化工压力容器腐蚀影响因素及防腐策略

发表时间:2017/11/28   来源:《防护工程》2017年第17期   作者:孙健
[导读] 压力容器是化工设备的重要组成部分,在化工生产中具有重要地位和作用。

江苏泰洁智邦检测技术有限公司  江苏  南京  210000
  摘要:压力容器是一种常用的工业设备,并在化工、石油、冶金、食品、医药等多个行业内被广泛应用。因为长期处于高温高压状态下,所以压力容器容易出现应力腐蚀现象,极易引发严重的安全事故。本文介绍了应力腐蚀开裂的主要机理,并对影响因素进行了分析,根据应力腐蚀开裂机理及影响因素提出了相应的防护措施。
  关键词:化工;压力容器;影响因素;防腐措施
  
  
  1导言
  压力容器是化工设备的重要组成部分,在化工生产中具有重要地位和作用。压力容器一旦发生腐蚀,会影响化工反应的正常进行,甚至酿成重大安全事故。压力容器一旦发生应力腐蚀,就会引发爆炸、断裂等安全事故,会造成严重的经济损失和人员伤亡。所以对压力容器的应力腐蚀问题进行研究具有重要的意义,规避风险的发生,是保障工业生产正常运行的重要内容。
  2压力容器腐蚀概述
  2.1腐蚀环境
  目前,压力容器的种类较多,结构和功能都存在一定的差异,但是大部分都是金属材质。这些材质长期暴露在大气中,受到水汽和硫化氢等因素的影响,就很容易发生腐蚀。而且,压力容器对工作环境的要求较高,气温过低或过高、压力太大以及流体环境等,都是导致腐蚀的重要因素。同时,受到自然环境因素以及操作条件的双重作用,压力容器也很容易出现老化、应力腐蚀、锈蚀、氢脆和焊接劣化等问题,对其使用性能产生消极影响。其中,大气环境与金属腐蚀具有密切联系,例如,酸雨的酸度越大,金属的腐蚀率越高,二者呈正相关。而且,压力容器内部的一部分流体也具有腐蚀性。
  2.2腐蚀分类
  根据腐蚀的作用机制进行划分,可以将其分为3类,即化学性腐蚀,电化学腐蚀和机械性损耗。其中化学性腐蚀主要是指在有机溶剂中出现的腐蚀反应以及均匀腐蚀。电化学腐蚀中的阳极会出现腐蚀,而阴极则不会发生。在机械性损耗中,腐蚀反应会与应力反应同时作用,后果更加严重,还有可能出现冲蚀、应力腐蚀破裂等。根据腐蚀的范围,又可以分为全面腐蚀和局部腐蚀。全面腐蚀主要是指所有表面均匀的腐蚀,会降低材料的表面厚度和强度。局部腐蚀则是指表面不同位置的腐蚀量和程度存在差异,呈不规则分布,虽然金属的整体损失量较小,但是腐蚀的深度较大,很容易发生快速穿孔。
  3压力容器应力腐蚀的影响因素
  3.1材料因素
  压力容器的制造材料是导致应力腐蚀的重要因素,因为材料是直接与压力容器承载的介质接触,所以不同的材料应对应力腐蚀的效果不同。其中的钢材与应力腐蚀的相关度较高,钢材的强度与应力腐蚀的力度呈正相关的关系,所以压力容器材料的选择至关重要。
  3.2环境因素
  环境因素对腐蚀的影响主要体现在以下几个方面:①工作环境。在不同的工作条件下,容器的耐腐蚀性有所不同。例如,当工作温度超过温度限定时,腐蚀断裂的速率大大加快;在酸性环境下,低碳钢容器的硝脆过程明显加快;pH值越低,不锈钢容器的应力腐蚀速率越快;在高温水环境下,溶解氧的含量越高,容器腐蚀越快。②介质温度。据相关研究,温度每提高10oC,化学反应的速率提高1~3倍。高温可以加快介质对流、降低介质电阻,为电化学腐蚀创造有利条件。介质温度越高,腐蚀速率越快。
  3.3拉伸应力
  拉伸应力是加剧压力容器应力腐蚀的重要因素,因为压力容器发生应力腐蚀是一个动态的过程,在应力腐蚀的第一阶段,压力容器上会出现裂纹,在此过程中,如果受到拉伸应力,就会加快应力腐蚀的进程。尤其是在压力容器设计以及制造存在缺陷的情况下,残余应力作用在某点上时,就会导致压力容器发生断裂,进而引发安全事故。



