李君

(內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350)

0 引言

熱能動(dòng)力設(shè)備在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域尤其在發(fā)電企業(yè)和部分化工企業(yè)中是不可或缺的一部分，例如發(fā)電廠的鍋爐、汽輪機(jī)、熱交換器等。上述這些設(shè)備都是由金屬材料制造而成，然而幾乎所有的金屬材料在高溫、高壓，尤其是含有腐蝕因素的高濕等環(huán)境下，極其容易發(fā)生金屬自身的腐蝕問題，從而影響化工企業(yè)中設(shè)備的安全性以及穩(wěn)定性。因此，熱能動(dòng)力設(shè)備金屬的腐蝕與保護(hù)問題一直都是工程技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文將對(duì)熱能動(dòng)力設(shè)備金屬的腐蝕與保護(hù)問題進(jìn)行深入探討，為相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用提供參考和借鑒。

1 腐蝕與保護(hù)技術(shù)

1.1 材料選擇

1.1.1 材料選擇的重要性

材料的選擇是決定設(shè)備使用壽命的重要因素之一。在設(shè)備最初的設(shè)計(jì)階段時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備所處的環(huán)境和使用條件，選用合適的材料。如果材料選擇不當(dāng)，則會(huì)導(dǎo)致設(shè)備在使用過程中出現(xiàn)腐蝕、開裂、變形等問題，甚至引發(fā)設(shè)備事故。

1.1.2 材料選擇的基本原則

第一，根據(jù)設(shè)備的使用條件選擇合適的材料。例如，在高溫、高壓的環(huán)境下應(yīng)選用耐高溫的合金材料，在強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的環(huán)境下應(yīng)選用耐腐蝕材料等；第二，材料應(yīng)具有良好的力學(xué)性能和物理性能以及化學(xué)性能，以保證能夠滿足設(shè)備的使用要求；第三，應(yīng)考慮材料的加工性能和成本，選用具有良好耐腐蝕性能的材料，以降低設(shè)備的腐蝕率。

1.1.3 材料選擇的具體方式

第一，參考國內(nèi)和國外的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，選擇符合要求的材料；第二，參考同類設(shè)備的使用情況和經(jīng)驗(yàn)，了解此設(shè)備的使用條件，選擇適用于此設(shè)備的材料；第三，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和測試，評(píng)估不同材料的力學(xué)性能和耐腐蝕性能；第四，選擇優(yōu)秀的材料供應(yīng)商，確保材料的質(zhì)量以及可靠性。

以鍋爐管道材料的選擇為例。在某些化工企業(yè)中，選用了高溫合金鋼、超級(jí)304H 不銹鋼、12Cr1MoVG等材料。這些材料在高溫、高壓的環(huán)境下表現(xiàn)出良好的耐腐蝕性能和力學(xué)性能，保證了設(shè)備在高溫、高壓的環(huán)境下可以安全運(yùn)行。

1.2 防腐涂層

第一，介質(zhì)的性質(zhì)。不同的介質(zhì)對(duì)涂層的腐蝕影響區(qū)別較大，如酸、堿、鹽等介質(zhì)都需要選擇相應(yīng)的涂層；第二，金屬基材的性質(zhì)。不同金屬的腐蝕特性也不同，例如不銹鋼、銅等材料需要選擇耐酸堿涂層；第三，使用條件。涂層在運(yùn)行過程中可能會(huì)受到不同程度的機(jī)械刮擦、高溫、高壓等因素的影響，所以需要選擇耐磨、耐溫、耐壓等特殊涂層；第四，環(huán)保要求。現(xiàn)在工業(yè)領(lǐng)域越來越重視環(huán)保問題帶來的影響，所以需要選擇環(huán)保型的涂層。

在某些化工企業(yè)中，在其防腐涂層的選擇會(huì)是：如介質(zhì)主要是酸性氣體和水蒸氣，則需要選擇能夠抵抗酸堿腐蝕和水蒸氣腐蝕的涂層；如金屬基材主要是碳鋼和不銹鋼，則需要選擇能夠抵抗碳鋼和不銹鋼腐蝕的涂層；如設(shè)備中在使用中存在高溫高壓的情況，則需要選擇耐高溫高壓的涂層；滿足環(huán)保要求，涂層需要選擇無毒無害、不含重金屬的環(huán)保型涂層[1]。

