冶炼化工设备常用金属材料腐蚀原因及与预防策略_杨砾淞.pdf

2023 年 第 2 期 化学工程与装备 2023 年 2 月 Chemical Engineering&Equipment 171 冶炼化工设备常用金属材料 腐蚀原因及与预防策略 冶炼化工设备常用金属材料 腐蚀原因及与预防策略 杨砾淞（云南锡业股份有限公司锡业分公司，云南 蒙自 661400）摘 要：摘 要：冶炼化工设备常用金属材料的腐蚀大致分为二类,第一类为化学腐蚀,第二类为物理腐蚀。所谓物理腐蚀是指并没有发生化学反应,造成冶炼化工设备受到破坏。但另一个化学腐蚀则是相反的,由于发生了化学反应而产生伤害的,通常多数的腐蚀都是化学物质腐蚀。腐蚀将造成企业生产能力延误,产品材料损失,资源与能量过度耗费、原材料效率降低、对自然环境产生破坏。所以,建立和研究预防腐蚀科学技术,对国民经济建设具有十分重大的作用。关键词：关键词：冶炼化工设备；常用金属材料；腐蚀原因；预防措施 引 言 引 言 冶炼化工设备常用金属腐蚀的激励有电化学腐蚀机制、大气腐蚀机制二类,至于引起腐蚀的因素,则与金属特点、制造条件、设备维护、制造原料等有关。为提高冶炼化工设备的抗腐蚀能力,在设备设计生产环节,还必须采用耐腐蚀原材料,并科学应用结构技术,以优化设备设计生产工艺流程,在设备应用环节,还应该建立健全的设备防腐蚀管理计划,抓好防护管理措施工作。1 金属腐蚀的概述 1 金属腐蚀的概述 所谓金属腐蚀,就是在自然环境条件介质下,各种金属材料的表层上经过了水解步骤等物理化学反映、电化学反映等,就会直接损坏其表层和自身组织,从实质上来分析,它就是被氧化以后,各种金属材料分子逐渐失去电子的第一步。通常,人们根据不同的损害基本原理,主要是把金属材料腐蚀划分为电化学和物理化学腐蚀两个类别。其中,电化学腐蚀指的是金属材料表层和周围环境介质中间的分子产生了电子过程,从而产生腐蚀性问题。化学腐蚀指的是金属或者合金在特定环境介质之中，如处于水、氧气、二氧化硫等介质之下，就会直接发生表面甚至结构破坏的化学反应腐蚀。针对这两种金属腐蚀问题，电化学腐蚀出现的概率较大。针对腐蚀电池的形成，主要是因为金属表面同环境介质相互接触之后会让空气之中的水分吸附在金属表面，形成一层水膜，并且对于二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等物质会直接溶解到这一层水膜之中，形成电解质溶剂。2 冶炼化工设备常用金属材料腐蚀原因分析 2 冶炼化工设备常用金属材料腐蚀原因分析 针对冶炼化工设备来说,当金属板材发生腐蚀后:冶炼化工设备自身的金属材料防锈性能会降低。而在使用过程中，因为设备所使用的金属都属于是整个化工过程的关键金属部位，当出现腐蚀的情况后，便同样会让金属特有的抵抗腐蚀的性能下降，因此，在使用金属资源的过程中，假若金属的自身密度很高，则其特有的防腐性能也就越强，相反，若金属材料的密度很低，则其自身特有的防腐性能就越差。因此对于金属板材而言应着重考虑密度,以来提高金属冶炼及化工设备的实际耐腐蚀能力。3 冶炼化工设备金属腐蚀类型 3 冶炼化工设备金属腐蚀类型 金属材料腐蚀中存在着局部腐蚀与整体腐蚀的两种情形,局部腐蚀主要指对于化工设备进行腐蚀后而产生局部损害的情形,而这种状况在化工设备的实际运用过程中也较为普遍。因为这种局部腐蚀的情形通常会使得化工设备的部分零件产生较强烈的腐蚀,从而导致该部份零件的工作强度降低,但相应设备的其他部位仍然可以正常工作。而整体腐蚀则是化工设备的整体都被腐蚀,并且腐蚀程度也较为一致,因此这种整体腐蚀的情形也较为普遍,是目前金属材料腐蚀方式的主要方式,对于这种整体腐蚀过程可以使用金属腐蚀速度的线性函数加以计量,因为这样能够使对于金属材料整体腐蚀时间得以更精确的把握。