  4化工压力容器的防腐措施
  4.1改善焊接质量
  金属材料焊接部位的残余应力是导致腐蚀断裂的重要因素,通过提高焊接质量,可以有效消除残余应力,改善焊缝区域的金相组织,进而提高其耐蚀性。目前,不锈钢材料焊接中应用最广泛的两种工艺是电弧焊与氩弧焊,无论采用哪一种工艺,都必须遵循钢结构焊接规范的相关要求。焊条等焊接材料要选择适用且经过相关质检机构检测之后的材料。压力容器焊接前,需充分考虑金属材料的淬硬性、焊缝厚度等因素,并做好预热工作。为避免容器产生超标缺陷,焊接完毕后还需及时进行相应的热处理,并进行晶间腐蚀测试,最后进行超声波检测与射线检测。
  4.2用电化学防护
  电化学防护的基本原理是将待保护的金属材料变为原电池中的阴极,以抑制金属材料的阳极反应,减缓其腐蚀进程,包括两种方法:①牺牲阳极保护法,即将还原性较强的铝、锌等金属材料固定在容器上充当阳极,使金属容器变为腐蚀电路的阴极而受到保护。 ②外加电流阴极保护法,即通过外加直流电源的方式,强制电子从介质流向金属容器,使容器作为阴极被保护起来。采用外加电流保护法的关键在于低电压、大电流,且必须持续不间断供电。
  4.3规范压力容器的选材
  在压力容器的制造过程中,需要对压力容器的制造材料进行规范,在选材过程中着重于规范压力容器的应力腐蚀危险。针对压力容器实际应用来进行具体选材。对于处于高温作业环境下的压力容器,在选择材料时需要对材料的强度和脆性条件进行规范,确保材料性能在高温状态下具有较好的稳定性。在对压力容器应力腐蚀进行控制的过程中,选材时不仅要考虑压力容器的主材,同时还要对一些细小材料的选择进行规范,以此来提高压力容器的整体防腐蚀能力。
  4.4使用防腐涂剂
  防腐涂剂通常由多种材料调配而成,包括人造树脂、植物油和浆液溶剂等。防腐涂剂一般用在腐蚀较为严重的设备表面,可直接涂到腐蚀部位,待涂料变干后就会形成一层带有许多微孔的薄膜,虽然该薄膜不能彻底隔离金属容器与介质,但可以增大介质向微孔扩散的阻力,有效抑制腐蚀电流,起到一定的防腐作用。
  4.5加强管理维护
  化工企业必须严格遵循压力容器的各项使用规定,认真落实容器检修工作,按计划进行检测、取样,及时掌握容器的腐蚀情况,发现容器腐蚀或缺陷时要尽快制定补救方案,以控制腐蚀的进一步扩散和蔓延,保证设备的安全运转。相关人员要加强对腐蚀设备的研究和分析,彻底清查腐蚀原因,制定相应的预防措施,防止同类问题重复出现,从而有效避免容器腐蚀,延长容器使用寿命。
  4.6开发耐蚀材料
  在压力容器中,金属和合金材料所占比例较大,因此在应用腐蚀控制过程中,可以加大对耐蚀材料的开发,从而在一定程度上提高局部耐腐蚀和特殊环境下的腐蚀问题。目前耐蚀非金属材料应用较为广泛,其具有良好的耐蚀性,同时采用增强等手段来弥补其机械性能,未来有取代钢材的趋势。
  结束语:
  综上所述,设备腐蚀是化工生产的重要风险源,特别是对于化工压力容器来说,腐蚀所造成的危害更大,后果更加严重,必须加强对容器腐蚀的重视程度,结合压力容器的工作环境来分析腐蚀规律与影响因素,结合压力容器的工作环境来分析腐蚀规律与影响因素,并制定相应的防护举措,以抑制腐蚀进程,延长容器寿命,确保化工生产的安全稳定运行。
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