探析提高化工机械防腐能力的有效措施

2022-09-11

腐蚀指的是环境和材料之间产生化学反应后破坏材料结构的一种现象。一旦机械设备受到腐蚀, 机械性能、颜色、外观等都会出现变化, 不仅会影响设备的质量, 而且还会造成能源和资源的浪费, 增加企业的经营成本。所以, 分析腐蚀的相关原理, 探讨防腐措施对化工企业的生产有着重要意义。

1 化工机械被腐蚀的原因及腐蚀类型

1.1 化工机械被腐蚀的原因

由于化工机械金属结构的特殊性, 在湿度、温度的影响下, 就会出现腐蚀的情况。特别是在化工生产过程中, 空气中会含有大量的H2S、SO2、CO、盐雾等物质, 这些物质在潮湿或高温的情况下, 就会和金属产生化学反应, 腐蚀机械设备的外部和内部。

1.2 化工机械腐蚀的类型

(1) 从出现腐蚀的现象来看, 可以分为高温氧化腐蚀、点状腐蚀、疲劳腐蚀、电化学腐蚀、剥层腐蚀、震动磨损腐蚀、大气腐蚀、缝隙腐蚀等, 其中对机械设备损坏最大的腐蚀为电化学腐蚀。其他类型的腐蚀如果任其发展也会逐渐变成电化学腐蚀。

(2) 从腐蚀的原理来看, 可以将腐蚀分为电化学腐蚀和化学腐蚀。其中电化学腐蚀指的是在一定环境下, 电解质溶液和金属接触后产生电极反应后造成的腐蚀, 这种类型的腐蚀在潮湿环境下比较多见[1]。化学腐蚀指的是金属长期和空气接触产生了化学反应, 破坏了金属的原结构, 这种腐蚀主要在干燥、高温的情况下才会出现, 并且整个腐蚀过程不会有其他介质加入, 是空气和金属之间的反应。

2 腐蚀出现的基本原理

2.1 大气腐蚀的作用机理

对于一些环境污染比较严重的地区, 由于空气中含有浓度比较高的CO2、SO2、H2S、硫化物等具有腐蚀性的物质。当环境湿度满足腐蚀条件时, 酸性气体会和水产生反应并形成无机酸, 当铁质机械在这种环境下作业时, 就会受到腐蚀, 破坏金属结构。

2.2 电化学腐蚀作用原理

金属表面的电化学腐蚀主要是因为离子导电介质和金属表面产生电化学反应后对金属结构造成的破坏。在电化学腐蚀中都包含了一个阴极反应和阳极反应, 阴极反应指的是介质中的氧化剂对来自阳极电子进行吸收和还原的一个过程。阳极反应又叫做阳极氧化, 指的是金属中的离子转移到介质中, 并将电子放出的反应过程。钢铁在酸性环境中被腐蚀后, 位于阳极的Fe会被氧化成铁离子, 释放的电子从阳极流至阴极, 然后由H+离子吸收后, 将其还原成氢气, 化学反应公式如下:

所以, 如果在电化学腐蚀中加快阳极的离子化, 就会导致化学腐蚀加快, 加快化工机械的损坏速度。

3 化工机械防腐能力的提升措施

作为破坏金属结构的主要病害, 为了提高化工机械的防腐能力, 需要在机械设备的选择方面以及设备购买后的安装等方面进行控制, 提高设备配套附件的防腐控制。

3.1 提高化工机械工业和结构的防腐

在化工机械设计的过程中, 如果设计的外形比较复杂或不够合理性, 就会产生热应力、机械应力、积尘、积液、金属表面漆模损坏等问题, 使化工机械的结构出现应力腐蚀、缝隙腐蚀、氧化腐蚀等情况[2]。所以, 在设计机械结构时, 要从防腐的角度出发, 全面分析机械工艺和机械结构的合理性。主要需要注意以下几个方面:

(1) 要尽量避免构件的表面出现伤痕或者表面被损坏。

(2) 在设计时, 要尽量避免构件外形复杂化。

(3) 尽量降低构建之间的缝隙数量。

(4) 由于不同类型的材料之间很容易出现电偶腐蚀的情况, 因此尽可能使用相同的金属材料作为构件材料, 例如主机和机座要使用相同的材料。

(5) 选择质量良好的防锈漆, 设计合理的结构类型。从而使构件和腐蚀物质可以彻底隔离开。尤其是要做好焊缝的漆的涂刷, 做好涂漆结构的设计, 尽量使构件任何一个部位都可以方便涂刷防锈漆。例如, 使用背靠背的方式对两块型材进行连接等。