这个类型的化工腐蚀大多是由金属长期地在水溶液中浸泡而形成的,又或是设备在进行冶炼化工工作过程中产生了具有腐蚀能力的气体，让整个厂间的设备都受到气体的腐蚀，以下是本文对冶炼化工中两种常见金属腐蚀情况的机理的简述：3.1 化工电腐蚀 在冶炼化工的常用设备中，由于频繁使用化工设备，设备受到腐蚀是在所难免的，其中化工电腐蚀是腐蚀情况中较为常见的一种。在冶炼化工设备工作时，免不了与外在环境的接触以及相应介质相碰撞,从而形成相应的阳极反应或与阴极反应,从而产生腐蚀性。化工电传感器腐蚀原理简言之就是金属表面内部的完整的电子回路,主要是指作为阳极的化学金属表面和作为阴极外界环境和化学介质,引起的离子DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.02.075172 杨砾淞：冶炼化工设备常用金属材料腐蚀原因及与预防策略 化反应使设备表面产生电化学传感器腐蚀,从而危害化工设备的正常工作。所以,对于冶炼化工部门，应格外注意化工电腐蚀防护工作，并明确熟悉化工电腐蚀的基础过程。3.2 大气腐蚀 影响金属材料腐蚀程度的另一个主要原因,就是自然大气环境。大气污染物,往往也会引起化工设备产生一些化学反应,从而产生腐蚀现象。也因此,对于某些空气污染较严重的特定区域,往往对环境保护效果也较为不良,当采用化工设备时,往往也会和无机酸物质形成一定的化学反应,从而发生腐蚀,影响施工进度。当然,之所以会产生无机酸物质是因为污染的大气中含有硫化物和粉尘,这些物质会与水产生反应。就石油化工公司而言,在开展石油化工设备的耐腐蚀作业流程中,必须注重掌握大气环境设备腐蚀原理,全面掌握大气环境因素和设备的作用,以及设备作业的实践条件,力争达到既抓自身大气环境治理又为化工设备的应用工作,并尽力控制好与影响设备腐蚀问题的因素。4 化工设备防腐措施 4 化工设备防腐措施 4.1 完善冶炼化工设备防腐设计控制方案 冶炼化工设备自身的构造特点,和产生所用的钢制压力容器和各种金属贮罐所固有的抗腐蚀水平之间都存在着极大的关系,需要做好如下的设计控制方案内容:(1)在产品设计工作开展时,机器必须符合产品设计要求及基本准则,并最大限度地将机器设备的总体造型加以降低,此项工作为了防止因机器设备造型过度繁复而削弱机器设备的抗腐蚀能力,若设计成较为简洁的整体造型,则可以有效减少设计死角,从而提高耐腐蚀性水平。(2)进行冶炼化工设备的设计工作过程中,要充分预防空隙问题发生,如果存在空隙,则会导致设备内部存在液体流动不顺畅现象,进而引发腐蚀问题,而此问题发生还会引发后续的内部应力腐蚀问题,使得冶炼化工设备的整个内部结构随之产生被腐蚀问题。期间,如果无法防止空隙问题的形成,则在设备上面的适当地方把排水缝设计上,以便使设备表层可以长时间维持风干。其次,必须进行连接工作,借此防止设备后续工作之处形成诸如焊瘤或咬边的缺点,借此增加设备的抗氧化能力。4.2 选择抗腐蚀的材料作为冶炼化工设备的制作材料 经过上述分析,表明冶炼化工设备产生腐蚀的大部分因素是由冶炼化工设备材料导致,针对此应选择有利于化工公司生产的设备,把抗腐蚀视为冶炼化工设备的首选原因。然后积极的寻找抗腐蚀的化学制造设备,例如利用导电设备实现化学制造工艺,因为导电设备设置在化学工艺设备外面,所以接上电以后,化学制造工艺中的某些化学元素反应能够在设备外面实现,从而降低对化学设备的腐蚀。其次由于金属属性中的铝、铜、铁等金属材料,会与化学设备加工成产中的化工物品产生化学反应,针对此问题可以选择塑料产品的金属化工设备,一方面便于摘卸、清洗,另一方面降低了化学公司对生产环境所带来的腐蚀。总之要针对化学企业的新产品特性,来选用耐腐蚀性的生产设备开展化学企业的新产品,要设置规范的冶炼化工设备使用细则,规范的遵循冶炼化工设备施工程序,并定时地对设备进行维修、养护,以降低对冶炼化工设备腐蚀,并保证了冶炼化工设备的完整度。