材料腐蚀的分类与化工设备防腐蚀方法

材料腐蚀的分类与化工设备防腐蚀方法

曹福泉

泰州市瑞隆防腐设备厂江苏泰州225500

摘要：化工设备是所有机械设备中的特殊存在，因其在工作时过多接触化工介质，要求化工设备在设计和使用时必须具备耐高温、高压、强腐蚀性等特点。因此在化工设备以及与之相关联的设计、工艺操作、热处理等各环节都要严格把关，制定相关防腐蚀措施，保障化工设备的安全性和可靠性。

关键词：材料腐蚀；化工设备；防腐蚀方法

材料的腐蚀环境复杂，影响因素很多，因此，材料的腐蚀分类也有多种方法。目前主要的腐蚀分类方法有依据腐蚀环境分类法、依据腐蚀机理分类法、依据腐蚀形态分类法、依据材料特性分类法、依据应用范围和影响因素分类法等。其中，以前三种方法应用最为广泛。

一、按腐蚀形态分类

从腐蚀的外观形态看，金属腐蚀可分为全面腐蚀和局部腐蚀。

全面腐蚀也称均匀腐蚀，腐蚀反应不同程度的分布在整个或大部分金属表面上，宏观上难以区分腐蚀电池的阴极和阳极。全面腐蚀分布均匀，危害较小。局部腐蚀即非均匀腐蚀，腐蚀反应集中在局部表面上。局部腐蚀又可分为电偶腐蚀、小孔腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、应力腐蚀破裂、磨损腐蚀、腐蚀疲劳和氢损伤等九种。

二、按腐蚀机理分类

按照腐蚀反应的机理来划分，金属腐蚀可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。二者的主要区别在于腐蚀过程中是否有电流产生。

化学腐蚀主要有气体化学腐蚀、高纯水中的化学腐蚀、中性盐中的化学腐蚀和非电解质中的化学腐蚀四种。

电化学腐蚀过程中同时存在着两个相对独立的反应过程——阳极反应和阴极反应，并有电流产生。

三、按腐蚀环境分类

按照腐蚀环境分类，可分为大气腐蚀、熔融金属的腐蚀、水腐蚀、土壤腐蚀及化学介质腐蚀。

由于腐蚀是材料或结构与环境介质发生作用而造成的，因而控制腐蚀的技术途径主要可以从材料、环境、界面三方面考虑。如何选取最佳防腐蚀方案，应充分研究化工设备所处的环境，这些环境大体包括户内户外的大气、冷热水、土壤、海水、气体、化学药剂、泥浆等，也就是这些环境成为了我们所说的腐蚀环境。防腐蚀方法的分类简述有以下几种：

一、环境处理的方法

环境处理的方法就是使环境在不影响工艺的范围内变化从而降低腐蚀性。通常，环境处理的方法有以下两种：

1除去环境中腐蚀性物质

a.除去水分。为防止室内大气的腐蚀，有效的方法是依靠大气的除湿使金属表面经常保持在露点以上，对装置内部的腐蚀、将水分控制在一定指标以下。比如在输送二氧化碳、硫化氢、氯化物等介质时，前置脱水装置。

b.脱去溶解在水中的氧。为防止中性水所引起的碳钢腐蚀，最有效的办法可采用机械脱气法或添加脱氧剂（如联氨、亚硫酸钠等）。

c.脱除其他有害成分。在某些工艺炼制过程中，为避免产生腐蚀性的酸性气体，可前置脱盐装置等。

2在环境中添加具有防腐蚀作用的成分

a.添加防腐蚀剂。在腐蚀环境中少量添加缓蚀剂，在金属表面形成保护膜，能显著抑制金属腐蚀的速度取得一定防腐蚀效果。如加入铬酸盐、钼酸盐、亚硝酸盐可在金属表面形成氧化膜，加入聚合磷酸盐、磷酸盐、锌盐等可使金属表面形成沉淀保护膜。加入胺类表面活性剂可使金属表面形成吸附保护膜等。但是在使用这类缓蚀剂时，添加的浓度要求十分严格。

