化学機器の腐食と保護

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経済の発展に伴い、化学製品の需要は増加し続けており、設計能力を超えて稼働する生産設備が増えています。そのため、世界中の化学会社にとって、プロセス装置の腐食や故障による損失を防ぐことが緊急の課題となっています。多くの専門家は、材料の保護と防食対策がメンテナンスコストを削減し、安全で安定した工場操業を可能にする重要な保証であると考えています。　　 腐食損傷が随所に見られ、腐食事故も多発しています。腐食自体の自然発生的な性質に加えて、これは主に、人々による腐食の危険性の過小評価、腐食保護の重要性に対する深い理解の欠如、腐食と保護の科学に関する適切な知識の欠如、腐食対策の不履行、または不適切な腐食対策によるものです。　　 化学生産企業では腐食性媒体が一般的であり、化学機械や装置は一般産業の装置よりも深刻に腐食します。産業面で見ると、他の産業と比較して、化学生産企業の機械設備は腐食が早い傾向にあります。防食能力を効果的に向上させ、機器の寿命を延ばすために、設計、建設、運用保護のあらゆる側面を考慮して、積極的かつ効果的な防食対策を講じる必要があります。 化学機械や装置の耐食性を向上させることは、今日の化学関連生産分野にとって非常に重要な実用的意義を持っています。 　　1. 腐食について 1. 腐食の定義 腐食物質は、化学または化学作用によって失われ、破壊されます。表面レベルでは、腐食は材料と環境の間の化学的および電気化学的相互作用によって起こり、材料自体の機能がある程度損傷を受けます。化学機械や装置が腐食すると、その色、外観、機械的特性がさまざまな程度に変化し、その結果、化学機械や装置が損傷し、エネルギーと資源の重大な浪費につながります。化学会社の生産コストは大きな影響を受けており、化学会社も経済的損失を被っている。したがって、化学機械・装置の防食性能を向上させるために、積極的かつ効果的な防食対策を講じることは、今日の化学関連生産現場における重要な課題となっています。 　　2 腐食の分類 腐食：物質が周囲の環境との相互作用により破壊される現象。　　 腐食は材料の種類により金属腐食と非金属腐食に分けられます。　 腐食は表面形態により全面腐食と局部腐食に分けられます。；局所腐食には、ピンホール腐食、応力腐食割れ、隙間腐食、電食、摩耗腐食なども含まれます。；　　 金属腐食はそのメカニズムにより物理腐食、化学腐食、電気化学腐食などに分けられます。　　 物理的な腐食：純粋な物理的影響による材料の破壊は、一般に、溶融金属容器の溶解や、高温の溶融塩や溶融アルカリの容器への溶解と浸透など、溶解と浸透によって引き起こされます。 　　化学腐食：金属と非電解質間の直接的な化学相互作用によって引き起こされる破壊。腐食プロセスは純粋な酸化還元反応です。腐食媒体は金属表面の原子と直接衝突して腐食生成物を形成します。反応中に電流は発生せず、化学反応速度論の法則に従います。 　　電気化学腐食：金属と電解液の間の電気化学的相互作用によって引き起こされる破壊。反応プロセス中、アノードは電子を失い、カソードは電子を獲得し、電子の流れ（電流）が発生します。このプロセスは電気化学反応速度論の法則に準拠します。 　　3 腐食の危険性 化学産業では、金属は製造装置の主な材料です。腐食は、強力な腐食性媒体やさまざまな酸、アルカリ、塩、有機溶剤、腐食性ガスと頻繁に接触することによって発生します。腐食は、金属および合金材料に多大な損失を引き起こし、機器の耐用年数に影響を与えるだけでなく、機器のメンテナンスサイクルを短縮し、非生産時間と修理コストを増加させます。；腐食は、機器やパイプラインのにじみ、はじき、滴下、漏れなどの現象をさらに深刻にし、原材料や完成品に多大な損失をもたらし、製品の品質に影響を与え、環境を汚染し、人々の健康を危険にさらします。；腐食による機器の爆発や火災などの事故は、機器の損傷や生産の停止につながり、多大な経済的損失を引き起こし、さらには人命を危険にさらす可能性があります。 　　2. 化学装置の防食対策 現在の防食技術は主に以下のとおりです。：耐食材料、表面防食技術、腐食抑制技術、電気化学的保護などの開発 　　1. 耐食材料の開発。一般的な機械装置の製造に使用される材料のほとんどは普通炭素鋼であり、価格が安く、供給が容易で、加工が容易であるという特徴があります。通常の使用環境で使用する場合、腐食による大きな害はありません。