4.3 电化学保护防腐控制方案 在金属电化学防护中,主要包括二类,一类是阴极保护,另一类则为阳极防护,就详细分析而言,一般需要进行如下工作内容:(1)金属阴极的防护工作,主要会在金属冶炼等化工设备的金属表面上流通进去一定的负极电压,借此将设备的金属电位更变为负电位,此时才能够使金属表面的实际溶解速率进一步减小。一般情形下,经此方式进行保护的设备,必须在外形或结构方面不要过分复杂,不然会造成设备中靠近阳极部分的电流密度较大影响,从而导致防护电流力度减弱,无法使防护效能充分发挥起来,进而产生遮蔽现象。另外,电化学防护方法也较为实用于土壤结构或是水构造中较多,而针对点蚀、冲击腐蚀或晶间腐蚀等问题的处理能力也相当强。(2)阳极保护,主要是指通过对冶炼化工设备需要开展耐腐性保护工作的金属材料表层上的结构加以加工,并即将各种金属材料结构的直流电水平方位,在此过程中,一般会借助电解质溶液的应用,将冶炼化工机器设备上面的各种金属材料结构通过阳极极化加工,直至规定电位以后,使得机器设备上面的各种金属材料结构相互之间建立起更为稳定钝态,进而对电气设备表层的阳极溶化形成控制效果,进而提高了冶炼化工机器设备抗腐蚀工作能力。但使用此方式实现抗腐蚀防护时需注意,若金属表面并不具有钝化作用特性,则无法采用阳极保护方式达到抗腐蚀目标。4.4 对冶炼化工设备的使用要进行标准化管理 首先,需要企业有关工作人员具有较高的使用设备的专业素质和综合能力,企业领导做出合理的经济发展决策,并完成对人才和设备的优化选择等工作,同时需要有关岗位人员构成的年龄和专业层次均符合国家标准规定,了解设备的使用性能,以满足其使用的稳定性和防腐性能;其次,企业领导要对设备设备管理予以足够多的关注,形成岗位责任制,并对职责做出合理分配,以达到规范化管理要求。从目前的实践情况分析而言,金属涂层防腐蚀的基本原理主要是利用涂料层来有效的防护钢管等金属材料设备,而由于金属涂层本身就具有致密特性,因此金属材料的表层也会附着以有效防止金属材料与介质接触,如液体、空气、其余物质等。但是也要注意,由于涂层并没有随着时间的流逝逐渐掉落，因此在使用涂层防腐技术的时候需要特别注意对图层进行不间断的维护工作，从而确保涂膜拥有优越的防腐性能。4.5 电弧喷涂防腐 在冶炼化工设备金属材料防腐方法中，使用电弧喷枪对设备中的阳极和阴极金属进行加工,是一种较为常见的方法，使用这种方法处理金属材料，可以在经过与首端的电极 杨砾淞：冶炼化工设备常用金属材料腐蚀原因及与预防策略 173 部位出现短路情况时，还可以继续进行电弧喷涂工作，不会出现熔断金属丝的情况，而依据电弧喷枪的高温，可以轻松的使电路压缩器内的短路装置出现容腔的情况，并且可以直接在材料的外部进行喷涂，并在金属材料与电路之间的相互接触之下,还会有相应的电弧喷涂镀层的产生。而根据实际的情况分析,在基体与镀层之间还会产生设备融合,并且也会有相应的极微冶金结合的产生,作用非常明显,通过这样的组合方法就能够保证防腐蚀镀层不会产生起皮或者剥落的现象,而是紧密融合,从而达到了持久防腐蚀的效果。在具体应用冶炼化工设备的同时,通过这一防锈手段能够进行金属板材的防锈处理,同时保护设备金属钢板的安全性,提高设备利用的稳定性。5 结束语 5 结束语 综上所述,在冶炼化工设备所用各种金属材料的运用流程中,克服、改善其腐蚀的问题并非一朝一夕的,所以公司的技术管理人员与生产管理人员不要有侥幸的心态,也不要对平时的化学设备冶炼松懈监管。在日常冶炼时,就应该意识到化工设备所用各种金属材料腐蚀问题的严重性,加强对化学设备的腐蚀防范工作,不但要从各种金属材料选用的方面着手考虑,还要对化工设备的结构设计加以优化、增加各种金属镀层,以增强化工设备防止腐蚀的性能,同时还必须充分考虑到生产管理人员对化工设备腐蚀问题的安全管理态度,以增强管理人员和生产技术人员的维护意识。从而为公司的化工产品增加安全力度,从而也提高化工冶炼的效益。参考文献 参考文献 1 刘兵兵.化工机械设备腐蚀原因及防腐策略分析J.