化工设备的腐蚀与防护

交流一下

随着经济的发展，对化工产品的需求不断增加，越来越多生产设备的运行超出设计能力，因而目前对全球的化工企业而言，防止工艺设备因受到腐蚀发生故障而造成损失已成为迫在眉睫的问题。许多专家认为，材料保护和防腐措施是降低维护费用和使工厂安全稳定运行的重要保证。


　　腐蚀破坏到处可见，腐蚀事故频频发生，这除了因腐蚀本身所具有的自发性质外，很大程度上是因为人们对腐蚀的危害性估计不足，对腐蚀防护的重要意义认识不深，对腐蚀与防护科学缺乏应有的知识，没有采取防腐蚀措施、或采取的防腐蚀措施不当所致。


　　化工生产企业中普遍存在腐蚀性介质，化工机械设备会比一般行业设备腐蚀严重，在工业方面来讲，相对于其他行业而言， 化工生产企业的机械设备的腐蚀速度往往更快， 采取积极有效的防腐蚀措施，从设计、施工、运行防护各个方面考虑，有效提高防腐能力，延长设备寿命。 提高化工机械设备的防腐能力对于当今化工相关生产领域而言有着十分重要的现实意义。




一、关于腐蚀






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腐蚀的定义
　　腐蚀物质通过化学或者是化学作用而被损耗及破坏。从浅层次而言，腐蚀是由于材料和环境之间所发生的化学、电化学作用，而使得材料自身的功能受到了一定程度的损伤。化工机械设备在被腐蚀之后，其色泽、外形及其机械性能等各方面均可发生不同程度的变化，从而造成了化工机械设备的损坏以及能源、资源较为严重的浪费，使得化工企业的生产成本受到了较为较大的影响，化工企业也因此蒙受了经济上的损失。因而，采取积极有效的防腐蚀措施，提高化工机械设备的防腐能力是当今化工相关生产领域所面临的关键问题。
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腐蚀的分类
腐蚀：材料与周围环境发生作用而被破坏的现象。


　　腐蚀按材料种类分为金属腐蚀和非金属腐蚀。


　　腐蚀按表面形貌分为全面腐蚀和局部腐蚀；局部腐蚀又有小孔腐蚀、应力腐蚀破裂、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、磨损腐蚀等等；


　　金属腐蚀按机理可分为物理腐蚀、化学腐蚀、电化学腐蚀等。


　　物理腐蚀：材料单纯物理作用的破坏，一般是由溶解、渗透引起的，如熔融金属容器的溶解，高温熔盐、熔碱对容器的溶解渗透。


　　化学腐蚀：金属与非电解质直接发生化学作用引起的破坏。腐蚀过程是纯氧化-还原反应，腐蚀介质与金属表面的原子直接碰撞而形成腐蚀产物，反应中无电流产生，符合化学动力学规律。


　　电化学腐蚀：金属与电解质溶液发生电化学作用而引起的破坏。反应过程中有阳极失去电子和阴极获得电子以及电子的流动（电流），历程符合电化学动力学规律。
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腐蚀的危害
　　在化工工业中，金属是制造设备的主要材料，由于经常要和强烈的腐蚀性介质和各种酸、碱、盐有机溶剂及腐蚀性气体等接触而发生腐蚀。腐蚀不仅使金属和合金材料造成巨大的损失，影响设备的使用寿命，而且使得设备的检修周期缩短，增加非生产时间和修理费用；腐蚀使设备及管道的跑、冒、滴、漏现象更为严重，使原料和成品造成大量的损失，影响产品的质量，污染环境，危害人的身体健康；腐蚀引起的设备爆炸、火灾等事故，使设备遭到破坏而停止生产，造成巨大的经济损失甚至危及人的生命。