(6) 由于间断性的焊接会导致结构内部产生应力或者应力集中的情况。因此, 在进行焊接作业时, 要保证施工的连续性。

(7) 为了避免设备上残留水分, 尽量不要让出现向上的凹口。如果无法避免, 需要在该位置设置专门的排水孔。

(8) 在进行焊接时, 不允许出现喷溅、咬边、焊瘤、焊接不透等焊接缺陷, 这些焊接问题会导致新的腐蚀问题出现。比如, 当出现咬边时, 会导致应力集中, 产生的凹陷会产生夹缝。焊瘤会在母材和焊瘤之间产生夹缝, 并且会导致应力集中。这些焊接问题都会造成缝隙腐蚀和应力腐蚀。在焊接时, 如果焊接速度过低或焊接电流不合理都会产生焊瘤, 而如果焊接的速度太快或者使用了过高的焊接电流会出现咬边的情况。因此, 在焊接时, 要注意选择合理的焊接工艺, 安排经验丰富的作业人员进行焊接。而焊缝未焊透会导致孔洞和夹缝之间产生缝隙, 出现小孔腐蚀和缝隙腐蚀的情况。

(9) 做好缝隙腐蚀的防治措施。合理的设计构件连接处的夹缝, 一般情况下, 构件主要使用对接和搭接的方式进行连接, 在进行对接和搭接时, 尽量使用焊接的方式进行连接。很多工厂会选择铆接的方式进行连接, 由于铆接的接缝中会存有积液和积尘, 很容易引起缝隙腐蚀, 因此不建议使用[3]。在进行焊接施工时, 为了可以将搭接面完全封闭起来, 建议使用双面连续填角焊接的方式进行施工。如果使用单面焊接的方式进行作业, 会出现电偶腐蚀和生产缝腐蚀, 因此不建议使用。在接头施工时, 为了防止出现缝隙腐蚀的情况, 要使用双面连续对接焊的方式进行作业。

3.2 选择防腐性良好的设备材料

由于普通碳素钢市场购买方便、成本低、加工方便, 当前大部分工厂均使用普通的碳素钢来作为机械设备的的施工材料。如果是在常规条件下使用, 使用这种材料是可行的, 其受到的腐蚀危害并不严重。但是, 由于化工生产行业的腐蚀性强, 很容易对设备造成腐蚀, 影响设备的正常使用。比如, 当前使用比较多的Q235钢材, 将其放入到盐雾、酸气等环境中后, 会使其被快速腐蚀。虽然很多化工单位都会在钢材表面涂抹防腐漆, 但是一旦出现局部脱落或者漆膜划伤的情况, 很快就会出现电化学腐蚀, 并且电化学腐蚀会快速发展, 影响设备的正常使用。所以, 在生产化工设备时, 要选择具有良好耐腐性的低合金钢材作为基础材料。

虽然这种类型材料的成本较高, 但是应用在化工行业中的整体经济效益非常不错。相较于碳素钢设备, 低合金材料制造的设备使用年限要超出2-3倍左右, 具有很高的性价比。

3.3 电化学防腐保护措施

电化学防腐措施是主要是根据金属腐蚀的基本原理, 将阳极转变成腐蚀电池的阴极, 降低或避免金属结构被外界环境所腐蚀。常用的保护方法如外加电流法、牺牲阳极法等。外加电流指的是把附加点击和被保护金属作为电解池的两极, 然后将被保护的金属看作阴极, 通过外加电流的方式将阴极保护起来[4]。这种方法一般应用河水、海水、土壤中金属设备的防腐。而牺牲阳极法指的是使用比被保护金属电极电势更低的合金作为阳极, 然后将其在被保护金属上固定, 组成腐蚀电池, 使被保护的金属转换成阴极, 进而达到防腐的效果。现重点对牺牲阳极保护法的应用进行探讨:

当前, 我国主要使用锌阳极、镁阳极、铝阳极作为牺牲阳极材料。例如, 对于锌阳极来说, 锌的标准电极电位要低于铁, 在特定的条件下, 锌和铁接触后就会组成一个微电池。此时, 铁为阴极、锌为阳极。当介质受到腐蚀时, 会将锌腐蚀, 从而达到保护铁的目的。一般使用焊接或螺栓固定的方式将牺牲阳极焊在化工机械设备上。使用焊接固定时, 要注意被保护金属和阳极不要直接接触, 预留一定的距离。在使用螺栓固定时, 注意使用尼龙垫、橡胶垫子等进行隔离。