化工设备腐蚀及防腐分析

化工设备腐蚀及防腐分析

摘要：化工设备腐蚀是自发的普遍现象，设备被腐蚀后，在外形、色泽及设备性能方面都将发生变化，造成设备损坏和严重的安全事故。提高化工设备的防腐能力，加强对设备管理工作非常重要。

关键词：化工设备;压力容器;腐蚀;防腐 前言

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。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。

化工容器极易被腐蚀，从而影响其使用，本文从不同角度分析造成压力容器腐蚀的原因，并提出防止腐蚀的建议。

1 化学压力容器的腐蚀类型

1.1 物理腐蚀

是指单纯的物理溶解造成的金属损坏。这种腐蚀不是由化学或电化学反应引起的，而是液态金属中发生的物理腐蚀，造成金属物理溶解。比如盛放熔融锌的钢制容器，就会被液态锌溶解导致损坏。

1.2 化学腐蚀

是指金属表面与非电解质发生纯化学反应而引起的破坏。通常发生在一些干燥气体和非电解质溶液中。属于干腐蚀，腐蚀过程无电流产生。包括高温氧化，即金属在高温和环境中氧的作用下生成金属氧化物。引起高温氧化的介质通常包括O2、CO2、H2O、SO2、H2S等。高温氧化的特殊形式是高温硫化，金属在含硫介质和高温的共同作用下会生成金属硫化物。在高温和碳环境中，钢铁与碳化物接触发生分解生产游离碳，使钢表面氧化膜破损，并渗入钢中生成碳化物。乙烯裂解炉炉管和合成氨装置的转化炉炉管容易发生次现象。在高温和环境中O2、H2O、H2作用下，使碳钢和低合金钢中钢表面发生脱碳现象，造成表面硬度下降，疲劳极限降低。

1.3 电化学腐蚀

指金属表面与电解质溶液发生电化学反应，是湿反应，反应过程有电流产生。通常按照电化学机理进行的腐蚀都会有阳极氧化反应和阴极还原反应，电化学腐

蚀是一种最常见的腐蚀，既可以是单一电化学反应，也可以是环境、设备和电化学共同作用的复杂过程。

常见的电化学腐蚀类型包括点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、氢致开裂、氢腐蚀、腐蚀疲劳、磨损腐蚀等。

1.3.1 氢致开裂

这是一种在湿硫化氢环境下对钢的损伤形式，与钢发生电化学腐蚀反应产生氢原子，进入钢内部缺陷部位，聚集成氢分子，使局部压力升高。主要在塑性夹杂物部位开裂、裂纹有分段并平行于钢板表面。炼油装置中容易发生氢致开裂的设备有汽油稳定蒸馏塔顶冷凝器、汽提塔塔顶冷凝器、加氢脱硫装置中的成品冷却器、油田集输油管线等。

1.3.2 应力腐蚀

压力容器的应力腐蚀又称腐蚀破裂，这种破坏形式是指承压特种设备在腐蚀性介质作用下，引起金属器壁由厚变薄，材料组织结构发生改变，设备性能降低，导致承压设备损坏。

压力容器本身要承受巨大的拉伸应力，同时由于开孔和焊缝位置的应力集中、残余应力，再加上容器本身的工作介质往往具有腐蚀性，使得压力容器壳体发生破裂。在拉伸应力和腐蚀介质共同作用下形成腐蚀破裂。腐蚀使金属材料有效面积减少、表面形成缺口、造成应力集中；应力同时会加快腐蚀进程，使表面缺口向深处扩展，最终导致断裂。应力腐蚀断裂往往无明显变形，一般突然发生脆性断裂，危害性非常大。

2 化工设备腐蚀的相关因素

金属腐蚀过程取决于压力容器中金属及合金的成分、杂质含量和表面状态、应力状态等内在因素，同时受到介质温度、压力、流动速度、介质浓度等外部条件的影响，这些因素互相作用、相互制约。

2.1 压力容器本身特性

金属本身化学特性决定了金属的腐蚀。合金在特定的腐蚀环境中都会产生腐蚀，腐蚀速度与合金含量密切相关，金属表面状态和晶型也会影响腐蚀。压力容器中杂物也会加速金属腐蚀。金属品粒越粗越容易腐蚀。金属在加工过程中冷、热加工，受到冲压、焊接、煅烧等影响，出现变形，产生较大内应力；深拉、冲孔、焊接等制造过程也会产生残余应力，这些都会加速腐蚀过程，特别是硫化氢环境里更易引起压力腐蚀破裂。

2.2 环境因素造成压力容器腐蚀

化工生产过程使压力容器的运行环境存在一定腐蚀性，如酸、碱、盐、水、氧等介质。介质的温度越高，压力越高，腐蚀速度越快；介质流动速度越快越容易腐蚀。因此要根据金属材料对腐蚀介质的适用范围，控制好合适的介质种类、化学成分、介质浓度、杂质、水分、PH值、含氧量等参数。

