化工设备的腐蚀与防腐蚀措施

化工设备的腐蚀与预防腐蚀措施

【摘要】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。许多专家认为,材料保护和防腐措施是降低维护费用和使工厂安全稳定运行的重要保证。

【关键词】化工设备;腐蚀;防腐蚀

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。许多专家认为,材料保护和防腐措施是降低维护费用和使工厂安全稳定运行的重要保证。

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。

1.1腐蚀的分类

腐蚀:材料与周围环境发生作用而被破坏的现象。

腐蚀按材料种类分为金属腐蚀和非金属腐蚀。

腐蚀按表面形貌分为全面腐蚀和局部腐蚀;局部腐蚀又有小孔腐蚀、应力腐蚀破裂、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、磨损腐蚀等等;

金属腐蚀按机理可分为物理腐蚀、化学腐蚀、电化学腐蚀等。

物理腐蚀:材料单纯物理作用的破坏,一般是由溶解、渗透引起的,如熔融金属容器的溶解,高温熔盐、熔碱对容器的溶解渗透。

化学腐蚀:金属与非电解质直接发生化学作用引起的破坏。腐蚀过程是纯氧化-还原反应,腐蚀介质与金属表面的原子直接碰撞而形成腐蚀产物,反应中无电流产生,符合化学动力学规律。

电化学腐蚀:金属与电解质溶液发生电化学作用而引起的破坏。反应过程中有阳极失去电子和阴极获得电子以及电子的流动(电流),历程符合电化学动力学规律。

1.2腐蚀的危害与控制腐蚀的意义

腐蚀遍及国名经济的各个领域,从日常生活到工农业生产,从普通技术到尖端科学,都存在腐蚀问题。由于腐蚀,大量材料变成废料(每年因腐蚀报废的钢铁约占年产量的30%,其中2/3可回收,其余完全变为废物),设备失效,甚至造成灾难性事故。

2010年1月26日,世界钢铁协会25日公布了09年世界粗钢总产量为12亿1972万吨,其中约3.6亿吨因锈蚀将报废,且其中1.2亿吨将彻底变为不可回收的废物。按09年全年均价4500元/吨计算,损失5400亿元。我国2000年用Hoar法调查结果

部门直接腐蚀损失(亿元)

化工300

能源部门(电力、石油、煤)172.1

建筑部门(公路、桥梁、铁路)1000

机械工业512.43

交通部门(火车、汽车)303.9

合计2288.3

如考虑间接损失,总计可达5000亿,占当时国民经济生产总值的5%。

腐蚀造成的损失是巨大的,它是材料设施的“癌症”,但是通过采取科学的措施,腐蚀也是可以控制、减轻的,一般可降低25~30%。

2.化工设备的防腐蚀措施

目前的防腐技术主要有:开发耐蚀材料,表面防蚀技术,缓蚀技术,电化学保护等。

2.1开发耐蚀材料

耐蚀材料的开发研究是防腐蚀技术进步的突破口,人类各个时期的技术进步无不与其息息相关。耐蚀材料主要分为金属材料、高分子材料、无机非金属材料。

金属及合金材料是结构材料中的主体,其中钢铁占据主要地位,但是,钢铁的耐蚀性能具有局限性。具有高性能的合金及有色金属材料的开发和应用发展迅速,在一定程度上解决了局部腐蚀及特殊环境下的腐蚀问题。如含钼高的耐蚀合

金,双相不锈钢,高纯铁素体不锈钢,镍基合金,低合金钢,钛及钛合。耐蚀非金属材料目前国内外耐蚀非金属材料在化工生产中应用非常广泛。非金属材料具有优良的耐蚀性能,而机械性能可以通过增强等途径来弥补,在某些领域已有发展为取代钢材的趋势。现在正在开发的如:耐蚀塑料,玻璃钢,石墨,搪玻璃,工程陶瓷

