化工设备的腐蚀与防腐措施

石油化工设备防腐蚀的措施和方法

摘要：腐蚀问题是目前石油化工方面最常见的设备问题之一，在设备遭受腐蚀后，设备的物理性能会随着腐蚀严重程度的不同而发生不同幅度的降低。在腐蚀问题发生初期，石油化工设备往往只会发生外观方面的变化，性能降低并不明显，所以大多石油化工企业往往会在初期忽略设备防腐蚀方面的问题，而一旦腐蚀程度加深，设备的性能发生降低后甚至报废后则悔之晚矣。由于设备长时间接触各类原料液体或气体，腐蚀问题几乎避无可避，是以防患于未然、通过防腐蚀措施提高设备的抗腐蚀能力正是其最重要且有效的应对策略。

关键词：石油化工；设备；防腐蚀；原因；措施与方法

引言

石油属于一种化学产品，其本身具有特定的化学性质，而这些化学性质则会对周边的环境产生不同的影响，比较常见的就是腐蚀。因此，在石油化工生产活动中，很多大型的石油化工设备都会出现腐蚀的情况，进而导致石油化工设备内部的结构被破坏，不能正常工作，影响企业的经济效益。除了这方面的影响外，更重要的是这些大型石油化工设备一旦被腐蚀，则会导致一些化学物质外泄，对周边的环境造成污染破坏，还会对工作人员的身体健康造成危害，带来严重的社会负面影响。基于此，要加强石油化工设备的防腐蚀工作。这就要求石油化工企业要了解石油化工设备被腐蚀的具体原因，根据原因提出针对性的措施进行解决，进而延长石油化工设备的使用寿命。

1、石油化工设备被腐蚀的原因分析

1.1、化学反应因素

石油化工生产原料或中间产物的化学活性较强，并且部分挥发性也较强。当化学活性强的介质与存在点坑、裂缝等缺陷的设备表面相接触，就可能导致腐蚀反应的出现。比如原油内具有高浓度的氯化钙、氯化镁等无机盐，在进行生产加工时，在水环境与一定温度条件下，这些无机盐很容易出现水解反应，进而生成盐酸，增加腐蚀设备的可能。同时，蒸馏时石油中的盐酸与硫化物在温度较高条件下会产生分解反应，生成硫化氢，其会伴随原油组分内较小密度的物质，进入冷凝系统与分馏塔顶部，腐蚀冷凝设备。在高温条件下原油中的硫化物还会催化裂解为硫化氢，并且也会裂解原油中的氮化物，其中部分转为氰化氢，部分转为氨。催化原料氮含量大于0.1%时，会产生较高含量的氰化氢，氰根离子浓度在500mg/kg以上，就会严重腐蚀催化裂解设备。

二套常减压装置环烷酸腐蚀分析与防护

中国化工昌邑石化公司二套常减压装置近期加工高酸原油性质较差，马瑞原油酸值高达2.02 mgKOH/g，FRADE原油酸值高达1.47

mgKOH/g。装置采取原油混炼的方法对高酸油进行掺炼，掺炼比例不大于15%，装置酸值设防值不大于0.5%，针对近期加工的原油性质分析如下：

一、环烷酸腐蚀

环烷酸腐蚀通常发生在加工总酸值大于0.5mgKOH/g原油。环烷酸腐蚀产物溶于油，所以腐蚀的金属表面粗糙而光亮，呈沟槽状。

（1）环烷酸

石油酸是石油中有机酸的总称，包括环烷酸、芳香族酸和脂肪酸等。环烷酸(RCOOH，R为环烷基)是指分子结构中含有饱和环状结构的酸及其同系物。环烷酸是石油中有机酸的主要组分，占石油中总酸量的95％以上，虽然这些酸在分子量上有显著差异(180—350℃)，但它们的通式可用R(CH2)nCOOH表示，式中R通常指环戊基或环己基，n通常大于12，根据R和n值不同，在石油中分子结构不同的环烷酸达1500多种。较高分子量的环烷酸是由多个羧酸组成的混合物。环烷酸不溶于水，易溶于油品、乙醚、苯等有机溶剂。

（2）环烷酸腐蚀类型

在原油常减压蒸馏过程中，不同相对分子质量的环烷酸随着和它沸点相近的馏分汽化而汽化、冷凝而冷凝，并溶于该馏分中，从而使该馏分对设备具有腐蚀作用。环烷酸腐蚀性能与分子量有关，低分子环烷酸腐蚀性更强。一般认为环烷酸对设备的腐蚀机理为：

