化工机械设备的防腐设计及防腐对策

2020-01-15赵真

化工设计通讯 2020年4期

关键词：非金属材料阳极防腐

赵真

（哈尔滨工程大学，黑龙江哈尔滨 150001）

化工生产中，机械设备所处环境往往比较复杂和恶劣，容易使机械设备产生腐蚀，轻则影响设备的外观，严重时将引起安全事故，所以机械设备腐蚀不容小觑，有必要深入探究有效的防腐对策。

1 化工机械设备腐蚀

腐蚀是指机械设备材料在环境等因素作用下产生的变质与破坏现象。对于化工机械设备，腐蚀现象按照机械设备的材质可以分成两种类型，即金属腐蚀与非金属腐蚀。

其中，金属腐蚀是指由化学或电化学造成的破坏，此外还包括生物作用与物理作用。这种腐蚀的形态大致可分成均匀与局部两类。不同形态往往相互关联，在实际的腐蚀当中可能包含多种形态。调查可知，局部腐蚀占比可达70%以上，同时某些局部腐蚀具有突发性，造成的后果具有灾难性，能引起很多安全事故。对此，不论是在选料还是在操作过程中，都要密切注意局部腐蚀，一旦发现，必须立即采取措施处理[1]。

对于非金属腐蚀，由于绝大部分非金属都不导电，所以这种腐蚀通常是指纯化学作用下或物理作用下产生的失效破坏。在非金属材料的表面和介质发生接触以后，气体与溶液都会立即扩散到非金属材料中，进而使材料自身各项性能发生明显的变化，比如强度降低和发生软化与硬化。

2 化工机械设备防腐

不同类型的材料处在不同的环境条件下所产生的腐蚀不同，包括腐蚀的形态和速度。在化工生产这种特定环境中，首先应选择腐蚀速度相对较慢的材料，其次是通过涂覆涂料或改善设计来起到预防与延缓腐蚀的作用。

2.1 选择适宜的耐腐蚀材料

要想保证选材的正确性，一方面要有完善且正确的数据，另一方面要具备腐蚀与防腐方面的知识。对材料而言，其耐腐蚀性是一项重要性能，和环境有着密切的关系，可借助均匀腐蚀率进行评价，目前分成以下四个等级：第一级为腐蚀率小于0.05mm/a，优良；第二级为腐蚀率在0.05～0.50mm/a，良好；第三级为腐蚀率在0.5～1.5mm/a，虽然也可以使用，但腐蚀情况会比较严重；第四级为腐蚀率大于1.5mm/a，不可使用，因为腐蚀情况会十分严重。不同材料的腐蚀率可以在说明和手册当中查询到。然而，对化工生产这种复杂且恶劣的环境而言，需通过实验来确定材料的腐蚀率，具体的操作方法为：取一定面积材料放到与生产环境相接近的环境当中，持续数日以后将其取出，清洗干净后称取质量，通过计算确定单位时间该材料单位面积质量损失率，最后根据材料的密度采用专门的公式计算腐蚀率。需要注意的是，以上指标是针对金属材料而言的，非金属材料的耐腐蚀性能需将外形的破坏程度、强度丢失与重量增加等作为依据来判断[2]。

2.2 防腐设计

对设计与制造人员而言，应充分了解设备腐蚀方面的知识，并参考以往的案例，避免由于设计原因导致腐蚀加剧。

（1）尽可能消除死角与缝隙。死角与缝隙都是液体无法流动的部位，虽然外部溶液当中金属腐蚀的腐蚀率相对较低，但这两个部位因腐蚀产物不断积聚或液体停滞等原因会使电位及pH 出现明显的变化，进而造成腐蚀，并且由以上原因造成的腐蚀还很难发现，且发展速度很快，极易产生破裂及穿孔。对此，在设计过程中应尽可能消除死角与缝隙[3]。

（2）消除或减小应力。部分设备不仅要承受外压力，还会在加工制造时产生一定应力，此时受特殊环境条件的作用，可能产生应力腐蚀现象，这种现象在采用不锈钢设备及部件时十分常见，不仅破坏的过程特别突然，而且危害极大。对此，通过合理的设计能杜绝或减轻这种腐蚀带来的危害，比如通过设计使应力的实际分布达到均匀，避免应力在局部聚集。在条件允许时还可通过退火来达到去应力的目的，消除对锻件、铸件和焊接件进行制造时产生的应力，但要注意退火时高温会使设备发生变形，并且该方法对大型设备而言比较麻烦，费用也很高[4]。

2.3 覆盖层保护

覆盖层可分成非金属与金属两种。涂层是目前广泛应用的防腐蚀方法，由溶剂、树脂材料与橡胶浆液等原料制成防腐层，直接覆盖在设备金属表面。虽然该方法简单有效，但只能用在腐蚀强度不是很大的条件下。另外，非金属衬里近几年也得到了快速的发展和广泛应用，尤其是在化工生产领域，考虑到绝大多数非金属材料都具有良好的耐腐蚀性，如瓷砖、橡胶与塑料等，所以可将金属和腐蚀环境分隔开，使衬里设备在具备金属刚性的同时具有非金属材料的耐腐蚀性能[5]。

2.4 电化学保护

电化学保护指的是通过外加电流改变金属的腐蚀电位，从而减慢金属的腐蚀速率。该方法可分成阴极与阳极保护两种，目前已经在化工生产领域得到十分广泛的应用，不仅效果显著，而且经济实用。

阴极保护是指在待保护金属的表面持续通入阴极电流，将金属的电位改变为负，同时减慢溶解的速度。该方法不适合结构形状比较复杂的对象，因为当结构比较复杂时，会在与阳极相距较近的位置产生很大电流密度，而与阳极相距较远的位置电流密度却很小，无法提供足够的保护功能。该方法主要用于处在水中与土中的结构，同时介质的腐蚀性不可过强，否则将无法起到理想的保护作用。该方法不仅能防止均匀腐蚀，还能预防选择性腐蚀、点蚀与冲击腐蚀。

阳极保护指的是对保护对象和外加电流的正极进行连接，然后放到电解质溶液中促使保护对象的阳极发生极化，创建并长时间维持在钝态，并抑制阳极溶解，减慢腐蚀的速度，实现保护的目的。如果被保护对象无钝化特征，则不可采用这一方法。

如果介质具有较强的氧化性，则以阳极保护为宜；如果以上两种保护方法都可以使用，则应优先使用阴极保护；若不可忽略氢脆，则应使用阳极保护的方法。

2.5 保证操作规范性

化工设备防腐除了要从材料和防腐手段两个方面入手，还要注意设备的操作，保证操作的规范性也能起到一定防腐作用。对此，要通过培训来提高操作人员的专业能力与安全意识，使他们能够严格按照相关规范进行操作。同时要加强设备的日常检查与维修，尤其是耐腐蚀能力较差的设备，应定期养护，必要时可建立档案记录设备实际情况，以保证日常维护与检修工作的针对性。发现设备发生腐蚀后，应立即采取措施处理，以免腐蚀进一步发展造成更严重的破坏。