經濟又實用的防腐蝕手段，在化工防腐蝕領域中已引起廣泛的重視和應用。它是指利用外部電流使金屬（包括合金）腐蝕電位發生改變以降低其腐蝕速率的防腐蝕技術，可分為陰極保護和陽極保護。
在金屬表面上通入足夠的陰極電流，使金屬電位變負，并使金屬溶解速度減小被稱為陰極保護。被保護的設備在結構上有一定的要求，通常情況下是不宜太復雜，結構復雜的設備在靠近輔助陽極部位電流密度大，遠離輔助陽極部位電流密度小，得不到足夠的保護電流。甚至不起保護作用，會產生所謂的“遮蔽現象”。陰極保護不僅要求設備的結構簡單，還要求設備所處環境的介質腐蝕性并不是很強，這種保護方法主要用于防止土壤、海水等中性介質中的金屬腐蝕。
陽極保護是將外加直流電源的正極與被保護的金屬構件相連，在電解質溶液中使金屬構件陽極極化至一定電位，使其建立并維持穩定的鈍態，從而陽極溶解受到抑制，腐蝕速度顯著降低，使設備得到保護。對于沒有飩化特征的金屬，不能采用陽極保護。主要應用在硫酸生產中的結構物（如碳鋼儲槽、各種換熱器、三氧化硫發生器等）和氨水及銨鹽溶液中的結構物（如碳化塔、氨水儲槽等）。
在強氧化性介質中先考慮采用陽極保護；在既可采用陽極保護，也可采用陰極保護，并且二者保護效果相差不多的情況下，則應優先考慮采用陰極保護；如果氫脆不能忽略，則要采用陽極保護。
4.4 緩蝕劑 緩蝕劑是一種向緩蝕體系中添加適當濃度，就能顯著降低金屬的腐蝕速度而對腐蝕劑濃度影響很小的化學物質。緩蝕劑的用量很少，雖然它不能改變金屬在介質中的腐蝕傾向，但它能在金屬表面形成保護膜，從而減緩金屬的腐蝕速度，從而抑制金屬的腐蝕。與其他防腐蝕方法相比緩蝕劑具有使用方便、經濟、有效的特點，廣泛地應用于石油化工、機械制造、交通等工業部門，并在某些工業生產中成為不可取代的重要防護措施，列入到生產工藝或操作規程中。石油工業是使用緩蝕劑最多的部門之一，從石油的鉆探、開發、集輸到煉制都要用到緩蝕劑。近些年來，隨著人類環境保護意識的增強和可持續發展思想的深入，對緩蝕劑的開發和應用也提出了新的要求，圍繞性能和經濟目標研究開發對環境不構成破壞作用即環境友好緩蝕劑成為未來緩蝕劑的發展方向。
5 結語
綜上所述，在化工企業的生產活動中，機械的正常運轉是維持企業生產正常的基本條件，因此，化工機械的防腐蝕問題就顯得非常的關鍵。提高化工機械的防腐能力，延長化工設備的使用壽命，成為了廣大化工機械研究工作者所重視的關鍵問題。
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