1.3 陰極保護(hù)

熱能動(dòng)力設(shè)備金屬的腐蝕與保護(hù)技術(shù)中，陰極保護(hù)是一種常用的防腐方法，通過在金屬表面建立一個(gè)電位低于基體的陰極反應(yīng)，使金屬處于電化學(xué)上的保護(hù)狀態(tài)，從而達(dá)到防止金屬腐蝕的目的。陰極保護(hù)方法的優(yōu)點(diǎn)在于它對(duì)金屬材料的表面和內(nèi)部都具有良好的保護(hù)作用，同時(shí)不會(huì)增加金屬材料的重量和尺寸，對(duì)設(shè)備的性能和壽命也沒有不良影響。

陰極保護(hù)技術(shù)的具體方式包括電位調(diào)節(jié)、電流陰保、金屬鋅的保護(hù)、犧牲陽極等。其中，電位調(diào)節(jié)方法是指通過在金屬表面施加一定的外電勢，使其電位低于基體，從而達(dá)到防腐的目的。金屬鋅的保護(hù)是通過將金屬鋅與被保護(hù)金屬接觸，由于鋅比被保護(hù)金屬更具有活性，因此被保護(hù)金屬會(huì)成為鋅的陰極，從而達(dá)到防腐的目的。犧牲陽極是將一種更容易被腐蝕的金屬材料制成陰極，并與被保護(hù)金屬接觸，以此犧牲陽極來保護(hù)被保護(hù)金屬[2]。

1.4 緩蝕劑

緩蝕劑的使用方式，主要分為添加到防腐涂料中和直接添加到腐蝕介質(zhì)中兩種方式。在添加到防腐涂料中時(shí)，緩蝕劑可以與涂料一同涂刷在金屬表面上，形成一層穩(wěn)定的保護(hù)膜。在直接添加到腐蝕介質(zhì)中時(shí)，緩蝕劑可以與腐蝕介質(zhì)混合，形成一層穩(wěn)定的保護(hù)膜，防止金屬與腐蝕介質(zhì)直接接觸而發(fā)生腐蝕。

例如，在某些化工企業(yè)中，儲(chǔ)罐長期暴露在酸性環(huán)境中，容易發(fā)生腐蝕。為了解決這個(gè)問題，這些企業(yè)采用了將緩蝕劑直接添加到腐蝕介質(zhì)中的方式。如他們選擇了一種高效的緩蝕劑，并將其添加到儲(chǔ)罐內(nèi)的腐蝕介質(zhì)中，形成了一層穩(wěn)定的保護(hù)膜，則可以防止了儲(chǔ)罐內(nèi)金屬的腐蝕。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該方法不僅有效防止了腐蝕，而且具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，成本較低，獲得了很好的效果[3]。

2 熱能動(dòng)力設(shè)備金屬的腐蝕與保護(hù)實(shí)踐案例

2.1 鍋爐水側(cè)金屬管腐蝕的防治

某些化工企業(yè)生產(chǎn)中使用的鍋爐和換熱器等熱能動(dòng)力設(shè)備，可能會(huì)由于工作環(huán)境的惡劣和運(yùn)行條件的復(fù)雜，常常會(huì)發(fā)生金屬管腐蝕的問題。針對(duì)這一問題，企業(yè)需要采取的保護(hù)措施有：

首先，定期對(duì)鍋爐水側(cè)金屬管進(jìn)行清洗和化學(xué)處理。通過定期排污、清洗水側(cè)管道和采用化學(xué)水處理等方式，有效地清除了管道內(nèi)的水垢和氧化物，減少了管道內(nèi)金屬的腐蝕[4]。

其次，針對(duì)管道內(nèi)部環(huán)境酸堿性的變化，選擇具有耐腐蝕性和耐高溫性的特種涂層。將其涂覆于金屬管表面，形成了一層堅(jiān)固的保護(hù)膜，有效地延緩了金屬的腐蝕速度。