二、化工设备的防腐蚀措施
　　目前的防腐技术主要有：开发耐蚀材料，表面防蚀技术，缓蚀技术，电化学保护等。






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开发耐腐蚀材料
　　用来制造通用机械设备的材料大部分是普通的碳素钢，其特点在于价格低廉，供应方便，容加工。在普通的条件下使用，腐蚀对其的危害并不大， 但是如果是使用在化工行业这种高浓度腐蚀性介质的环境下， 因为其的抗腐蚀能力差，就很容易遭受腐蚀的破坏。如常用的 Q235 钢材，其在酸气、盐雾介质中的腐蚀速度高达0.5~1.0mm/a，各个企业都会定期的对设备构件进行防腐涂漆， 但只要漆膜出现划痕或者局部的脱落， 就会立即产生电化学腐蚀并不断的扩展，从而导致其使用寿命大大降低， 因此化工企业不宜采用这类钢材做为机械设备的原材料。而应该选用耐腐蚀钢如16MnCu、09MnCuPTi等普通低合金钢作为制造基材设备。虽然这类钢材较前者要贵，但是总体经济效益要高的多。据统计显示，低合金钢所制造的设备的使用寿命是采用普通碳素钢制造设备的寿命的2~3 倍， 所以其性价比还是高了很多。


　　耐蚀材料的开发研究是防腐蚀技术进步的突破口，人类各个时期的技术进步无不与其息息相关。耐蚀材料主要分为金属材料、高分子材料、无机非金属材料。


　　金属及合金材料是结构材料中的主体，其中钢铁占据主要地位，但是，钢铁的耐蚀性能具有局限性。具有高性能的合金及有色金属材料的开发和应用发展迅速，在一定程度上解决了局部腐蚀及特殊环境下的腐蚀问题。如含钼高的耐蚀合金，双相不锈钢，高纯铁素体不锈钢，镍基合金，低合金钢，钛及钛合。耐蚀非金属材料目前国内外耐蚀非金属材料在化工生产中应用非常广泛。非金属材料具有优良的耐蚀性能，而机械性能可以通过增强等途径来弥补，在某些领域已有发展为取代钢材的趋势。现在正在开发的如：耐蚀塑料，玻璃钢，石墨，搪玻璃，工程陶瓷








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表面覆盖层
　　在现有的防腐蚀手段中，表面耐蚀涂层和金属表面技术的费用占所有防腐蚀费用的87％左右。采取正确的表面防蚀技术是提高设备使用寿命、减少维修费用以及提高设备管理水平必不可少的途径。同时，采用表面防蚀技术，大大提高了整体材料的耐蚀性能。在化工和石油化工中常用的表面防蚀技术包括涂、衬、镀、渗以及近年发展起来的各种高技术，其中以涂层及衬里应用最广泛。


　　2.1耐蚀涂料


　　耐蚀涂料的开发一直是人们关注的研究领域，在化学工业中，耐蚀涂料主要用于建筑物、构筑物、装置及贮罐的内外壁及输水、输油、输气管线。据统计，防腐蚀涂层的损坏，其基体表面处理不当约占75％，因此，重视表面处理质量是当务之急。几种有发展前途的涂料，如富锌涂料，重防腐涂料，耐高温涂料，陶瓷类涂料，带锈涂装涂料，氟树脂涂料等等，正是当前国际上研究最热门的涂料。


　　2.2衬里技术及复合管道


　　衬里技术利用强度高的材料(如碳钢、玻璃钢、铸铁等)作结构材料，用耐蚀性能优异的材料作衬里层。衬里技术分紧衬、松衬等，国外重点发展紧衬技术。衬里技术常用于化工设备、管道等。


　　2.3其他表面工程技术


　　电镀、化学镀在化工防腐蚀应用中，电镀主要有镀铬、镀锌和镀镍。镀锌层的钝化是一个十分活跃的领域，近十年推出的低铬或无铬彩色钝化、黑钝化、军绿钝化及强钝化(含硅树脂或其他树脂的复合钝化层)，可使镀锌层在海洋大气、工业大气环境及工业水、江水河水环境中的耐蚀性大大提高。化学镀是采用金属盐和还原剂在同一溶液中进行自催化氧化还原反应，在固体表面沉积出金属镀层的成膜技术。化学镀镍磷合金及三元镍系合金，产品比电镀产品有更优异的耐蚀性和更大的选择，是目前国内外发展速度最快的表面处理工艺之一。


