化工设备的腐蚀问题与防腐措施

引言

化工生产环境多存在酸碱、高温高压等腐蚀性因素，设备腐蚀是行业普遍面临的问题。设备腐蚀会导致泄漏、停机等事故，增加维修成本，甚至威胁人员安全。研究腐蚀问题及防腐措施，对提高设备可靠性、降低生产成本、保障生产安全具有重要意义。近年来采取加大研究力度，在腐蚀机理分析、防腐工艺改进等方面取得进展，但部分高端防腐技术仍依赖进口，整体防腐水平有待提升。

一、化工设备腐蚀的主要类型与机理

1.1 化学腐蚀

化学腐蚀是金属与非电解质直接发生化学反应的过程，不伴随电流产生。在化工生产中，常见于高温干燥环境，如加热炉管与高温烟气中的氧气、硫化氢等气体接触时，金属表面原子会与这些气体分子发生氧化或硫化反应，形成腐蚀产物膜。若产物膜疏松多孔，无法阻止介质渗透，腐蚀会持续向内部扩展，如碳钢在高温下形成的氧化铁皮易脱落，导致设备壁厚逐渐减薄。

1.2 电化学腐蚀

电化学腐蚀是化工设备最普遍的腐蚀形式，其本质是金属表面形成微电池效应。当金属接触电解质溶液时，表面因成分不均、应力差异等形成阳极区和阴极区：阳极发生氧化反应，金属失去电子变成离子进入溶液；阴极发生还原反应，吸收电子的介质被还原。电子通过金属基体从阳极流向阴极，形成持续电流，导致阳极区金属不断溶解。

1.3 其他类型腐蚀

磨损腐蚀由流体冲刷与腐蚀共同作用引发，高速流动的介质会冲掉金属表面的腐蚀产物膜，使新鲜金属不断暴露并被腐蚀，在离心泵叶轮、管道弯头处常见，表现为局部沟槽或麻点。应力腐蚀是应力与特定腐蚀介质协同作用的结果，如奥氏体不锈钢在含氯离子的高温环境中，会因拉伸应力诱发晶间裂纹，这种腐蚀具有突发性，常导致设备无预兆失效。缝隙腐蚀则发生在设备的法兰连接、螺栓间隙等部位，缝隙内介质流动受阻，即使耐蚀性优良的不锈钢也难以幸免。

二、化工设备腐蚀的影响因素

2.1 环境因素

环境是引发化工设备腐蚀的核心外部条件。介质的化学性质起决定性作用，酸性或碱性越强，对金属的侵蚀性越显著，尤其是含氯离子、硫离子的介质，易破坏金属表面钝化膜。温度升高会加速腐蚀反应速率，同时降低介质黏度，增强其渗透能力，使腐蚀更易向深层发展。压力增大则会提高气体在液体中的溶解度，如高压下二氧化碳更易溶解形成碳酸，加剧设备腐蚀。环境中的湿度与氧气含量也不容忽视，潮湿环境为电化学腐蚀提供电解质条件，氧气作为阴极反应的氧化剂，会加速金属的氧化溶解。

2.2 材料因素

设备材质的耐蚀性是抵抗腐蚀的内在基础。金属材料的化学成分直接影响其抗蚀能力，如铬、镍等元素能在钢材表面形成致密氧化膜，提升耐蚀性；而杂质含量过高会导致材质不均，形成微电池引发局部腐蚀。材料的微观结构也至关重要，晶粒粗大或存在偏析现象的金属，晶界处易成为腐蚀薄弱点。

2.3 工艺因素

生产过程中的工艺条件包括工艺环境及设备所承受的应力和应变对腐蚀也有重要影响。流体流速过高会存在冲蚀现象，将腐蚀产物膜冲破，金属暴露在外继续腐蚀；流速过低会存在滞留液体的问题，产生浓差腐蚀。搅拌强度不一致会存在搅拌不均匀导致在设备的局部存在湍流，增加磨损腐蚀。工艺参数发生较大波动也会对腐蚀产生不利，比如温度、压力的频繁波动会造成热应力和动应力，这三种应力与腐蚀介质共同作用下，促进应力腐蚀开裂的发生。

