壓力容器腐蝕的影響因素與預防措施

孫媛媛

摘要： 壓力容器作為化工企業(yè)中一種常見的設備，在很多的化工領域有著重要的作用，但是由于化工工業(yè)的特殊性，壓力容器會受到各種腐蝕，甚至影響正常的生產(chǎn)活動。本文就壓力容器的腐蝕影響因素進行了分析，并重點對腐蝕的預防措施進行了闡述。

Abstract： As a common device of the chemical companies， the pressure vessel plays an important role in many chemical field， but

because of the special nature of the chemical industry， pressure vessels will be subject to a variety of corrosion， and even affect the normal production activities. This paper analyzes the corrosion factors of the pressure vessel， and focuses on prevention measures of the corrosion.

關鍵詞： 壓力容器；金屬腐蝕；腐蝕與防護

Key words： pressure vessels；corrosion of metals；corrosion and protection

中圖分類號：TH49 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2013）03-0080-02

0 引言

壓力容器是化工生產(chǎn)中廣泛使用并很重要的特種設備，壓力容器將會產(chǎn)生各種各樣的腐蝕，由于操作條件（介質(zhì)、溫度和壓力）的不同，而在實際操作過程中，嚴重地影響著壓力容器的安全運行和使用壽命，據(jù)有關資料統(tǒng)計表明，由于腐蝕發(fā)生爆炸事故的占66.7％，甚至會引發(fā)爆炸事故造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。

壓力容器的腐蝕是壓力容器與環(huán)境的反應而引起的材料的破壞或變質(zhì)，因為絕大多數(shù)壓力容器都是由金屬材料構成，所以其腐蝕主要為金屬腐蝕。金屬腐蝕按機理分可分為化學腐蝕和電化學腐蝕，按破壞形態(tài)可分為均勻腐蝕和局部腐蝕，其中局部腐蝕包括均勻腐蝕、應力腐蝕、點腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕、氫致開裂、縫隙腐蝕、腐蝕疲勞和磨耗腐蝕等。因此，對金屬腐蝕的規(guī)律性有所了解，有助于分析形成壓力容器腐蝕的原因，以便采取相應的防腐措施，提高壓力容器的安全使用性，和對其在運行過程中出現(xiàn)的缺陷性質(zhì)作出正確的判斷。

1 影響壓力容器金屬腐蝕的主要因素

金屬腐蝕過程因素互相影響、互相制約，關系復雜，主要包括介質(zhì)、溫度、壓力、流速等外部條件，和壓力容器中金屬及合金成分、雜質(zhì)含量和表面狀態(tài)等內(nèi)在因素。

1.1 金屬材料本身 金屬腐蝕的發(fā)生首先是由金屬本身的化學性質(zhì)決定的。實驗研究和生產(chǎn)實踐證實，合金的腐蝕速度與合金含量有密切關系，因此壓力容器中的夾雜物會加速金屬的腐蝕。其次，壓力容器的金屬表面光潔度和晶型對其腐蝕也有很大的影響，表面越粗糙，越易腐蝕；表面有氧化膜則耐腐蝕。金屬的晶粒越粗，壓力容器腐蝕越快；反之，則較慢。再者，壓力容器金屬在制造過程中的冷、熱加工（如沖壓、鍛造、焊接等）變形，產(chǎn)生較大的內(nèi)應力，內(nèi)應力的存在會促使腐蝕過程的加速，在有硫化氫等場合還會引起應力腐蝕破裂。

1.2 環(huán)境因素 在化工生產(chǎn)中壓力容器會接觸到酸、堿、鹽、水、氧等具有一定腐蝕性的介質(zhì)，而不同的金屬材料對腐蝕介質(zhì)有一定的適用范圍。如碳鋼在稀硫酸中會很快溶解，但在濃硫酸中很穩(wěn)定；不銹鋼在中、低濃度硝酸中很耐蝕，但不耐濃硝酸的腐蝕。因此，在壓力容器的使用過程中介質(zhì)的種類、化學成分、濃度、pH值、雜質(zhì)、水分和含氧量都必須做到合適的控制，最大程度的對容器進行保護。

另外，溫度、壓力和流動速度也是影響壓力容器腐蝕的重要環(huán)境因素。介質(zhì)的溫度越高，壓力越高，腐蝕越快。因為腐蝕是一種化學反應，溫度升高加速了溶液的對流，擴散速度增大，使?jié)舛葮O化降低，同時電解液電阻下降，所以使腐蝕電池的反應加快。一般來說，每升溫10℃，腐蝕速度就會增加1-3倍。此外介質(zhì)的流動速度越快，腐蝕越快。溶液流速的增加，強化了物質(zhì)的擴散和對流，同時也加速了腐蝕產(chǎn)物的脫落或?qū)ΡＷo膜的沖刷，從而產(chǎn)生旋渦、湍流、空泡引起嚴重的沖擊磨損和空泡腐蝕。

2 預防壓力容器金屬腐蝕的措施

2.1 主體材料的選用 根據(jù)壓力容器不同的用途和所處的介質(zhì)、溫度和壓力情況，在壓力容器的制作過程中，選擇不同的材料組成耐蝕合金，或在金屬中添加合金元素提高其耐蝕性可以防止或減緩金屬的腐蝕。例如，在鋼中加入鎳制成不銹鋼壓力容器可以增強防腐蝕能力。除了介質(zhì)的腐蝕性與選材有直接關系外，介質(zhì)的易燃程度和毒性程度也直接決定著選材。如Q235-A.F不得用于制造易燃介質(zhì)容器，Q235-A不得用于制造液化石油氣容器，Q235-A或Q235-B不得用于制造毒性程度為極度或高度危害介質(zhì)的壓力容器?？傊?，壓力容器主體材料的選用不僅要根據(jù)容器的工作壓力和工作溫度及標準與規(guī)范的允許范圍，而且還應特別注意介質(zhì)特性對材料性能的影響。

