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關于化工設備的腐蝕與防護,你知道多少?
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隨著經濟的發展,對化工產品的需求不斷增加,越來越多生產設備的運行超出設計能力,因而目前對全球的化工企業而言,防止工藝設備因受到腐蝕發生故障而造成損失已成為迫在眉睫的問題。許多專家認為,材料保護和防腐措施是降低維護費用和使工廠安全穩定運行的重要保障。

腐蝕破壞到處可見,腐蝕事故頻頻發生,這除了因腐蝕本身所具有的自發性質外,很大程度上是因為人們對腐蝕的危害性估計不足,對腐蝕防護的重要意義認識不深,對腐蝕與防護科學缺乏應有的知識,沒有采取防腐蝕措施、或采取的防腐蝕措施不當所致。

化工生產企業中普遍存在腐蝕性介質,化工機械設備會比一般行業設備腐蝕嚴重,在工業方面來講,相對于其他行業而言,化工生產企業的機械設備的腐蝕速度往往更快,采取積極有效的防腐蝕措施,從設計、施工、運行防護各個方面考慮,有效提高防腐能力,延長設備壽命。提高化工機械設備的防腐能力對于當今化工相關生產領域而言有著十分重要的現實意義。

一、關于腐蝕

1.腐蝕的定義

腐蝕物質通過化學或者是化學作用而被損耗及破壞。從淺層次而言,腐蝕是由于材料和環境之間所發生的化學、電化學作用,而使得材料自身的功能受到了一定程度的損傷?;C械設備在被腐蝕之后,其色澤、外形及其機械性能等各方面均可發生不同程度的變化,從而造成了化工機械設備的損壞以及能源、資源較為嚴重的浪費,使得化工企業的生產成本受到了較為較大的影響,化工企業也因此蒙受了經濟上的損失。因而,采取積極有效的防腐蝕措施,提高化工機械設備的防腐能力是當今化工相關生產領域所面臨的關鍵問題。

2.腐蝕的分類

腐蝕:材料與周圍環境發生作用而被破壞的現象。

腐蝕按材料種類分為金屬腐蝕和非金屬腐蝕。

腐蝕按表面形貌分為全面腐蝕和局部腐蝕;局部腐蝕又有小孔腐蝕、應力腐蝕破裂、縫隙腐蝕、電偶腐蝕、磨損腐蝕等等;

金屬腐蝕按機理可分為物理腐蝕、化學腐蝕、電化學腐蝕等。

物理腐蝕:材料單純物理作用的破壞,一般是由溶解、滲透引起的,如熔融金屬容器的溶解,高溫熔鹽、熔堿對容器的溶解滲透。

化學腐蝕:金屬與非電解質直接發生化學作用引起的破壞。腐蝕過程是純氧化-還原反應,腐蝕介質與金屬表面的原子直接碰撞而形成腐蝕產物,反應中無電流產生,符合化學動力學規律。

電化學腐蝕:金屬與電解質溶液發生電化學作用而引起的破壞。反應過程中有陽極失去電子和陰極獲得電子以及電子的流動(電流),歷程符合電化學動力學規律。

3.腐蝕的危害

在化工工業中,金屬是制造設備的主要材料,由于經常要和強烈的腐蝕性介質和各種酸、堿、鹽有機溶劑及腐蝕性氣體等接觸而發生腐蝕。腐蝕不僅使金屬和合金材料造成巨大的損失,影響設備的使用壽命,而且使得設備的檢修周期縮短,增加非生產時間和修理費用;腐蝕使設備及管道的跑、冒、滴、漏現象更為嚴重,使原料和成品造成大量的損失,影響產品的質量,污染環境,危害人的身體健康;腐蝕引起的設備爆炸、火災等事故,使設備遭到破壞而停止生產,造成巨大的經濟損失甚至危及人的生命。

二、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,電化學保護等。

1.開發耐腐蝕材料

用來制造通用機械設備的材料大部分是普通的碳素鋼,其特點在于價格低廉,供應方便,容加工。在普通的條件下使用,腐蝕對其的危害并不大,但是如果是使用在化工行業這種高濃度腐蝕性介質的環境下,因為其的抗腐蝕能力差,即很容易遭受腐蝕的破壞。如常用的Q235鋼材,其在酸氣、鹽霧介質中的腐蝕速度高達0.5~1.0mm/a,各個企業都會定期的對設備構件進行防腐涂漆,但只要漆膜出現劃痕或者局部的脫落,即會立即產生電化學腐蝕并不斷的擴展,從而導致其使用壽命大大降低,因此化工企業不宜采用這類鋼材做為機械設備的原材料。而應該選用耐腐蝕鋼如16MnCu、09MnCuPTi等普通低合金鋼作為制造基材設備。雖然這類鋼材較前者要貴,但是總體經濟效益要高的多。據統計顯示,低合金鋼所制造的設備的使用壽命是采用普通碳素鋼制造設備的壽命的2~3倍,所以其性價比還是高了很多。

