金属设备的腐蚀与防腐

王春江

（中海沥青（四川）有限公司， 河南 信阳 464000）

金属设备的腐蚀与防腐

王春江

（中海沥青（四川）有限公司， 河南 信阳 464000）

石油炼化公司有大量的金属设备，本文主要介绍大气、设备所处环境、介质条件、金属纯度、金属种类、金属的精密度以及表面粗糙度对金属设备腐蚀的影响。而具体提出的防腐措施有钝化金属的表面、运用复合材料、电化学保护、衬里、防腐结构设计以及金属表面涂覆涂料等以减缓金属设备的腐蚀。

金属设备，腐蚀原因，防腐措施

1 造成设备腐蚀的原因

1.1 外在原因

造成设备腐蚀的外在因素包括大气、设备所处环境、设备所处理的介质等。

①大气对设备的腐蚀。大气对设备的腐蚀主要表现在大气中的氧气和水对铁质设备的腐蚀作用。［1］从腐蚀条件来看，大气中的水汽是决定大气腐蚀的速度和历程的主要因素。除此之外，大气中的腐蚀性气体、气候条件、以及金属表面的状态等都会成为大气腐蚀的影响因素。大气中的水汽和设备表面的金属物质反应后会生成一层致密的氧化膜，这就是我们通常所说的钝化现象。因此一般来说，在大气中长期暴露的钢，其腐蚀速度是逐渐降低的。

②设备所处环境对设备的腐蚀。管道是石油炼化公司数量最多的一种设备，有的暴露在空气中，有的埋在地底下。暴露在空气中的管道会受到大气的腐蚀，而埋在地底下的管道会受到土壤腐蚀。［2］土壤腐蚀会造成管道穿孔损坏，引起油、气、水的泄露，容易引起事故的发生。土壤腐蚀本质上是电化学腐蚀，由于各地的土壤的孔隙度、含水量、含盐量酸碱度等存在差异，土壤对设备的腐蚀程度就会不同。

③介质对设备的腐蚀。多数金属在非氧化性酸中，随着浓度的增加，腐蚀加剧。而在氧化性酸中，则随着浓度的增加，腐蚀速度有一个最高值。当浓度增大到一定数值后，浓度再增加，金属表面就产生了保护膜，使腐蚀速度反而减小。另外，介质的温度、压力、流动速度等对设备也存在一定影响。［3］通常随着温度升高，腐蚀速度增加。因而温度的升高，增加了反应速度，也增加了溶液的对流、扩散，减小电解液的电阻，从而加速了阳极过程和阴极过程。在有钝化的条件下，随着温度升高，钝化变得困难，腐蚀也加大。压力的加大也会导致应力腐蚀变得更快，使设备出现裂痕等。某些介质对设备腐蚀速度的影响很大，比如氯离子在很低浓度的情况下也会大大加快金属设备的腐蚀速度。因此，介质对设备的影响是很大的，应该予以重视。

1.2 内在原因

造成金属设备腐蚀的主观原因有金属的种类（金属的抗腐蚀能力）、金属自身的精密度、金属表面的粗糙程度、金属的纯度等。

①金属种类的影响。不同金属的抗腐蚀能力是不同的。比如在酸中金的腐蚀速度不会发生改变，Fe则会随着酸浓度的增加氧化速度逐渐减慢。铝在空气中放置一段时间后其腐蚀速度会急剧降低，而铁在可空气中放置一段时间，其腐蚀速度则会加快。

②金属自身精密度对设备腐蚀的影响。金属的晶粒越粗，设备的腐蚀速度越快。生活中不锈钢比一般铸铁更能有效避免腐蚀。这就相当于同一块金属与环境的接触面积增大了，所以致使腐蚀速度的加快。

③金属表面粗糙度对腐蚀的影响。目前为止，石油石油炼化公司所用的设备绝大多数都是经过焊接处理过的。这样说来，设备表面的粗糙程度也就不是均一的。另外，焊接部位如果出现气泡，也会导致设备的不稳定。［4］金属表面质地不严密，就会导致腐蚀速度的加快。当金属的表面粗糙度大时，其比表面和比表面能都很大。可产生较强的表面效应，改变化学腐蚀反应的速率和平衡常数等热力学的量，加快了化学腐蚀的时间、程度使金属的腐蚀程度比光滑表面金属的腐蚀程度严重。

