1、设备与安全 2023 年第 3 期 78 CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT 化工企业设备腐蚀现状与防治研究分析 化工企业设备腐蚀现状与防治研究分析 李长寿 张素君 山东欣鹏安全技术咨询有限公司 山东济南 250100 摘 要：采用现场勘查和资料审查的方法对化工企业机械设备腐蚀情况进行了调查研究。企业机械设备整体腐蚀情况严重，腐蚀具有自发性、普遍性、隐蔽性，严重降低了机械设备的性能和寿命。建议企业加强防腐蚀意识理念，加强对机械设备腐蚀防护的管理工作，采取可靠的防腐工程技术措施，并严格执行防腐评估和检测工作，全面提升企业的腐蚀防护水平保障安全生产的顺利进行。关键词：化工企业；
2、腐蚀现状；工程防腐技术；防腐对策 2022 年笔者在对东营市化工企业进行危险化学品从业单位安全生产标准化评审时，通过对该企业生产现场的踏勘，发现该企业的精馏装置及其配套储罐等辅助设施普遍存在腐蚀严重问题。生产现场发现储罐底部及接地扁钢锈蚀严重且接地扁钢出现多处断裂、各类输送泵和阀门锈迹斑斑，移动式灭火器开关处锈蚀严重无法正常使用等，这些腐蚀现状将给安全生产带来极大隐患。结合中国石油化工设备防腐蚀工程发展历史，炼油工业防腐蚀问题的基本理论研究和工程应用项目的开发已日趋完善。但是对于一些中小企业而言，在腐蚀和防护方面缺少基本防腐蚀系统和防护知识。考虑到腐蚀与防护的理论性和专业性较强，腐蚀事故后果比
3、较严重，笔者主要通过对该化工企业设备腐蚀现状的分析，在防腐蚀方面提出切实可行的工程防护对策建议以供企业参考。1 企业腐蚀现状 某化工企业成立于 2006 年，距离渤海沿岸约 40 km，现有 3 万 t/a 溶剂油加工项目装置及其配套储罐等辅助设施 1 套，2011年 12 月投产。主要经营范围：200#溶剂油、120#溶剂油、6#溶剂油，主要生产工序为石脑油脱硫工序和分馏工序。主要设备设施为：1 个碱洗塔1 60011 000 mm；1 个水洗塔1 60011 000 mm；4 个脱硫塔1 2009000 mm；3 个分馏塔，规格分别为1 20032 000 mm，1 00030 000 m
4、m，90028 000 mm；罐区设置多个立式储罐，用于储存原料石脑油及溶剂油。该公司前期未开展安全设施防护设计专篇或腐蚀工程防护等有关腐蚀与防护方面的设计，建成以后未对现有设备设施进行腐蚀防护方面的维护，经现场勘查后发现该企业设备整体腐蚀情况严重，如：储罐底部及防雷接地设施、输油管道及阀门、输送泵及阀门、登高梯、电缆桥架、移动灭火器开关等设备设施相关部位（部件）均出现全面腐蚀的现象（见图 1、图 2），严重影响了机械设备的性能和使用寿命。图 1 溶剂油储罐底部和防雷接地扁钢锈蚀示意图 图 2 生产区管道阀门锈蚀示意图 作者简介：李长寿，男，本科，注册安全工程师；主要从事设备安全和腐蚀评估工作
5、。2023 年第 3 期 设备与安全 CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT 79 2 产生腐蚀原因分析 不同生产设备产生腐蚀的原因是不同的，是在多种原因的共同作用下造成的，设备腐蚀主要以发生电化学腐蚀为主，涉及全面腐蚀和局部腐蚀。本文主要从化工企业易于操作整改的角度，对设备设施外表面进行腐蚀现状分析。2.1 储罐底部及防雷接地设施腐蚀的原因 钢质储罐在运行过程中，经常遭受内外环境介质的腐蚀，储罐外腐蚀以外边缘板和罐底板外侧最为严重1，该企业罐底外边缘板和接地扁钢已经被腐蚀断开，不符合储罐防雷接地不少于 2 处的要求，存在较大的事故隐患。该企业位于沿海地区，企业除了对储罐的日常