环烷酸活性在液相中以接近沸点更活泼。因此在汽液相交界处腐蚀最严重，在220 ℃以下不腐蚀。随温度上升而逐渐增大，通常在270-280℃最大，超过280℃，环烷酸部分气化，但未冷凝，而液相中环烷酸浓度较低，故腐蚀性又下降。到350℃以上，环烷酸气化速度加快，气相速度增加，腐蚀速率再度迅速上升，但绝大部分是由于硫的作用结果，400度以上又不出现腐蚀现象。据资料介绍，可能在400℃以上环烷酸已基本全部气化，对设备的高温部位不再产生腐蚀。即在高温区随温度的升高，环烷酸腐蚀有两个腐蚀高峰（在270-280度和350-400度）。

《装备制造技术））ｅｍｏ年第３期　

化工设备换热器的常见腐蚀与防腐　夏强　（江苏省特种没备安全监督检验研究院常熟分院，江苏常熟２１５５００）　摘要：对化工设备中常见的换热器腐蚀与防腐问题进行探讨，重点分析了换热器常见的失效原因，在此基础上总结了换热器腐蚀的　防护措施，说明针对不同的原因，需要采取相适应的防腐措施。　关键词：换热器；腐蚀原因；防腐措施　中图分类号：ＴＱ０５０．９　文献标识码：Ｂ　换热器是将冷、热流体的部分能量互相传递给流体的设　备，又称热交换器。换热器在石油化工、煤化工、盐化工及热电　厂等工业系统中的用量非常大。在生产过程中，由于换热器管　束所接触的介质比较复杂，往往具有高温（近１　０００％）、高压　（２　５００ＭＰａ）、高流速、强腐蚀等特点，因此常常出现冲刷泄漏和　腐蚀泄漏。而各种泄漏与腐蚀，都直接或间接有着关系　。泄　漏既影响了生产的平稳运行，也成为这些行业的主要设备故　障之一。换热管的表面腐蚀，是泄漏中最常见的现象，约占腐　蚀泄漏的９０％，它是介质的冲刷和介质中化学物质侵蚀综合　作用的结果。　１　换热器失效原因　１．１　换热器表面的腐蚀磨损　腐蚀介质与金属构件的表面，相对运动速度较大，导致构　件局部表面遭受严重的腐蚀损坏，这类腐蚀称为磨损腐蚀，简　称磨损。造成腐蚀损坏的流动介质，可以是气体、液体或含有　固体的颗粒、气泡的气体等。磨损腐蚀，是高速流体对金属表　面已经生成的腐蚀产物的机械冲刷作用和新裸露金属表面的　腐蚀作用的综合。　由于石油化工中的生产介质，往往具有一定的粘连性。为　了防止介质沉淀结垢，要求介质流速大于２　ｍ／ｓ。高速流体，特　别是含有固体细粒、气泡的高速流体冲刷传热面，引起局部表　面的压力可达数十兆帕，从而造成了金属表面的疲劳剥蚀。虽　然在设计中，为了防止流体进入到壳体时，使管子直接受到冲　击或冲刷，在壳体进口处的管束上安装了防冲板，但由于流体　或是固体颗粒的长时间冲刷，防冲板也会发生损坏。另外，由　于振动或微振动的原因，也常使折流板管孔处受到磨损。磨损　腐蚀的外在特征常常呈现马蹄形的凹槽或深谷形状，一般按　流体的流动方向切人金属表面。　１．２沉积物引起韵电化学腐蚀　当介质流动不均或滞留时，很容易在换热管表面形成沉　积物。由于沉积物是不连续不牢固且不均匀的，在某些部位形　文章编号－１６７２—５４５Ｘ（２０１０　Ｊ０３－０１４５—０２　成了裂缝和间隙，由于缝内外氧的差异而形成了电化学腐蚀。　包括：阳极氧化反应，金属溶解；阴极还原反应，还原为（中性或　碱性溶液）；阴极还原反应，还原为（酸溶液）；同时，由于腐蚀产　物的存在，导致了缝内外的电化学不均匀性，从而引起了更大　的腐蚀。　１．３换热管水侧的腐蚀　由于换热器常用水做为热交换介质，因此水的腐蚀不容　忽视。水的腐蚀主要是由于水中ｐＨ值降低、水汽渗透、溶解氧　的存在，以及水中有害的阴离子（Ｃ１一，Ｓ　等）侵蚀，而引起的化　学或电化学腐蚀。因此，换热管表面防腐要求是：防腐表面具　有良好的附着力、导热性、耐温变性和较大的硬度。同时要求　有优良的耐化学离子侵蚀能力、较高的抗水汽渗透能力和一　定的阻垢性。　２换热器腐蚀防护　２．１　牺牲阳极保护法　（１）碳素钢的电化学腐蚀。碳素钢在电解质溶液中（例如　水）会形成微电池。碳素钢的基本金相组织为铁素体（Ｆｅ）和渗碳　体（Ｆｅ　Ｃ），其中铁素体的电极电位较低，而成为微电池的阳　极，渗碳体则成为阴极。　（２）牺牲阳极保护法。发生电化学腐蚀时，阴阳极之间产　生腐蚀电流。采用电极电位比被防腐体低的金属并与被防腐　体接触，利用低电位金属的腐蚀电流，作为高电位被防腐体的　防腐蚀电流，这种防腐蚀方法称为牺牲阳极保护法。牺牲阳极　材料的选择为碳素钢，碳素钢的基本金相组织是铁素体（Ｆｅ），　由表查出比Ｆｅ标准电极电位低的材料。若选择铝作为阳极，　容易形成氧化膜，反而不产生腐蚀电流。其他材料则比较昂　贵，所以选择锌作为牺牲阳极比较合适。　２＿２换热器防腐涂料及其应用　一层相当薄的金属涂层和无机涂层，能够在金属和环境　之间提供有效的屏障，这就是这类涂层的主要作用（除了锌一　类的牺牲涂层外）。金属涂层（或称镀层）的施工方法有：电镀、　收稿日期：２００９—１２—０３　作者简介：夏强（１９８２一）男，江苏常熟人，助理工程师，研究方向为特种化工设备。　