2.2 設計合理的結構 消除可能引起腐蝕介質(zhì)積聚的缺口，并注意設備金屬的組織，為了防止設備在運行過程中腐蝕，設計中盡量減少應力集中。應避免采用會引起電偶腐蝕、縫隙腐蝕、沖刷腐蝕，底部出口必須能排凈殘液，以防殘留液的腐蝕，為的是避免容器中出現(xiàn)死角引起積聚沉淀物的腐蝕，避免采取應力腐蝕等腐蝕破壞的不合理結構。

2.3 緩蝕劑法 在腐蝕性介質(zhì)中加入少量能使金屬腐蝕速度降低甚至完全抑止的物質(zhì)稱為緩蝕劑，緩蝕劑是一種方法簡便、經(jīng)濟效果較好的防腐技術，目前已廣泛用于石油、化工、機械、鋼鐵、動力和運輸?shù)裙I(yè)部門，解決了不少嚴重的腐蝕問題。

緩蝕劑的保護效果隨著被保護金屬和腐蝕環(huán)境而異，并且各種緩蝕劑有其一定的適用范圍。只有選擇正確、用量適當才能真正起到緩蝕的作用，否則無效。例如，對于鈍化能力很弱的金屬，采用陽極性緩蝕劑，不僅無效，反而會促進腐蝕；一些多種金屬組合的結構，應該選擇對幾種金屬能同時起保護作用的緩蝕劑，或者采用能分別抑制有關金屬的復合緩蝕劑。必須注意的是，強酸中即使加有緩蝕劑，仍然有較大的腐蝕速度，所以一般只適用于除銹或去垢等短時間的酸洗場合，而不宜用作長期保護。

2.4 電化學保護 它和其他防腐方法一樣，有其局限性，但在一定條件下使用得當，則能獲得良好的保護效果，且比較經(jīng)濟。電化學保護是根據(jù)金屬電化學腐蝕原理對金屬設備進行保護。按照作用原理不同，可分為陰極保護和陽極保護兩類。

陰極保護又分為外加電流陰極保護（電保護）和犧牲陽極保護（護屏保護）兩種，兩者在原理上完全相同，所區(qū)別的只是使被保護金屬陰極極化而輸入的陰極電流，前者靠外加直流電源，后者靠另一個電位更負的金屬的腐蝕溶解。陰極保護比較適宜于腐蝕性不太強的介質(zhì)，如海水、土壤、中性鹽溶液。在強腐蝕介質(zhì)中，由于電能或護屏材料的消耗太大，不經(jīng)濟。電保護是利用外加電源來進行保護的，顯然可以有很大的功率，因此比護屏保護的適用范圍更為寬廣，同時電保護還可以根據(jù)保護情況隨時調(diào)節(jié)電流的大小。但是電保護需要一套直流電源和附屬的電器裝置，基本投資遠高于護屏保護，所以究竟選用哪種保護方法要視具體情況而定。這種保護方法廣泛應用于船舶、地下管道、海水冷卻設備、油庫以及鹽類生產(chǎn)設備的保護；在化工生產(chǎn)中的應用也逐年增多，如碳鋼制堿液蒸發(fā)鍋，保護前40-50天后焊縫處產(chǎn)生應力腐蝕破裂，保護后2年多未發(fā)現(xiàn)破裂；合成氨冷卻器，無保護時只能使用一年，保護后腐蝕基本停止。

陽極保護是利用金屬在電解質(zhì)溶液中依靠陽極極化建立鈍態(tài)的特性而實施的保護方法。它與外加電流陰極保護一樣，也用外加電流供電，所不同的是被保護設備接電源的正極，輔助電極接負極，是一種保護效果好而又經(jīng)濟的防腐方法。陽極保護的適用范圍較窄，主要用于氧化性介質(zhì)中對鋼鐵進行保護。在強氧化介質(zhì)中使用得當時，常常可以獲得很高的保護效果，并且比較經(jīng)濟。如有機酸中和罐、硫酸貯槽、碳化塔冷卻器等。

2.5 襯里 襯里是一種綜合利用不同材料的特性、具有較長使用壽命的防腐方法。根據(jù)不同的介質(zhì)條件，大多是在鋼鐵或混凝土設備上選襯各種非金屬材料。對于溫度、壓力較高的場合，可以襯耐蝕金屬（如不銹鋼、鈦、鉛、銅、鋁等）。其中應用最廣泛的是在碳鋼設備表面襯陶瓷、石墨磚板、橡膠、玻璃鋼以及搪瓷等。

3 管理維護

在管理和維護過程中，化工企業(yè)一定要做好定期檢查、取樣，嚴格根據(jù)壓力容器檢修的有關規(guī)定，嚴格執(zhí)行相關壓力容器的使用法規(guī)，掌握壓力容器在運行中腐蝕情況和運行缺陷，為確保壓力容器的安全運行與維護，延長設備的使用壽命，發(fā)現(xiàn)問題就及時采取補救措施，以防止設備繼續(xù)遭到腐蝕。

4 結論

為減緩或抑制腐蝕破壞，確保設備的正常運行，可以對腐蝕形態(tài)進行分析和研究，采取有效的防范措施，但前提要弄清壓力容器腐蝕破壞原因，壓力容器腐蝕對設備的安全運行威脅極大，不容忽視。

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