李 曉

（南京化工技師學院，南京 210048）

化工設備腐蝕機理研究及腐蝕監(jiān)測管理系統(tǒng)的開發(fā)

李 曉

（南京化工技師學院，南京 210048）

對化工設備腐蝕機理進行深入研究，并在此基礎上開發(fā)合理的腐蝕監(jiān)測管理系統(tǒng)，對化工企業(yè)的發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實意義。

化工設備 腐蝕機理 監(jiān)測管理系統(tǒng)

引言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，設備腐蝕為化工廠帶來的經(jīng)濟損失及人員傷亡日益嚴重。在不影響系統(tǒng)正常運作的基礎上，對設備腐蝕速率及相關參數(shù)進行連續(xù)測量的在線腐蝕監(jiān)測技術發(fā)展迅速。同時，此技術的研究與應用已成為國內(nèi)石化企業(yè)的重要研究課題之一。

1 設備腐燭機理類型

根據(jù)化工設備腐蝕作用機理，金屬腐蝕機理主要包含化學、電化學、生物及物理四種腐蝕類型。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，化學與電化學腐蝕在化工企業(yè)比較常見，尤其電化學更是普遍存在。

1.1 化學腐蝕

該腐蝕主要是指金屬表面直接與非電解質發(fā)生化學反應，從而對金屬造成一系列破壞。如果發(fā)生氧化還原反應，不會形成腐蝕電流，此種情況下化學腐蝕會從屬于化學多相反應動力學規(guī)律。比如，在干燥氣體中金屬受到腐蝕，在四氯化碳及中銀成分受到腐蝕。必須要注意的是，化學腐蝕其介質中沒有水分。但在實際生產(chǎn)中，單純的化學腐蝕非常少，主要是由于介質含水量低，化學腐蝕會轉換為電化學腐蝕。因此，化學腐蝕是在無水干燥氣體或有機溶劑情況下出現(xiàn)的腐蝕。

1.2 電化學腐蝕

這種腐蝕主要是由于金屬與電解質溶液間出現(xiàn)電化學反應，從而對金屬造成損害。相較之化學腐蝕，其主要包含陽極與陰極兩個同時存在又相互獨立的化學反應過程，同時會產(chǎn)生一定的腐蝕電流。因此，該腐蝕從屬于電化學動力學原理。該腐蝕比較常見，且其帶來的傷害也是最大的。

2 影響金屬腐燭的主要因素

腐蝕類型不同，其影響因素也不同。就影響因素的本質而言，金屬腐蝕主要包含金屬物理、化學及力學三大類影響因素。其中，金屬物理主要是材質及組織結構等對腐蝕造成的影響；金屬化學主要是造成金屬腐蝕的相關化學因素，如介質、離子濃度、溫度及流速等；金屬力學則是指腐蝕金屬受到的殘余及工作等應力?？傊?，在這些因素的作用下，宏微觀腐蝕電池應用而生。因此，只有掌握各腐蝕因素規(guī)律及其破壞性，才能制定行之有效的防腐措施。在實際生產(chǎn)中，可從三方面分析設備構件腐蝕失效的影響因素。

2.1 介質

介質主要是引起金屬腐蝕的外在因素。在分析腐蝕失效因素時，首先要明確造成腐蝕的外在環(huán)境介質，主要包含介質成分、濃度、壓力、導電性、溫度及流速等物理、化學及電化學等相關闡述。介質與材料不同，其腐蝕規(guī)律也大不相同。

2.2 材質

腐蝕過程，具體而言就是環(huán)境介質與金屬表面或界面出現(xiàn)的化學與電化學反應。因此，對于腐蝕過程而言，金屬材料非常關鍵。材質因素是造成金屬腐蝕的內(nèi)在因素。在分析腐蝕現(xiàn)象時，材質影響因素主要分為四類。第一類，材料冶煉質量，主要是材料的化學成分、非金屬雜物、饒注縮孔、偏析、加熱及冷卻白點等現(xiàn)象與缺陷。第二類，材料加工質量，主要是軋制、鍛造與擠壓成型的加熱中形成的沿晶氧化缺陷。由于冷卻速度比較快，造成細小裂紋引起的各類缺陷，甚至熱影響區(qū)的各類不良因素。第三類，熱處理不規(guī)范。在熱處理加熱操作中，由于溫度過高或過燒產(chǎn)生晶粒大、脫碳及增碳等；在冷卻及淬火中引起開裂、回火脆性、微觀組織不合理等造成的缺陷。第四類，材質表面狀態(tài)，其表面粗糙度會影響金屬腐蝕形貌與速度。