しかし、化学工業など高濃度の腐食性媒体が存在する環境で使用される場合、耐食性が低いため腐食を受けやすくなります。たとえば、一般的に使用される Q235 鋼は、サワーガスや塩水噴霧媒体中で最大 0.5 ～ 1.0 mm/a の腐食速度を示します。さまざまな企業が定期的に機器コンポーネントの防食塗装を実施します。しかし、塗膜に傷がついたり、塗膜の一部が剥がれたりすると、すぐに電食腐食が発生し、さらに拡大し続けて寿命となります。**削減されるため、化学会社はこの種の鋼を機械や装置の原材料として使用すべきではありません。代わりに、16MnCu、09MnCuPTi などの一般的な低合金鋼などの耐食鋼を製造装置の母材として使用する必要があります。このタイプの鋼は前者より高価ですが、全体的な経済的利益ははるかに高くなります。低合金鋼を使用した機器の寿命は、通常の炭素鋼を使用した機器に比べて2～3倍であるという統計もあり、コストパフォーマンスはさらに優れています。 　　耐食材料の開発研究は、耐食技術の進歩におけるブレークスルーであり、人類の各時代における技術の進歩と密接に関係しています。耐食材料は主に金属材料、高分子材料、無機非金属材料に分けられます。 　　構造材料の主成分は金属および合金材料であり、その中でも鋼が大きな位置を占めています。ただし、鋼の耐食性には限界があります。高性能合金や非鉄金属材料の開発と応用は急速に発展しており、特殊な環境における局部腐食や腐食の問題はある程度解決されています。高モリブデン含有耐食合金、二相ステンレス鋼、高純度フェライト系ステンレス鋼、ニッケル基合金、低合金鋼、チタンおよびチタン合金など。耐食性非金属材料は現在、国内外の化学生産に広く使用されています。非金属材料は優れた耐食性を備えており、その機械的特性は強化することで補うことができます。一部の分野では、鉄鋼に置き換わる傾向が見られます。現在は以下のように開発中です：耐食性プラスチック、グラスファイバー、グラファイト、ガラスライニング、エンジニアリングセラミックス 2 表面コーティング 既存の防食手段の中で、表面防食コーティングと金属表面技術のコストは、全防食コストの約 87% を占めます。適切な表面防食技術を採用することは、機器の耐用年数を延ばし、メンテナンスコストを削減し、機器の管理レベルを向上させるために不可欠な方法です。同時に、表面防食技術を使用して、**材質全体の耐食性が向上しました。化学および石油化学産業で一般的に使用される表面防食技術には、コーティング、ライニング、めっき、浸透および近年開発されたさまざまなハイテク技術が含まれますが、その中でコーティングとライニングが最も広く使用されています。 　　2.1 耐食性コーティング 耐食性コーティングの開発は、常に関心のある研究分野です。化学産業では、耐食性コーティングは主に建物、構造物、装置、貯蔵タンク、水、石油、ガスのパイプラインの内壁と外壁に使用されます。統計によると、基材の不適切な表面処理が防食コーティングの損傷の約 75% を占めています。したがって、表面処理の品質に注意を払うことが不可欠です。ジンクリッチコーティング、重防食コーティング、高温耐性コーティング、セラミックコーティング、防錆コーティング、フッ素樹脂コーティングなどのいくつかの有望なコーティングは、現在国際的に研究されている最も人気のあるコーティングです。 　　2.2 ライニング技術および複合管ライニング技術は、構造材料として高強度材料（炭素鋼、ガラス繊維、鋳鉄など）を使用し、ライニング層として耐食性に優れた材料を使用します。ライニング技術はタイトライニング、ルーズライニングなどに分けられ、海外はタイトライニング技術の開発に力を入れています。ライニング技術は化学装置やパイプラインなどで一般的に使用されています。 　　2.3 その他の表面処理技術 電気めっきと化学めっき 化学防食用途における電気めっきには、主にクロムめっき、亜鉛めっき、ニッケルめっきなどがあります。亜鉛めっき層の不動態化は非常に活発な分野です。過去 10 年間に導入された低クロムまたはクロムフリーのカラー不動態化、黒色不動態化、ミリタリーグリーン不動態化および強力な不動態化（シリコーン樹脂または他の樹脂を含む複合不動態化層）は、海洋大気、工業雰囲気環境、工業用水、河川および河川水環境における亜鉛めっき層の耐食性を向上させることができます。**改善する。