　　喷涂 喷涂是利用火焰、等离子、电弧喷涂，在材料和产品上获得金属、合金、无机、有机耐蚀耐磨表面层的一种工艺技术。


　　化学热处理 化学热处理特别是渗铝、渗铬，近十多年在化工机械防腐蚀上已有大量应用。


　　磷化 磷化作为涂装的一个重要前处理过程，已有多年的应用。近十多年来，碱金属三元系低温或常温磷化使磷化技术产生质的进步。






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电化学保护
　　电化学保护是指利用外部电流使金属(包括合金)腐蚀电位发生改变以降低其腐蚀速率的防腐蚀技术。电化学保护可分为阴极保护和阳极保护。电化学保护技术在化工防腐蚀领域中已引起广泛的重视和应用，是一种有效的、既经济又实用的防腐蚀手段。


　　阴极保护是在金属表面上通入足够的阴极电流，使金属电位变负，并使金属溶解速度减小。被保护设备的结构形状一般不宜太复杂，结构复杂的设备在靠近辅助阳极部位电流密度大，远离辅助阳极部位电流密度小，得不到足够的保护电流。甚至不起保护作用，产生所谓“遮蔽现象”。阴极保护主要用在水和土壤中的金属结构上，但一般必须用于设备结构简单、介质腐蚀性不太强的环境中。阴极保护除可防止一般的均匀腐蚀外，还可以防止一些材料的点蚀、晶间腐蚀、冲击腐蚀、选择性腐蚀等。


　　阳极保护是将被保护的金属构件与外加直流电源的正极相连，在电解质溶液中使金属构件阳极极化至一定电位，使其建立并维持稳定的钝态，从而阳极溶解受到抑制，腐蚀速度显著降低，使设备得到保护。对于没有饨化特征的金属，不能采用阳极保护。主要应用在：1.硫酸生产中的结构物，如碳钢储槽、各种换热器、三氧化硫发生器等。2.氨水及铵盐溶液中结构物，碳化塔、氨水储槽等。


　　在强氧化性介质中先考虑采用阳极保护；在既可采用阳极保护，也可采用阴极保护，并且二者保护效果相差不多的情况下，则应优先考虑采用阴极保护；如果氢脆不能忽略，则要采用阳极保护。






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缓冲剂
　　缓蚀剂是一种在很低浓度下，能使金属在腐蚀性介质中的腐蚀速度大大降低的物质。这种物质可以是一种化合物或几种化合物组成的复合物质。在化工行业中，缓蚀剂主要用于防止工业冷却水系统的腐蚀和化工设备、管道及锅炉等的化学清洗(酸洗)时的腐蚀。也有少量用于生产过程中的工艺性防腐。


　　工业冷却水系统用的缓蚀剂 化工生产过程中，工业冷却水用量很大，且于曝气而在冷却水中溶入了大量的溶解氧，导备腐蚀较为严重。由于腐蚀也使水质变坏，耗费量宝贵的水资源，可见采用缓蚀剂防腐蚀具有重的经济效益和社会效益。


　　化学清洗用的缓蚀剂 化工设备、管线、锅炉等由于受到化学、物理或生物的作用，其表面会出现污垢(如水垢、锈垢、油垢和生物垢等)，用化学的方法去除这些污垢而使之恢复到原来的表面状况的过程称为化学清洗。






三、结语


　　总而言之，在化工企业的生产过程当中，化工机械是保证化工企业进行正常生产的必要生产设备，化工机械设备所面临的防腐问题也逐渐受到了化工相关生产领域的普遍关注。努力提高化工机械设备的防腐能力，最大程度的延长化工机械设备的生产使用寿命，尽可能的降低化工企业的生产成本，已经成为了当今化工相关生产领域所面临的关键问题。

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