中国化工贸易,2019:212.2 张宏,黄晓慧.冶炼化工设备常用金属材料腐蚀原因与预防措施J.世界有色金属,2018:151-152.3 邰在进.化工机械设备的腐蚀原因与含氟材料防护应用研究J.科技风,2020:167-167.4 郑磊.化工干燥设备的材料选用及防腐蚀对策J.中国化工贸易,2019:188.5 李文祥.石油化工设备常见腐蚀原因及防腐措施应用研究J.中国高新技术企业,2017 6 都志斌.冶金机械铜材料设备腐蚀原因与防护措施J.中国战略新兴产业,2018:198-198.（上接第 164 页）_（上接第 164 页）_ Study on dynamic storage characteristics of liquid CO2 storage tank Gao Fei1，Guo Zhiqiang1，Zhao Daqing1，Weng Yu2，Yang Shuang2(1.Changqing Engineering Design Co.,LTD.,Xian,Shaanxi 710065,China;2.School of Petroleum Engineering,Xian ShiyouUnivercity,Xian,Shaanxi 710065,China)Abstract:Abstract:The liquid CO2 storage tank in the CO2 injection station of well Huang*in the fifth oil production plant of Changqing Oilfield is studied.The dynamic flow and heat transfer of storage tank during storage are analyzed and studied by using the method of computational fluid dynamics.Through the research,the flow field distribution law in the outer space of the tank is obtained,and the air flow characteristics near the tank wall are determined.Through the calculation of the dynamic characteristics of flow and heat transfer under different storage conditions,the influence laws of different conditions and parameters on the gradual cooling leakage in the tank are obtained,the favorable effect of tank pressure on cold holding capacity is found,the adverse effect of medium liquid level on cold holding capacity is obtained.The influence degree of environmental conditions on liquid loss is determined.The research provides strong support for the safety and economic analysis of liquid CO2 storage system.Key words:Key words:liquid CO2;CFD;storage tank;dynamic characteristics