2.2 熱交換器金屬板受到高溫氧化腐蝕的防護(hù)

熱交換器作為熱能動(dòng)力設(shè)備的核心部件，在使用過程中容易受到高溫氧化腐蝕的影響，導(dǎo)致設(shè)備的性能下降，甚至損壞。因此，對(duì)熱交換器金屬板進(jìn)行有效的防護(hù)是熱能動(dòng)力設(shè)備金屬腐蝕與保護(hù)領(lǐng)域的重要研究方向之一[5]。

在某些化工企業(yè)中使用的熱交換器金屬板采用的是鎳基合金材料，具有很好的高溫氧化腐蝕抵抗性。然而在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于壓力波動(dòng)等因素，熱交換器內(nèi)部水垢及沉積物較多，導(dǎo)致金屬表面的防腐涂層出現(xiàn)脫落、龜裂等情況，從而降低了金屬板的抗氧化腐蝕性能。為了解決這一問題，該企業(yè)采取了以下措施：定期清洗熱交換器內(nèi)部水垢及沉積物，保證金屬板表面干凈，防止腐蝕產(chǎn)生；對(duì)熱交換器的防腐涂層進(jìn)行了改進(jìn)，選擇了具有較好耐高溫氧化腐蝕性能的材料用于涂層，提高了金屬板的防護(hù)能力；通過引入先進(jìn)的監(jiān)測和管理技術(shù)等手段，對(duì)熱交換器進(jìn)行精細(xì)化管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題，確保熱交換器的正常運(yùn)行[6]。

3 加強(qiáng)金屬腐蝕與保護(hù)技術(shù)創(chuàng)新的建議

3.1 推廣應(yīng)用新型材料

3.1.1 開展新型材料的研發(fā)和試驗(yàn)

針對(duì)不同的金屬材料和腐蝕環(huán)境，開展新型材料的研發(fā)和試驗(yàn)，探索新型材料的耐腐蝕性能和適用范圍。例如，對(duì)于高溫下容易受到氧化腐蝕的金屬材料，可以研發(fā)出具有更好氧化穩(wěn)定性的新型材料。

3.1.2 推廣應(yīng)用耐蝕性能更好的合金材料

合金材料由兩種或兩種以上元素組成，通常具有比單一金屬更好的耐腐蝕性能。因此，推廣應(yīng)用耐蝕性能更好的合金材料是一種可行的途徑。例如，使用含有鉬和鉻等元素的耐蝕合金材料，可以有效地抵御化學(xué)腐蝕和高溫氧化腐蝕[7]。

3.1.3 推廣應(yīng)用防腐涂層材料

防腐涂層是一種常用的金屬腐蝕保護(hù)方法，可以防止金屬與外部環(huán)境直接接觸，從而達(dá)到防腐的目的。推廣應(yīng)用防腐涂層材料也是一個(gè)可行的途徑。例如，使用具有高耐腐蝕性和高耐熱性的陶瓷涂層材料，可以在高溫和強(qiáng)酸強(qiáng)堿環(huán)境下有效防止腐蝕。

3.1.4 推廣應(yīng)用新型防腐材料

推廣應(yīng)用新型防腐材料也是一種可行的途徑，例如，使用具有自愈性質(zhì)的聚合物材料，當(dāng)材料表面被破壞時(shí)，聚合物材料可以自行修復(fù)，從而保護(hù)金屬材料不被腐蝕[8]。

3.2 加強(qiáng)防腐涂層技術(shù)研究

防腐涂層技術(shù)的發(fā)展，歷程經(jīng)歷了多個(gè)階段。最初的防腐涂層是采用天然樹脂、瀝青等天然材料制成，但這些涂層的防腐性能不穩(wěn)定，不適用于一些特殊環(huán)境下的金屬材料保護(hù)。現(xiàn)代防腐涂層技術(shù)采用了各種高分子材料、無機(jī)材料、納米材料等，具有更高的防腐性能、耐久性和環(huán)保性能。現(xiàn)代防腐涂層技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在石油、化工、電力、建筑等行業(yè)中，涂覆防腐涂層已經(jīng)成為常見的保護(hù)手段。例如，在航空航天領(lǐng)域，航空器的表面經(jīng)常會(huì)涂覆高性能的防腐涂層，以保護(hù)其免受大氣環(huán)境的腐蝕。在海洋工程領(lǐng)域，鋼結(jié)構(gòu)物體表面通常采用環(huán)氧涂層、防污涂層、耐海水腐蝕涂層等來保護(hù)其免受海水腐蝕[9]。