④金属的纯度对腐蚀的影响。化工设备中所以用到的材料一般都是比较纯的，［5］根据国标，近几年我国化工设备所用的材料最低是Q235B。材料不纯使设备产生腐蚀的主要原因是主要材料与材料中的杂质发生了电化学腐蚀。当材料和材料中的杂质遇到某种电解质时就组成了一个原电池。金属作为电池的阳极就会被腐蚀：

2 对金属设备的防腐措施

对于设备的防腐是极其重要的，因为就设备的成本而言就是很多的。而且，设备的腐蚀就是设备的损坏，在大型石油炼化公司就可能造成重特大型安全事故。现阶段全球所采用的金属设备防腐措施主要有：钝化金属的表面、运用复合材料、电流保护、牺牲保护、运用有机防腐涂料等。

2.1 钝化金属的表面

缓蚀剂也就是后面所说的钝化液的定义是一种以适当的浓度和形式存在于环境中时，可以防止或减缓腐蚀的化学我只或几种化学物质的混合物。各种金属所进行表面钝化的方法大致相同，但是所用到的钝化液一般不同。以钢铁为例，其钝化液的组成大概是钛盐0.05～0.5（质量份，后相同），硝酸2.7～7.5，氟化物10～15，水加至100。一般钝化钢铁表面的方法是：将钢铁表面进行脱脂处理后用去离子水漂洗，对钢铁表面进行除锈处理后用去离子水漂洗，使用预先配置好的钝化溶液在钢铁表面进行转化处理，将转化处理过后的钢铁用去离子水漂洗后自然干燥即得到色泽均匀的钝化膜。至此，金属表面的钝化完成。以钝化金属的表面来减缓金属设备的腐蚀的应用时很广泛的，因为其操作简单，成本低廉。

2.2 运用复合材料

工业上广泛应用的金属结构材料大多数都是合金，根据各种金属的不同特点，一般工业上金属耐蚀合金化有以下几种途径：提高金属的热力学稳定性原理是向本来不耐蚀的纯金属中加入热力学稳定性高的合金元素制成合金。例如在铜中加入金，镍中加入铜等；减弱合金的阴极活性；减弱合金的阳极活性；使合金表面生成电阻大的腐蚀产物膜等。不过在应用合金时要考虑材料的疲劳，硬度，韧性等，要根据设备的用途决定选取怎样的合金。

2.3 电化学保护

电化学保护包括阴极保护，阳极保护。阴极保护是将被保护金属设备与直流电源的负极相连，依靠外加阴极电流进行阴极极化而使金属设备得到保护的方法或者在被保护金属设备上链接一个电位更负的强阳极，促使阴极极化。阳极保护则是利用金属在电解质你溶液中依靠阳极极化建立钝态的特性而实施的保护方法。这种保护方法一般运用在桥梁方面。

2.4 衬里

衬里是一种综合利用不同材料的特性、具有较长使用寿命的防腐方法。根据不同的介质条件，大多是在钢铁或混凝土设备上选衬各种非金属材料。对于温度、压力较高的场合，可以衬耐蚀金属。这种处理方法一般是在设备制造的过程中完成的。目前应用广泛的是碳钢设备表面衬里、砖板衬里、玻璃钢衬里、橡胶衬里，化工搪瓷等。

2.5 防腐结构设计

很多场合，机械设备的结构与腐蚀密切相关，不合理的结构设计常常会出现局部应力集中、流体滞留、构成缝隙、局部过热等而引起多种不同形态的局部腐蚀。例如轴联结结构，如果中心设计成圆形的，就不合理，一般情况下，中心连接部位设计成多边形轴或者花键轴比较有利。

3 结语

设备的腐蚀是减短设备使用寿命的主要因素。而这个问题遍及国民经济的各个领域，给社会造成了巨大的经济损失，消耗了大量的资源，以及严重的污染了环境。然而，科技在不断进步，防腐技术也在不断改进，越来越多的新型防腐技术也在逐步应用之中，金属的腐蚀问题将会得到缓解。

［1］徐晓刚.化工腐蚀与防护［J］.北京：中国石化出版社，2009：63-78.

［2］陈匡民.过程装备腐蚀与防护［M］.北京：化学工业出版社，2001：77.

［3］邵泽波.化工机械及设备［M］.北京：化学工业出版社，2000:91-92.

［4］唐委校.过程设备焊接结构［M］.北京：化学工业出版社，2010:121.

［5］王天普.石油化工设备维护技术［J］.北京：中国石化出版社2004：8.

王春江，男，工程师，主要从事石油炼制生产管理。