6、安全管理维护不当外，还受到沿海地区特殊气候的影响。2.1.1 外边缘板密封效果对罐底外壁的影响 该企业储罐底板外侧通常用沥青砂对基座进行围挡，用以隔绝外部水的渗入，由于设备施工不规范或日常维护不到位等原因，造成储罐罐底外边缘板翘起形成一定的缝隙，使雨水或大气中的水蒸气沿缝隙进入罐底板与基座之间。经年累月导致雨水不断进入到罐底板的中心区域，雨水的进入会发生氧浓差腐蚀效应，由于不能及时维护处理，腐蚀程度愈演愈烈，腐蚀面积越来越大，表现出的腐蚀溃疡状态越来越严重。2.1.2 罐底板焊接对防腐层的影响 该企业储罐底板或接地扁钢一般通过焊接方式连接，由于焊条或钢材材质不合理等原因，导致储罐罐板不同部位的
7、金属组织中化学性质、晶体结构、物理性能和电化学势存在一定的差异。当罐板接触到水、油等腐蚀介质或处在缝隙内外氧的浓度差形成浓差电池作用等腐蚀环境时，存在腐蚀穿孔或应力腐蚀的风险。由于储罐底板或接地扁钢腐蚀的发生多处于遮蔽位置，更加不易检修和更换，给日常维护造成一定的困扰。2.1.3 大气对罐底外壁及接地扁钢的影响 设备腐蚀状况可能受到沿海大气的影响，风将海浪雾化的盐分吹向大陆，因此，沿海地区空气中的盐分含量相对较高，甚至会有一部分盐直接降落到机械设备上，久而久之机械设备上会覆盖一层盐泥。据统计，沿海地区机械设备表面油漆厚度 1 年损耗可达 5080 m2。如果该企业组装的机械设备未达到特殊油漆涂
8、层厚度的设计要求，很容易导致仅使用 3 年到5 年的机械设备出现锈斑。2.2 生产区输送泵和阀门产生外部腐蚀的原因 输送泵和阀门产生外部腐蚀的原因除了上面的几个原因以外，还存在一个重要的原因。笔者现场勘查时发现部分阀门或其他零部件使用的钢材质与连接管道使用的钢材质不同，当不同材质的 2 种金属相接触时，因金属物理特性不同，故存在金属电极电位差异，容易产生电偶腐蚀的现象。电位较高的金属受到电化学保护，其腐蚀速率较慢，而电位较低的金属将被加速腐蚀。2.3 其他辅助器材（登高梯、消防器材）产生腐蚀的原因 生产现场的登高梯和消防器材被腐蚀情况同样不容乐观，其具有非常典型的局部腐蚀特征。登高梯在日常使用
9、过程中，由于经常踩踏造成登高梯的踏步涂层磨损，使局部钢铁表面裸露，加剧了大气腐蚀的影响。消防器材的插销部位由于缺少涂层的防护，同样遭受大气腐蚀的影响，插销被锈蚀断裂的情况比比皆是，严重影响了灭火器的正常使用。登高梯和消防器材的腐蚀原因主要还是以大气腐蚀为主，沿海地区大气中酸性气体的含量相对较高，形成的雨水处于弱酸性，对登高梯和消防器材表面的涂层的损伤较明显。沿海地区空气相对湿度较大，当大气处于潮湿状态时，钢铁表面形成薄薄的一层水膜，氧的进入途径受到阻碍，铁锈主要由 Fe2O3水合物 Fe2O3nH2O 和 Fe(OH)3组成，三价铁具有一定氧化性，能有效促进阴极发生还原反应，形成二价铁；当钢铁
10、表面在暴晒下，空气中的氧通过缝隙进入金属锈层，促使二价铁氧化成三价铁，最终形成铁锈。因此，在干湿交替的条件下，带有锈层的钢铁会加速其自身的腐蚀，这是造成机械设备钢结构外壁涂膜破坏的重要原因3。设备与安全 2023 年第 3 期 80 CHEMICAL SAFETY&ENVIRONMENT 3 防护治理措施建议 化工设备的防腐主要考虑 2 个方面，首先，选材要合理，因为耐蚀材料都具有一定的局限性，要根据使用的工况选择合适、经济的材料；其次，结构设计和工艺方面要科学合理，避免由于结构原因造成自然的电化学腐蚀。建议企业从以下角度采取可行的防护治理措施。3.1 机械设备应采用合理的耐腐蚀材料 在进行检