2.3 結構設計

在設備結構設計中，要盡可能避免出現(xiàn)不合理的應力集中與積液等現(xiàn)象。在確定設備材料時，要充分考慮材質與環(huán)境的相容性。

由上可以發(fā)現(xiàn)，腐蝕失效影響因素較多，且比較復雜。在分析其時效過程時，要綜合考慮各影響因素，才能準確判定失效成因。就化工設備而言，介質因素是其腐蝕速率的主要影響因素。通過分析其腐蝕行為，掌握介質因素改變，其腐蝕速率也會改變，這對準確判斷設備腐蝕傾向非常重要。

3 分析化工企業(yè)對設備腐蝕監(jiān)測管理系統(tǒng)的開發(fā)與應用

石化企業(yè)在長期實踐中積累了大量與生產(chǎn)設備及管線相關的設計參數(shù)、運行情況、檢測信息及維修狀況等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)為分析腐蝕失效、更換設備及制定防腐措施，提供了數(shù)據(jù)支持。在腐蝕問題解決過程中，如何對這些數(shù)據(jù)進行科學管理并有效運用非常關鍵。隨著現(xiàn)代化網(wǎng)絡技術水平的日益提高，化工企業(yè)實施在線監(jiān)測腐蝕的意義與作用日益凸顯。本文通過計算機技術開發(fā)在線腐蝕監(jiān)測管理系統(tǒng)，搜集腐蝕監(jiān)測數(shù)據(jù)、分析腐蝕速率及報警等，管理設備腐蝕的研究實驗結果等。化工企業(yè)可以系統(tǒng)化管理生產(chǎn)裝置腐蝕數(shù)據(jù)，確保裝置可以長期穩(wěn)定運行的安全性。

3.1 概述腐蝕監(jiān)測管理系統(tǒng)

該監(jiān)測管理系統(tǒng)包含監(jiān)測與管理兩大功能。腐蝕監(jiān)測，最早是腐蝕實驗與無損檢測現(xiàn)場設備等技術的融合體，功能是通過腐蝕實驗與無損檢測技術，對設備腐蝕情況進行定期在線或離線檢測，從而獲得腐蝕速率及離子濃度等相關數(shù)據(jù)。監(jiān)測技術的不斷更新，體現(xiàn)了腐蝕監(jiān)測技術的發(fā)展。比如，高溫電阻與電感探針等新技術的應用，一定程度上擴大了腐蝕監(jiān)測范圍，提高了監(jiān)測精度。隨著現(xiàn)代化計算機技術與程序的開發(fā)應用，腐蝕管理系統(tǒng)不斷發(fā)展。目前，系統(tǒng)結構主要包含瀏覽器與客戶端兩種服務器系統(tǒng)，增強了軟件開發(fā)功能，提高了數(shù)據(jù)處理與分析能力，便于快速查找與管理數(shù)據(jù)。

3.2 設計開發(fā)思路

（1）在對設備工藝流程圖及腐蝕機理研究基礎上，參照工藝流程圖，結合設備運行經(jīng)驗，判斷設備與管道存在的潛在損傷機理與失效位置，從而選用合適的腐蝕監(jiān)測點位置與方法。

（2）全面設置系統(tǒng)結構，確保其對數(shù)據(jù)能夠在線監(jiān)測搜集與離線檢測輸入。此外，還能夠對相關數(shù)據(jù)進行一定處理。

（3）通過編程軟件，編制腐蝕監(jiān)測管理程序，并確保其具備腐蝕速率、剩余壁厚及腐蝕實驗結果等監(jiān)測管理模塊。在此基礎上，得到腐蝕速率與時間、剩余壁厚與時間相關關系曲線圖。如果腐蝕速率、剩余壁厚及相關參數(shù)不在程序范圍內(nèi)，該監(jiān)測程序自動報警，以此防范發(fā)生腐蝕失效現(xiàn)象。

3.3 設計腐蝕監(jiān)測方案

在設計腐蝕監(jiān)測方案時，其主要包含設計監(jiān)測點與選擇監(jiān)測防范。必須要在工藝流程圖與腐蝕機理研究前提下，掌握生產(chǎn)工藝狀況及設備腐蝕機理，設計監(jiān)測方案，才能確保監(jiān)測點與方法具有的代表性與經(jīng)濟性。

換言之，首先要確保單個監(jiān)測點具有一定的代表與區(qū)域性，監(jiān)測過程具有以偏概全的效果。其次，監(jiān)測點整體布置要具備系統(tǒng)性，也就是在生產(chǎn)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中將監(jiān)測落實到位，才能實現(xiàn)全面而有效的腐蝕監(jiān)測。

