石化设备大气腐蚀与防护技术的发展

徐庆梅

（大庆石油工程监理有限公司，黑龙江 大庆 163000）

0 引言

大气腐蚀为设备或物质等与大气环境相互接触而发生的性能改变。一般物质腐蚀包含三要素：材料、腐蚀介质、腐蚀环境。本文针对大气环境下的石化设备腐蚀进行了全面分析和探讨。众所周知，石化设备腐蚀问题是当下较为严重的问题，由于钢材料在整个设备中的使用比例较高，在石化设备腐蚀的各种表现来看，金属腐蚀问题最为突出。相关统计数据表明，当下世界年腐蚀钢铁比例占年总产量的30%，而其中约三分之二的废铁可再次利用。腐蚀问题的危害已经日益突出，对企业和厂区的负面作用不容忽视，易引发设备损失、原料流失等诸多问题，造成巨大经济损失。因此，加强石化设备大气腐蚀防护分析是十分有必要的。

1 大气腐蚀影响因素

大气腐蚀影响因素较多，主要与石油化工厂区当地气候条件有关，包括温度、湿度、降雨量、固体颗粒等。

1.1 相对湿度和气温

相关实践经验表明，当地环境温度、相对湿度对设备腐蚀的影响较为突出。大气腐蚀属于一种水膜作用下的化学反应，水膜的形成与大气相对湿度具有较高的相关性。不同金属在相应湿度范围内具有差别化的腐蚀速率，一般将大气腐蚀速率显著增加的湿度数值称之为临界湿度。结合大气中腐蚀成分的差异，钢材料临界湿度为70%左右。当地湿度低于这一数值状况下，大气腐蚀作用较低，反之在相对湿度高于临界湿度状况下，适度影响便显著增加。此外，气温的升高会加速大气腐蚀速度，温升为10℃状况下，反应速度增加2倍。

1.2 降雨量

降雨量的影响作用表现如下：一方面降雨增加了当地相对湿度，使腐蚀效应相应增加；另一方面雨水融入大气污染物，包括硫离子、氯离子等，会促进金属腐蚀效应。但是值得注意的是部分地区的雨水具有冲刷表面灰尘、污染物的作用，可减缓液膜腐蚀过程。

1.3 有害气体和固体颗粒物

在石化设备大气腐蚀分析中，必须考虑工业运行的负面影响，其排放的硫化物、氮化物、氨气等腐蚀性气体较多，以二氧化硫的腐蚀作用最为突出。上述气体在液膜中具有较高溶解度，容易与金属发生化学反应或者促进水膜酸化，均会增加腐蚀速度。其成分以碳化盐、氮化物和铵盐等固体颗粒为主，在沿海地区的石化企业中可能还会含有无机盐。固体颗粒对大气腐蚀作用包括下述几种形式：一是颗粒具有可溶性、腐蚀性，引发作用；二是颗粒无腐蚀作用，但是能吸附腐蚀性物质，如炭颗粒无腐蚀作用，但是吸附二氧化硫后产生危害；三是颗粒沉积在金属表面，吸附水分，形成氧浓差作用导致缝隙腐蚀作用。

2 大气腐蚀的防护措施

2.1 涂料涂装

当下石化设备大气防腐中最为常见的措施便是表面涂漆处理，可显著降低大气腐蚀作用。涂料保护机制如下：涂料在金属表面形成致密薄膜，从而将大气环境和金属材料分割开来，降低腐蚀作用发展速度；涂料中的色素和金属材料接触发生化学反应，从而钝化金属表面，起到隔离大气环境的功效；涂料内部含有活性高的物质，如锌，从而起到牺牲阳极的保护作用。

涂料涂装在进行设备大气防腐中，金属表面的前期预处理和涂装系统工程等较为关键。表面清洁度必须达到预期要求，降低附着力不强的负面影响。当下预处理方法较多，包括手工清刷、化学处理等。此外，防腐蚀处理中必须考虑涂层体系的作用效果，一般包括面漆、中间漆和底漆三部分。底漆直接作用于基体表面，因此必须具有耐水性强、附着力强的优势；中间漆需要具有良好的结合作用，避免凝聚力不足引发的开裂；面漆则起到防护功效，降低氧气和水腐蚀作用。

国外早期开发的腐蚀涂料包括乙烯基涂料、环氧/胺涂料和氯化橡胶涂料。上世纪70年代以来腐蚀涂料的进展较为迅猛，逐步形成了新型涂料体系，包括环氧富锌、聚氨酯和丙烯酸等多种涂料。石化行业中还包含陶瓷涂料、静电防腐涂料等。

2.2 耐腐蚀材料

金属防腐首先需要考虑合理的耐腐蚀材料材质，还需要兼顾材料的成本费用问题。当下石化设备的大气防腐处理中，设备中大部分是碳钢材料。美国材料协会针对长期暴露的Cu、P等进行了大气腐蚀作用分析；德国也针对Cu、Cr、Mo等元素为主的材料进行耐腐蚀作用分析。众多暴露试验表明，含有Cu、Ni、P的Cor-Ten钢较传统碳钢具有更高的耐腐蚀效果。

2.3 缓蚀剂

石化设备大气腐蚀处理中经常采用气相缓蚀剂进行防护处理，该物质属于常温下可自动挥发气体，气体吸附在金属表面可以有效的降低金属腐蚀速率。气相缓蚀剂是石化设备干法防锈蚀主要保护手段，具有简单便捷、扩散快、无需多次清洗的优势。缓蚀剂主要是借助矿物油为原材料，添加油溶性物质和辅助剂后制备所得，包括抗氧化剂、消融剂等，防锈油脂的作用效果十分突出，可采用喷涂或涂刷的方法将其敷与金属表面，从而达到隔离空气的功效，是当下钢制电器设备、仪表材料和螺栓组件中较为常见的防腐手段。

3 结语

对石化设备而言，大气腐蚀作用是无法完全规避的，及时了解大气腐蚀影响因素、防护方法才可从根本上解决防腐问题。一方面需要加强当地大气环境的保护，尽量降低腐蚀性物质的含量，这对环境保护、防腐处理等均具有较好的功效；涂料涂装是解决大气防腐的常见方法，增加防腐蚀涂装工程相关技术人员的培训，促进其快速开发低成本、低污染、高性能材料等是未来工作的重点。