压力容器设计结构不合理、选材不当、制造加工工艺不高、焊接残余应力等因素也会影响金属腐蚀。腐蚀介质和温度都会使压力容器产生应力腐蚀。

3 化工压力容器的防腐措施

化工压力容器腐蚀破坏对化工安全生产威胁极大,虽然目前还无法做到对腐蚀完全控制,但只要我们掌握化工压力容器腐蚀破坏的规律和影响因素,就可以采取防范措施来减缓或抑制腐蚀,笔者认为,应采取如下措施。

3.1 选用合适的压力容器材料

化工压力容器设计应考虑防腐。为了防止设备在运行过程中急速腐蚀,在设计中要减少应力集中,尽量消除可能引起腐蚀介质积聚的缺口和缝隙,并注意设备金属的组织和结构。

在设计中应合理选择设备材质和衬里。设备以碳钢为主,必要时应选择不锈钢、钛材。衬里材料可选择橡胶、石墨、玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯等耐腐蚀材料。

3.2 缓蚀剂防腐

在腐蚀介质中添加低浓度下能抑制金属腐蚀的物质，减慢金属腐蚀的速度。此方法应用最广泛，加入缓蚀剂，在电极表面形成钝化膜或吸附膜，加快电化学腐蚀的极化程度，降低腐蚀电流，需要根据要保护的金属种类、腐蚀介质来确定缓蚀剂的种类。

3.3在设备的结构和工艺上使用防腐设计

设备结构尽可能简单，太复杂的结构会引起结构应力集中、积液等问题的发生，从而引发局部氧化腐蚀、缝隙的氧化腐蚀以及应力的腐蚀。相焊接的结构，尽量选用同种金属原料。

3.4化工设备强度设计上防腐的考虑

化工设备所处的工作环境特殊，腐蚀性特别强，所以对化工设备的强度要求也要特别考虑，构件除了要满足设备的工作强度和刚度，还必须对腐蚀留有余量，这个余量的要求一般是设备的设计寿命内，腐蚀深度的2倍。

3.5加强对化工设备腐蚀的控制

对于化工设备的防腐控制不仅要定期对设备进行防腐涂漆外，还要改善金属的本质和对金属表面进行处理，也要注意改善腐蚀环境和电化学腐蚀的保护。要控制住周围的环境污染程度，尽可能的降低有害、有腐蚀性气体的浓度，控制工作环境中的温度和湿度。根据电化学腐蚀原理，采用牺牲阳极，保户阴极的方法对设备进行保护。还可以采用加入外加电流的方法也可以防止腐蚀的发生。它主要是把保护金属盒另外一个附加电极作为电池的阴极与阳极，同时把被保护的金属当做电池的阴极，然后在外加直流电的作用下，对阴极达到了保护作用。

3.6在金属表面涂保护层

可在金属表面涂非金属或金属保护层，将金属与腐蚀介质隔绝开，达到防腐蚀的目的。一般涂抹油漆、塑料、沥青、高分子材料等非金属保护层。用电镀、热镀、化学镀等形成金属保护层。不锈钢表面应该酸洗钝化。

3.7正确选择和确定检验的重点部位

化工压力容器必须定期进行检验,为了防止压力容器发生漏检和误检,应正确选择和确定检验的重点部位。这些重点检验部位应包括

(1)容易造成液体滞留或固体物质沉积的部位,如容器底部,底封头等;(2)连接结构中容易形成缝隙死角的部位,如胀接结构,容器内支承件等;(3)应力集中部位,如容器开孔、焊接交叉、T型焊结构等;(4)容器的气液相交界部位;如变换热交换器和饱和热水塔底部;(5)局部温差变化大的部位,如容器内的局部过热点;(6)容器进料口附近和管口对面壁体。

3.8对腐蚀介质进行处理。

在生产条件允许的情况下,对腐蚀介质进行处理,脱除引起严重腐蚀的有害成份,或采用中和剂、缓冲剂、抗垢剂来减轻和抑制腐蚀作用,提高设备的抗腐蚀性能。

3.9加强设备的日常巡查及维护。

加强化工压力容器的日常巡查及维护是抑制腐蚀破坏的重要措施之一。发现液位,温度、压力、浓度等参数不符合工艺要求时,要意识到是否是由于腐蚀原因使计量失效。对设备的外表要经常维护、擦拭、减少大气腐蚀;特别对停用的压力容器要彻底清洗和排污,认真做好防腐保养。

3.10重视设备整改,消除事故隐患。

化工压力容器在长期的生产运行中,受到不同程度的隐患威胁,尤其是腐蚀问题,若腐蚀已使容器达到报废程度,一定要更新换设备。决不能抱侥幸心理,否则将酿成大祸。

三、结束语

腐蚀的破坏是化工生产中的一个很重要的问题。化工设备的腐蚀不仅影响设备的正常运行和设备的使用寿命，而且也存在着巨大的安全隐患，造成极大的环境污染。因此要加强化工设备的防腐蚀能力，对提高化工设备的使用年限，降低企业的生产成本等都具有较大的意义。

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