3.3 制定嚴(yán)格腐蝕檢測標(biāo)準(zhǔn)

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，金屬材料在各行各業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，同時(shí)金屬腐蝕問題也日益凸顯。因此，制定更加嚴(yán)格的腐蝕檢測標(biāo)準(zhǔn)是加強(qiáng)金屬腐蝕與保護(hù)技術(shù)創(chuàng)新的重要方面。

制定更為嚴(yán)格的腐蝕檢測標(biāo)準(zhǔn)，可以提高金屬腐蝕檢測的準(zhǔn)確性和可靠性，有效地保護(hù)金屬材料的使用壽命和安全性。一些國際標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出臺(tái)，例如ASTM(美國材料和試驗(yàn)協(xié)會(huì)) 制定了許多標(biāo)準(zhǔn)用于評(píng)估材料的腐蝕性能，比如ASTM G1、G5、G31 等。在國內(nèi)，也已經(jīng)出臺(tái)了一些有關(guān)金屬腐蝕檢測標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定，如《石油化工行業(yè)金屬材料腐蝕檢測規(guī)范》《涂裝腐蝕檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等。

除了制定標(biāo)準(zhǔn)外，利用現(xiàn)代技術(shù)手段進(jìn)行腐蝕檢測也是非常必要的。例如現(xiàn)代化的電化學(xué)腐蝕測試、掃描電子顯微鏡等腐蝕檢測方法，可以更加準(zhǔn)確評(píng)估材料的腐蝕性能[10]。

3.4 加強(qiáng)腐蝕與保護(hù)技術(shù)人才培養(yǎng)

人才的培養(yǎng)需要從教育、科研、實(shí)踐等多個(gè)方面入手。一方面，高校和職業(yè)教育機(jī)構(gòu)可以開設(shè)相關(guān)專業(yè)或課程，培養(yǎng)更多的專業(yè)人才。另一方面，企業(yè)也需要通過實(shí)踐和培訓(xùn)，提高員工的技術(shù)水平。

絕大部分化工企業(yè)在本單位中擁有一支專業(yè)的腐蝕與保護(hù)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，并且通過以下幾個(gè)方面加強(qiáng)人才培養(yǎng)：公司在制定年度培訓(xùn)計(jì)劃時(shí)，注重腐蝕與保護(hù)技術(shù)人才的培養(yǎng)，將專門的培訓(xùn)課程和活動(dòng)納入計(jì)劃中；企業(yè)還需定期組織員工參加腐蝕與保護(hù)技術(shù)的培訓(xùn)課程，包括理論課程和實(shí)踐操作。培訓(xùn)的內(nèi)容包括腐蝕原理、防腐涂層技術(shù)、防腐檢測技術(shù)等；企業(yè)應(yīng)鼓勵(lì)員工進(jìn)行輪崗實(shí)踐，通過在不同的崗位上進(jìn)行工作，拓寬視野，提高技能水平；企業(yè)還可以與多所高校建立合作關(guān)系，開展技術(shù)研究和人才培養(yǎng)。并且由企業(yè)提供實(shí)習(xí)和科研所需的場地和條件。同時(shí)，企業(yè)也可通過招聘一些高校畢業(yè)生，進(jìn)行崗位培訓(xùn)和技能提升[11]。

4 結(jié)語

本文從腐蝕的基本原理、金屬腐蝕的分類及機(jī)理、腐蝕與保護(hù)技術(shù)等方面展開論述，分析了熱能動(dòng)力設(shè)備金屬腐蝕與保護(hù)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢。在此基礎(chǔ)上，提出了加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和擴(kuò)大市場推廣的建議，以期進(jìn)一步提高熱能動(dòng)力設(shè)備的性能和降低運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。