耐蝕材料的開發研究是防腐蝕技術進步的突破口,人類各個時期的技術進步無不與其息息相關。耐蝕材料主要分為金屬材料、高分子材料、無機非金屬材料。

金屬及合金材料是結構材料中的主體,其中鋼鐵占據主要地位,但是,鋼鐵的耐蝕性能具有局限性。具有高性能的合金及有色金屬材料的開發和應用發展迅速,在一定程度上解決了局部腐蝕及特殊環境下的腐蝕問題。如含鉬高的耐蝕合金,雙相不銹鋼,高純鐵素體不銹鋼,鎳基合金,低合金鋼,鈦及鈦合。耐蝕非金屬材料目前國內外耐蝕非金屬材料在化工生產中應用非常廣泛。非金屬材料具有優良的耐蝕性能,而機械性能可以通過增強等途徑來彌補,在某些領域已有發展為取代鋼材的趨勢?,F在正在開發的如:耐蝕塑料,玻璃鋼,石墨,搪玻璃,工程陶瓷

2.表面覆蓋層

在現有的防腐蝕手段中,表面耐蝕涂層和金屬表面技術的費用占所有防腐蝕費用的87%左右。采取正確的表面防蝕技術是提高設備使用壽命、減少維修費用以及提高設備管理水平必不可少的途徑。同時,采用表面防蝕技術,大大提高了整體材料的耐蝕性能。在化工和石油化工中常用的表面防蝕技術包括涂、襯、鍍、滲以及近年發展起來的各種高技術,其中以涂層及襯里應用很廣泛。

2.1耐蝕涂料

耐蝕涂料的開發一直是人們關注的研究領域,在化學工業中,耐蝕涂料主要用于建筑物、構筑物、裝置及貯罐的內外壁及輸水、輸油、輸氣管線。據統計,防腐蝕涂層的損壞,其基體表面處理不當約占75%,因此,重視表面處理質量是當務之急。幾種有發展前途的涂料,如富鋅涂料,重防腐涂料,耐高溫涂料,陶瓷類涂料,帶銹涂裝涂料,氟樹脂涂料等等,正是當前國際上研究很熱門的涂料。

2.2襯里技術及復合管道

襯里技術利用強度高的材料(如碳鋼、玻璃鋼、鑄鐵等)作結構材料,用耐蝕性能優異的材料作襯里層。襯里技術分緊襯、松襯等,國外重點發展緊襯技術。襯里技術常用于化工設備、管道等。

2.3其他表面工程技術

電鍍、化學鍍在化工防腐蝕應用中,電鍍主要有鍍鉻、鍍鋅和鍍鎳。鍍鋅層的鈍化是一個十分活躍的領域,近十年推出的低鉻或無鉻彩色鈍化、黑鈍化、軍綠鈍化及強鈍化(含硅樹脂或其他樹脂的復合鈍化層),可使鍍鋅層在海洋大氣、工業大氣環境及工業水、江水河水環境中的耐蝕性大大提高?;瘜W鍍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鍍鎳磷合金及三元鎳系合金,產品比電鍍產品有更優異的耐蝕性和更大的選擇,是目前國內外發展速度很快的表面處理工藝之一。

噴涂噴涂是利用火焰、等離子、電弧噴涂,在材料和產品上獲得金屬、合金、無機、有機耐蝕耐磨表面層的一種工藝技術。

化學熱處理化學熱處理特別是滲鋁、滲鉻,近十多年在化工機械防腐蝕上已有大量應用。

磷化磷化作為涂裝的一個重要前處理過程,已有多年的應用。近十多年來,堿金屬三元系低溫或常溫磷化使磷化技術產生質的進步。

3.電化學保護

電化學保護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。電化學保護可分為陰極保護和陽極保護。電化學保護技術在化工防腐蝕領域中已引起廣泛的重視和應用,是一種有效的、既經濟又實用的防腐蝕手段。

陰極保護是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。被保護設備的結構形狀一般不宜太復雜,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,產生所謂“遮蔽現象”。陰極保護主要用在水和土壤中的金屬結構上,但一般必須用于設備結構簡單、介質腐蝕性不太強的環境中。陰極保護除可防止一般的均勻腐蝕外,還可以防止一些材料的點蝕、晶間腐蝕、沖擊腐蝕、選擇性腐蝕等。

陽極保護是將被保護的金屬構件與外加直流電源的正極相連,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:1.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。2.氨水及銨鹽溶液中結構物,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.緩沖劑

緩蝕劑是一種在很低濃度下,能使金屬在腐蝕性介質中的腐蝕速度大大降低的物質。這種物質可以是一種化合物或幾種化合物組成的復合物質。在化工行業中,緩蝕劑主要用于防止工業冷卻水系統的腐蝕和化工設備、管道及鍋爐等的化學清洗(酸洗)時的腐蝕。也有少量用于生產過程中的工藝性防腐。

工業冷卻水系統用的緩蝕劑化工生產過程中,工業冷卻水用量很大,且于曝氣而在冷卻水中溶入了大量的溶解氧,導備腐蝕較為嚴重。由于腐蝕也使水質變壞,耗費量寶貴的水資源,可見采用緩蝕劑防腐蝕具有重的經濟效益和社會效益。

化學清洗用的緩蝕劑化工設備、管線、鍋爐等由于受到化學、物理或生物的作用,其表面會出現污垢(如水垢、銹垢、油垢和生物垢等),用化學的方法去除這些污垢而使之恢復到原來的表面狀況的過程稱為化學清洗。

三、結語

總而言之,在化工企業的生產過程當中,化工機械是保障化工企業進行正常生產的必要生產設備,化工機械設備所面臨的防腐問題也逐漸受到了化工相關生產領域的普遍關注。努力提高化工機械設備的防腐能力,很大程度的延長化工機械設備的生產使用壽命,盡可能的降低化工企業的生產成本,已經成為了當今化工相關生產領域所面臨的關鍵問題。


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