此外，必須要根據(jù)實際生產(chǎn)狀況布置監(jiān)測點，滿足經(jīng)濟發(fā)展需求，確保測量精度與安全可靠性。

通常，將工況條件比較差的位置設為監(jiān)測點，主要是該位置容易發(fā)生腐蝕且速度快。具體的，可參考以下原則選擇監(jiān)測點：（1）結合設備運行狀況，將事故多發(fā)的設備與管道作為腐蝕重要監(jiān)測點；（2）從介質角度出發(fā)，將介質相變點、積液與濃縮點及高溫高壓易腐蝕點作為優(yōu)先監(jiān)測點；（3）從設備結構角度出發(fā)，管道易沖蝕點、應用過程中變形與應力集中位置、設備進出口位置等是首選監(jiān)測點。

3.4 選取監(jiān)測方法

實際生產(chǎn)中，需要綜合考慮介質條件、腐蝕類型及監(jiān)測點特性，以此選取合適的檢測方法，滿足精度需求，確保監(jiān)測方法的經(jīng)濟實用性，降低生產(chǎn)成本。此外，如果設備腐蝕比較嚴重，可以采用多種監(jiān)測法相互補充。常用監(jiān)測方法一般有兩種：掛片實驗法和探針監(jiān)測法。

3.4 .1 掛片實驗法

該監(jiān)測法屬于比較傳統(tǒng)的監(jiān)測，在設備關鍵位置設置旁路腐蝕實驗室，掌握其腐蝕狀況。對一段時間內(nèi)掛片失重情況進行測量，準確判斷此處設備腐蝕速度，并在此基礎上觀察腐蝕形貌，獲得材料腐蝕類型等數(shù)據(jù)。

在任何環(huán)境中都可應用該監(jiān)測法，其不但可以全面監(jiān)測腐蝕速度，也對局部腐蝕有一定的分析功能。該監(jiān)測法時效性特點較顯著，即隨時可以進行掛片實驗檢測。測試精度較高，但是監(jiān)測方法無法實現(xiàn)在線實時監(jiān)測，需要專門人員搜集并分析測量數(shù)據(jù)，不具備智能化數(shù)據(jù)分析測量功能。

3.4 .2 探針監(jiān)測法

該監(jiān)測法是現(xiàn)代化工企業(yè)普遍采用的一種監(jiān)測法，其監(jiān)測周期較短，可以進行實時監(jiān)測，自動測量數(shù)據(jù)。一般在金屬均勻腐蝕速度的測量中常用該方法，但是其局部腐蝕監(jiān)測難度較大。

現(xiàn)階段，探頭式在線測量儀應用較廣。它主要包含探頭、測量儀表、連接配件及數(shù)據(jù)搜集器等。既有便攜式的單孔腐蝕測量儀，也有以中心為主控制的腐蝕測量儀。各類型測量儀表由于測量機理不同，又可分為電阻、線性極化電阻、電偶及高靈敏等不同形式的探頭?，F(xiàn)階段，市場上插入式探頭腐蝕測量儀，可以搜集獨立或多種探頭數(shù)據(jù)。

4 腐蝕監(jiān)測管理系統(tǒng)對化工設備的作用

腐蝕監(jiān)測管理系統(tǒng)可以有效評估設備的腐蝕狀況，及時了解化工設備管道的腐蝕程度。一旦腐蝕對管道或設備有損壞，監(jiān)測管理系統(tǒng)會自動報警，從而防止事故發(fā)生。同時，監(jiān)測管理系統(tǒng)可以科學管理和分析一些數(shù)據(jù)，從而獲得腐蝕速率與生產(chǎn)參數(shù)的關系，進而實現(xiàn)化工設備腐蝕問題的科學化管理。

5 結論

在石化企業(yè)生產(chǎn)中，化工設備腐蝕所造成的經(jīng)濟損失與人員傷亡不可小覷。針對化工設備腐蝕機理，企業(yè)要加強研究并深入分析其影響因素、腐蝕速率及機理變化規(guī)律等，從而全面掌握化工設備腐蝕狀況，并在此基礎上及時制定科學合理的防腐措施，選擇有效的腐蝕監(jiān)測法，以準確預測設備腐蝕并進行適當?shù)目刂?，將腐蝕失效防患于未然，盡可能降低設備腐蝕造成的各類損失，為化工設備長期穩(wěn)定運行提供安全保障，為石化企業(yè)帶來社會與經(jīng)濟效益。

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[3]范強強，華麗.在線腐蝕監(jiān)測技術應用概述[J].全面腐蝕控制，2013，27（7）：22-26.

Study on Corrosion Mechanism of Chemical Equipment and Development of Corrosion Monitoring and Management System

LI Xiao
(Nanjing Institute of chemical engineering, Nanjing 210048)

It is very important to develop a reasonable corrosion monitoring and management system on the basis of the thorough research on the corrosion mechanism of chemical equipment.

chemical equipment, corrosion mechanism, monitoring and management system