b.添加钝化剂。如不锈钢、钛合金等；对于盐酸、硫酸之类的非氧化性酸，耐腐蚀性差，可通过添加氧和铬酸、硝酸、Fe3+、Cu2+等少量氧化剂，明显减小腐蚀。

c.添加中和剂。通过添加中和剂的方法调整PH值、氢氧化钠、碳酸钠、氨等可有效地避免酸性腐蚀，但使用方法要妥当。

二、表面防腐的方法

1涂漆

在设备表面涂漆是最常见、直观的一种防腐蚀方法，目前使用的防腐漆料大多为油料涂漆，邻苯二甲酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、等。为了能达到良好的防腐目的，除了对漆膜的漆刷能力、防锈能力、机械性质、漆膜的老化等有着严格要求外，还得对涂漆对象的材质、形状、表面状态、施工环境及使用条件等充分的了解。

2金属覆盖层

用耐腐蚀性好的金属覆盖结构材料表面。在覆盖这层材料时一般采用塞焊及点焊衬里、带状衬里焊接（将覆盖金属切长方形焊接在母材上）、金属复合法（铸造、压延、爆炸复合、堆焊），其中以复合不锈钢板在化工设备中应用最为广泛，该方法因其覆盖层防腐性能好且厚，故其有较长的寿命，但对厚度、间距、焊接性能、加工工艺等要求十分严格。

3有机衬里

由于防腐材料防腐性能较好且经济，故在化工防腐中得到广泛应用。这类有机衬里材料有热塑性树脂如：聚丙烯（PP）、聚四氟乙烯（PTFE）等，热固性树脂如酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂、聚酯、乙烯酯树脂等。其中以聚四氟乙烯为代表的工程塑料，由于其优异的介电性能与耐化学腐蚀性能，在各行各业得到了广泛的应用。

4无机衬里

目前所使用的无机衬里材料基本为化工陶瓷、化工搪瓷、玻璃、砖衬里、砂浆衬里等，同样对这些无机防腐衬里材料也有着耐腐蚀性、不透性、热稳定性、耐热性、机械性能等方面的要求。

三、电防腐蚀

电防腐蚀是对金属表面的局部腐蚀电池从外部通上直流防腐蚀电流，使局部电池内的腐蚀电流消失而成为防腐状态的方法，就是借助防腐电流使金属的电位下降到其稳定区域。

1牺牲阳极式

把防腐蚀设备与活泼金属阳极相连接，利用相互间的电池作用连续地通过电流的方式，也称为牺牲阳极法。

2外电源式

将持久电极设置在腐蚀介质中。

四、选用合理的设计结构

化工设备的腐蚀在很多场合下与其自身结构有关，不良结构所导致的局部应力、液体的停滞、局部过热等都会产生腐蚀。

1在进行结构设计时应尽量设法使局部应力和热应力降低，并避免存在高应力区。可采用热处理方法消除热应力，选择适当焊条减弱或消除焊缝应力并保持焊缝金属与主体金属化学成分一致，在零件焊接设计中遵循等厚或逐渐过渡原则，尽量不采用点焊和铆接结构。

2结构设计还应防止腐蚀介质的停滞、热负荷分配不均匀、蒸汽的冷凝和腐蚀产物的积压。为防止液体停滞，设备接管的焊接，最好采用对焊而不采用角焊。为避免沉淀和聚积死角区，容器壁与底部的连接应选择合理的形式。为避免缝隙存在，如在换热器管子与管板的连接可采用先胀后焊或先焊后胀等。腐蚀性液体若沿器盖和器壁流下能引起设备局部腐蚀和冲刷。

每种防护措施都具有其适用条件，在实际工作中具体采用怎样的技术，应根据腐蚀控制的目标、技术方法实施的可行性和经济性等加以综合考虑。

参考文献：

[1]刘道新.材料的腐蚀与防护.西安：西北工业大学出版社，2006

[2]高荣杰，杜敏.海洋腐蚀与防护技术.北京：化学工业出版社，2011

[3]吴望周.化工设备断裂失效分析基础.南京：东南大学出版社，1991