無電解メッキは、金属塩と還元剤を使用して同じ溶液中で自己触媒酸化還元反応を実行し、固体表面に金属コーティングを堆積させる膜形成技術です。無電解ニッケルリン合金および三元ニッケル合金製品は、電気めっき製品よりも優れた耐食性を備えており、選択肢が豊富です。これらは現在、国内外で最も急速に成長している表面処理プロセスの 1 つです。 　　スプレー コーティング スプレー コーティングは、火炎、プラズマ、アーク スプレーを使用して、材料や製品に金属、合金、無機、有機の耐腐食性と耐摩耗性の表面層を得るプロセス技術です。 　　化学熱処理 化学熱処理、特にアルミめっきとクロムめっきは、過去 10 年間、化学機械の防食に広く使用されてきました。 　　リン酸塩処理 リン酸塩処理は、塗装の重要な前処理工程として長年使用されてきました。過去 10 年間で、アルカリ金属三元系の低温または室温リン酸塩処理は、リン酸塩処理技術の質的進歩をもたらしました。 　　3. 電気化学的保護 電気化学的保護とは、外部電流を使用して金属 (合金を含む) の腐食電位を変化させ、腐食速度を低下させる防食技術を指します。電気化学的保護は、陰極保護と陽極保護に分類できます。電気化学的保護技術は、化学的防食の分野で広く注目され、応用されています。これは効果的、経済的かつ実用的な防食手段です。 　　陰極保護は、金属表面に十分な陰極電流を流し、金属電位を負にし、金属の溶解速度を低下させることです。保護される機器の構造形状は、通常、あまり複雑であってはなりません。複雑な構造の機器では、補助陽極付近の電流密度が高く、補助陽極から遠いところでは電流密度が小さくなるため、十分な保護電流が得られません。保護効果すらなく、いわゆる「シールド現象」を引き起こします。陰極防食は主に水中や土壌中の金属構造物に使用されますが、一般に機器の構造が単純で媒体の腐食性がそれほど高くない環境で使用する必要があります。陰極防食は、一般的な均一腐食の防止に加えて、一部の材料の孔食、粒界腐食、衝撃腐食、選択腐食なども防ぐことができます。 　　陽極保護は、保護された金属コンポーネントを外部 DC 電源の正極に接続することです。金属コンポーネントは電解質溶液中で特定の電位にアノード分極され、安定した不動態化状態を確立および維持できます。その結果、アノードの溶解が抑制され、腐食速度が大幅に減少し、機器が保護されます。酸化特性のない金属の場合、陽極保護は使用できません。主に使用されるのは、：1. 炭素鋼貯蔵タンク、各種熱交換器、三酸化硫黄発生装置などの硫酸製造の構造物2. アンモニアおよびアンモニウム塩溶液内の構造物、炭化塔、アンモニア貯蔵タンクなど。 　　酸化性の強い媒体では、最初に陽極保護の使用を検討してください；陽極防食と陰極防食の両方を使用でき、両者の保護効果が類似している場合は、陰極防食を優先する必要があります。；水素脆化が無視できない場合は、陽極保護を使用する必要があります。 　　4 緩衝腐食防止剤は、非常に低濃度で腐食性媒体中の金属の腐食速度を高めることができる腐食防止剤の一種です。**物質が減少しました。この物質は、化合物または複数の化合物から構成される複合物質である場合があります。化学産業では、防食剤は主に工業用冷却水システムの腐食や、化学装置、パイプライン、ボイラーの化学洗浄（酸洗）を防止するために使用されます。また、製造工程における工程防食のために少量使用されております。 　　工業用冷却水システムに使用される腐食防止剤 化学品の製造工程では工業用冷却水が大量に使用され、曝気時に冷却水中に多量の溶存酸素が溶け込み、深刻な腐食を引き起こします。腐食は水質を悪化させ、貴重な水資源を消費するため、腐食を防ぐための腐食防止剤の使用は重要な経済的および社会的利益をもたらすことがわかります。 　　化学洗浄用の腐食防止剤: 化学的、物理的、または生物学的影響により、化学装置、パイプライン、ボイラーなどの表面に汚れ (スケール、錆、油、生物スケールなど) が現れます。化学的方法を使用してこれらの汚れを除去し、元の表面状態に戻すプロセスは化学洗浄と呼ばれます。 　　全体として、化学企業の生産プロセスにおいて、化学機械は化学企業の正常な生産を確保するために必要な生産設備です。化学機械や装置が直面する防食問題は、化学工業関連の生産分野で徐々に注目を集めています。化学機械および装置の耐食能力を向上させ、化学機械および装置の生産耐用年数を最大限に延長し、化学企業の生産コストを可能な限り削減する努力は、今日の化学関連生産分野が直面する重要な課題となっている。