三、化工设备的防腐措施

3.1 合理选择材料

从原材料即从源头控制腐蚀应该合理地选择材料，根据物料本身的性质、介质的温度以及压力等条件选择具有针对性耐蚀性能的材料。对于强腐蚀性的介质，可以用一些特殊金属材料如钛、哈氏合金等材质，它能够保证表面的生成稳定的钝态的薄膜，从而避免酸碱的腐蚀作用；中等腐蚀性的环境下，由于不锈钢含铬、含镍的原因可以优先考虑选择不锈钢材质，但是其中 316 不适宜用来抵抗Cl-的腐蚀，而 304 对Cl-的抵抗力要强于 316；一些常用的耐腐蚀性非金属材料如聚四氟乙烯、玻璃钢适用于常温下腐蚀性的场合，重量轻，价格便宜等。

3.2 涂层防护技术

涂覆保护法就是通过在机件表面涂覆一层涂膜形成隔离层，将腐蚀性液体或气体与裸露的金属隔离。有机涂层如环氧树脂、聚氨酯涂层等，它有优越的附着力和抗化学药品能力，可直接用于储罐、管道外侧涂覆防腐蚀，涂层应平整均匀光滑，做到无针孔，涂层厚度按设计值执行。无机涂层如搪瓷、陶瓷涂覆层等，耐高温磨损性强，适用于反应釜内衬，但避免强烈撞击致使搪瓷涂层掉落。

3.3 电化学保护

电化学保护是基于电化学原理减少金属腐蚀的保护方法，分为阴极保护的牺牲阳极法和外加电流法：牺牲阳极保护是利用电化学原理在被保护设备上加锌、镁等比保护电位更负的材料作阳极使设备成为阴极进行保护的腐蚀保护方法，主要适用于小型设备的局部防腐。牺牲阳极保护特别适用于少量腐蚀性介质。外加电流保护方法是利用外部电源在被保护设备上加一负电位，以消减腐蚀电流的腐蚀保护方法，主要用于大型储罐等场合。阳极保护主要针对可钝化金属进行保护，利用加阳极电流在被保护表面形成稳定钝化膜，如不锈钢在 H2SO4 介质中用阳极保护，能降低腐蚀速率。

3.4 工艺优化

控制生产条件，工艺优化控制工艺参数消除腐蚀机理。尽量将介质的酸碱性控制在弱酸性或中性，必要时加入中和剂调节；将介质的工作温度控制在腐蚀钝化区，减弱高温对于腐蚀的促进。通过流道设计，在临界流态下进行流场模拟减少流体紊流状态降低流速防止冲蚀。搅拌器上设计导板将液相进行掺混防止局部过浓，加入缓蚀剂抑制介质的化学腐蚀。缓蚀剂根据介质、设备材质选配，例如酸性的介质，常用的缓蚀剂有有机胺等。

3.5 定期维护与检测

定期维护与检测是保障防腐效果的关键。日常巡检需观察设备表面有无锈蚀、涂层剥落，接口处是否泄漏，发现问题及时处理。定期检测包括超声波测厚，监测设备壁厚变化，判断腐蚀速率；渗透检测可发现表面微小裂纹，预防应力腐蚀扩展。对于停用设备，需清空介质并清洗，干燥后封闭进出口，必要时充入惰性气体保护，避免闲置期间腐蚀。建立设备腐蚀档案，记录检测数据和维护情况，预测剩余寿命，制定合理的检修计划，确保设备在腐蚀允许范围内安全运行。

结语

化工设备腐蚀受多因素影响，危害显著。合理选材、涂层防护、电化学保护等措施，需协同作用形成综合防腐体系。通过工艺优化与定期维护，可有效延缓腐蚀，保障设备安全运行。新型材料与智能防腐技术的发展，将为化工设备防腐提供更高效方案，助力行业可持续发展。

参考文献

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