2.2表面覆盖层

在现有的防腐蚀手段中,表面耐蚀涂层和金属表面技术的费用占所有防腐蚀费用的87%左右。采取正确的表面防蚀技术是提高设备使用寿命、减少维修费用以及提高设备管理水平必不可少的途径。同时,采用表面防蚀技术,大大提高了整体材料的耐蚀性能。在化工和石油化工中常用的表面防蚀技术包括涂、衬、镀、渗以及近年发展起来的各种高技术,其中以涂层及衬里应用最广泛。

2.2.1耐蚀涂料

耐蚀涂料的开发一直是人们关注的研究领域,在化学工业中,耐蚀涂料主要用于建筑物、构筑物、装置及贮罐的内外壁及输水、输油、输气管线。据统计,防腐蚀涂层的损坏,其基体表面处理不当约占75%,因此,重视表面处理质量是当务之急。几种有发展前途的涂料,如富锌涂料,重防腐涂料,耐高温涂料,陶瓷类涂料,带锈涂装涂料,氟树脂涂料等等,正是当前国际上研究最热门的涂料。

2.2.2衬里技术及复合管道

衬里技术利用强度高的材料(如碳钢、玻璃钢、铸铁等)作结构材料,用耐蚀性能优异的材料作衬里层。衬里技术分紧衬、松衬等,国外重点发展紧衬技术。衬里技术常用于化工设备、管道等。

2.2.3其他表面工程技术

电镀、化学镀在化工防腐蚀应用中,电镀主要有镀铬、镀锌和镀镍。镀锌层的钝化是一个十分活跃的领域,近十年推出的低铬或无铬彩色钝化、黑钝化、军绿钝化及强钝化(含硅树脂或其他树脂的复合钝化层),可使镀锌层在海洋大气、工业大气环境及工业水、江水河水环境中的耐蚀性大大提高。化学镀是采用金属盐和还原剂在同一溶液中进行自催化氧化还原反应,在固体表面沉积出金属镀层的成膜技术。化学镀镍磷合金及三元镍系合金,产品比电镀产品有更优异的耐蚀

性和更大的选择,是目前国内外发展速度最快的表面处理工艺之一。

喷涂喷涂是利用火焰、等离子、电弧喷涂,在材料和产品上获得金属、合金、无机、有机耐蚀耐磨表面层的一种工艺技术。

化学热处理化学热处理特别是渗铝、渗铬,近十多年在化工机械防腐蚀上已有大量应用。

磷化磷化作为涂装的一个重要前处理过程,已有多年的应用。近十多年来,碱金属三元系低温或常温磷化使磷化技术产生质的进步。

2.3电化学保护

电化学保护是指利用外部电流使金属(包括合金)腐蚀电位发生改变以降低其腐蚀速率的防腐蚀技术。电化学保护可分为阴极保护和阳极保护。电化学保护技术在化工防腐蚀领域中已引起广泛的重视和应用,是一种有效的、既经济又实用的防腐蚀手段。

阴极保护是在金属表面上通入足够的阴极电流,使金属电位变负,并使金属溶解速度减小。被保护设备的结构形状一般不宜太复杂,结构复杂的设备在靠近辅助阳极部位电流密度大,远离辅助阳极部位电流密度小,得不到足够的保护电流。甚至不起保护作用,产生所谓“遮蔽现象”。阴极保护主要用在水和土壤中的金属结构上,但一般必须用于设备结构简单、介质腐蚀性不太强的环境中。阴极保护除可防止一般的均匀腐蚀外,还可以防止一些材料的点蚀、晶间腐蚀、冲击腐蚀、选择性腐蚀等。

阳极保护是将被保护的金属构件与外加直流电源的正极相连,在电解质溶液中使金属构件阳极极化至一定电位,使其建立并维持稳定的钝态,从而阳极溶解受到抑制,腐蚀速度显著降低,使设备得到保护。对于没有饨化特征的金属,不能采用阳极保护。主要应用在:1.硫酸生产中的结构物,如碳钢储槽、各种换热器、三氧化硫发生器等。2.氨水及铵盐溶液中结构物,碳化塔、氨水储槽等。