11、维修时，若需更换损坏的零部件，应优先选择与其相邻部件相同材质的零件作为替换件，避免发生因存在金属电极电位差异，产生电偶腐蚀的现象。采购机械设备时，应根据原辅料和生产工艺要求，优先选择耐腐蚀材料。3.2 油罐边缘板的防护，切断雨水等腐蚀位介质入侵边缘板的通道（1）对于已发生腐蚀的边缘板，先进行除锈达到要求后刷防锈底漆。（2）边缘板及罐基础上表面抹弹性聚氨脂，成自罐壁而下的斜坡，厚度及坡度均不需要很大，足以盖住边缘板，保证被水覆盖表面有较好弹位即可。（3）铺一层玻璃布。（4）继续刷弹性聚氨酯，使玻璃布无缝隙且与罐壁、罐基础各个基面附着良好，表面平整、充实且有弹性4。3.3 采用涂层法防腐蚀 不同类
12、型的企业应根据自身生产环境采用合适的涂层作为设备防腐的重要技术措施，特别应加强沿海地区或其他严酷条件下机械设备的涂层材质和厚度的管理。3.4 电化学保护 用直流电改变被保护的金属电位，从而使腐蚀减缓或停止，按照金属电位变动的趋向，电化学保护分为阴极保护和阳极保护 2 类。适用于罐体保护的牺牲阳极一般选择电流效率高、电流分布均匀、性能稳定的高效铝合金阳极。电化学保护还可与其他类型的防护技术相互配合使用，从而起到更优的防护效果，如储罐底板内侧用涂料加铝镁合金牺牲阳极阴极保护、储罐底板外侧用厚浆型环氧煤沥青涂料加网状阳极阴极保护等4,5。3.5 设备表面的前处理 所有的防腐涂层都得要在涂装前对要保护
13、的设备进行表面处理，并要达到涂装前钢材表面粗糙度等级的评定（GB/T 132881991）和 钢 结 构 工 程 施 工 质 量 验 收 规 范 （GB 507552012）的要求。传统的防腐涂料涂层防腐寿命完全取决于理想化的表面处理级别，因此钢铁表面处理常常被作为关键控制措施。美国标准认为，大多数涂膜过早失效是与不适当的表面处理或涂膜无附着力有关，这就要求对不同材质、不同要求的涂膜质量选用适用于这些要求的前处理方法5-6。设备在生产制造和运输安装过程中，由于外部压力对钢材表面造成一定变形，如果未及时对钢铁表面进行精修，导致钢铁表面存在裂缝、边刺、孔洞、焊渣凸物等表面不规则现象，会严重影响表面
14、涂膜的均匀形成。4 结束语 腐蚀问题是客观存在的，但由于腐蚀防护是跨行业、跨部门、共性的，且不直接创造经济效益，导致被关注程度较低。通过对事故的调查研究发现，很多事故是由于机械设备腐蚀引起的，所以企业应在工程设计、选材、建设、运行、维护等各阶段，采取有针对性腐蚀防护措施，避免机械设备“带病运行”。企业要提高防腐蚀意识理念，加强对机械设备的腐蚀防护的管理工作，采取可靠的防腐工程技术措施，并严格执行防腐评估和检测工作，全面提升企业的腐蚀防护水平，保障安全生产的顺利进行。参考文献 1 曹波.近海岸地上钢质原油储罐的腐蚀防护J.材料开发与应用,2004,19(4):21-23.2 蔡明明,李伟.浅谈沿海地区机械设备的防腐问题J.中国科技纵横,2018,10(12):69-70.3 张洪奎,张宁,曹旦夫.沿海地区钢结构的腐蚀及防腐涂层J.油气储运,2012,31(2):135-138.4 谈平庆,谢水海,梅冬勇.大型原油储罐综合防腐蚀技术J.石油化工腐蚀与防护,2005,22(2):19-22.5 方震.鸟巢外衣破损原因剖析J.电镀与涂饰,2011,30(1):63-66.6 侯保荣.我国腐蚀成本及其防控策略J.中国科学院院刊,2018,15(8):601-609.