化工设备腐蚀及预防措施

化学工业设备材料的选择主要以金属材料(特别是黑色金属)或金属合金材料为主,因而化工设备的腐蚀主要也是金属设备的腐蚀。

金属腐蚀是指金属设备及其零部件与周围介质(大气、水或含有酸、碱、盐的溶液等)发生化学或电化学的作用及机械的物理等作用而发生形状、尺寸等变化所引起的破坏。

腐蚀是影响金属设备及其构件使用寿命的主要因素之一。化工与石油化工以及轻工、能源等领域,约有60%的设备失效与腐蚀有关。

腐蚀不仅影响设备的使用寿命,而且使得设备的检修周期缩短,增加非生产的检修时间和检修费用,从而增加生产成本;腐蚀使设备和管道的跑、冒、滴、漏等化工常见现象加重,使原料和成品造成大量损失,影响产品的数量和质量,同时也污染环境,危害人体健康;腐蚀会引起设备爆炸、火灾等事故,使设备遭到破坏而使工厂停止产,给工厂造成巨大的经济损失甚至可能危及人的生命。

1 金属腐蚀的分类

金属腐蚀的分类方法有几种。根据腐蚀作用的机理来分,金属腐蚀有两种:化学腐蚀和电化学腐蚀。

化学腐蚀是指金属遇到干燥的气体或者非电解质溶液而发生化学作用所引起的腐蚀。化学腐蚀的重要特征是:腐蚀的产物积留在金属的表面以及腐蚀过程中没有电流产生。在化工生产中常见的化

学腐蚀有两种,如在合成氨塔、硫酸氧化炉、石油气制氢转化炉等高温操作的设备中常发生的腐蚀是金属的高温氧化及脱碳。金属的高温氧化及脱碳是一种高温下的气体腐蚀,是化工设备中常见的化学腐蚀之一。而在合成氨、石油加氢等一些化工工艺中,常遇到反应介质是氢占很大比例的混合气体的情况,并且这些过程又多是在高温高压下进行的。氢气在较低的温度和压力下对普通碳钢及低合金钢不会有明显的腐蚀,但是在高温高压下则会产生腐蚀,结果使材料的强度和塑性显著降低,甚至损坏材料,这种现象称为“氢腐蚀”。