天然氣壓力容器腐蝕原因及防范措施

陶文靖 薛麗英

【摘 要】壓力容器是化工生產(chǎn)中廣泛使用的一種重要的特征設(shè)備，由于化工工業(yè)的特殊性，壓力容器會(huì)受到各種腐蝕，若其發(fā)生腐蝕現(xiàn)象將嚴(yán)重威脅到化工設(shè)備的安全運(yùn)行。為了防止壓力容器腐蝕，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，本文分析了化工壓力容器腐蝕的產(chǎn)生因素，并重點(diǎn)對(duì)腐蝕的預(yù)防措施進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】壓力容器；腐蝕；防腐蝕

一、前言

壓力容器是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中不可缺少的一種設(shè)備，廣泛應(yīng)用于化工、煉油、機(jī)械、動(dòng)力、紡織、冶金、核能及運(yùn)輸?shù)葒?guó)民經(jīng)濟(jì)部門(mén)。由于其盛裝著易燃、易爆、有毒或腐蝕性介質(zhì)，并且長(zhǎng)期承受高溫高壓作用，因此，壓力容器是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中危險(xiǎn)性較高的特種設(shè)備。在壓力容器實(shí)際操作過(guò)程中，腐蝕嚴(yán)重地影響著壓力容器的安全運(yùn)行和使用壽命，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)表明，由于腐蝕發(fā)生爆炸事故的占 66.7%，甚至?xí)l(fā)爆炸事故造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。化學(xué)腐蝕對(duì)壓力容器的危害主要表現(xiàn)在：腐蝕會(huì)使壓力容器發(fā)生早期失效或突然損壞，造成事故；腐蝕會(huì)使壓力容器發(fā)生穿孔泄漏，造成介質(zhì)流失，污染環(huán)境，甚至?xí)挂兹冀橘|(zhì)發(fā)生爆炸或使有毒介質(zhì)發(fā)生泄漏；腐蝕會(huì)使壓力容器壁厚減薄，致使殼體不能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，導(dǎo)致容器破裂失效。壓力容器的腐蝕問(wèn)題比較復(fù)雜，影響因素比較多，其中包括氫腐蝕、應(yīng)力腐蝕、局部腐蝕以及均勻腐蝕，并且經(jīng)常出現(xiàn)幾種腐蝕共存的現(xiàn)象。

二、天然氣壓力容器腐蝕原因

1、材料本身。壓力容器的腐蝕是壓力容器與環(huán)境的反應(yīng)而引起的材料的破壞或變質(zhì)，因?yàn)榻^大多數(shù)壓力容器都是由金屬材料構(gòu)成。金屬腐蝕的發(fā)生首先是由金屬本身的化學(xué)性質(zhì)決定的。實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)，合金的腐蝕速度與合金含量有密切關(guān)系，因此壓力容器中的夾雜物會(huì)加速金屬的腐蝕。其次，壓力容器的金屬表面光潔度對(duì)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(guò)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(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力的存在會(huì)促使腐蝕過(guò)程的加速，在有硫化氫等場(chǎng)合還會(huì)引起應(yīng)力腐蝕破裂。

2、環(huán)境因素。在企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中含有大量的 SO2、H2S 、CO2、鹵化物、硫化物、氫氧化物及鹽霧等有害物質(zhì)，然而這些因素在高溫以及潮濕的環(huán)境當(dāng)中彼此發(fā)生了綜合性反應(yīng)，金屬機(jī)械本身結(jié)構(gòu)受到這些有害物質(zhì)的影響發(fā)生了化學(xué)以及物理反應(yīng)，最終在其本身產(chǎn)生了腐蝕的現(xiàn)象。另外，溫度、壓力和流動(dòng)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?yàn)楦g是一種化學(xué)反應(yīng)，溫度升高加速了溶液的對(duì)流，擴(kuò)散速度增大，使?jié)舛葮O化降低，同時(shí)電解液電阻下降，所以使腐蝕電池的反應(yīng)加快。一般來(lái)說(shuō)，每升溫 10℃，腐蝕速度就會(huì)增加 1-3 倍。此外介質(zhì)的流動(dòng)速度越快，腐蝕越快。

三、天然氣壓力容器腐蝕防范措施

1、主體材料的選用

在選擇壓力容器時(shí)，使用耐腐蝕材料，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(guò)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(qiáng)防腐蝕能力?？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(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的允許范圍，而且還應(yīng)特別注意介質(zhì)特性對(duì)材料性能的影響。

2、提高焊接質(zhì)量

提高焊接質(zhì)量可以降低或消除焊接縫的殘余應(yīng)力，防止裂紋的產(chǎn)生，從而使焊縫的熱影響區(qū)的金相組織與性能得到較好的改善。電弧焊和氬弧焊這兩種焊接工藝時(shí)不銹鋼材料最常采用的焊接方法。在焊接壓力容器時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定的要求選用合適的焊接材料和焊接工藝，而焊條等焊接材料的質(zhì)量必須經(jīng)有關(guān)部門(mén)檢驗(yàn)且合格。同時(shí)，焊接者還應(yīng)是經(jīng)相關(guān)考試合格具有合格證書(shū)且技術(shù)較好的。在焊接前應(yīng)對(duì)鋼材的淬硬性、焊接厚度和使用條件等因素進(jìn)行綜合考慮并實(shí)現(xiàn)預(yù)熱措施；為了防止化工壓力容器出現(xiàn)超標(biāo)缺陷，焊后應(yīng)對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定化熱處理，檢查其外觀，進(jìn)行晶間腐蝕試驗(yàn)，此外還應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求使用超聲波探傷射線探傷。

3、加保護(hù)層法

使用耐腐蝕的材料做隔離保護(hù)層噴涂在壓力容器內(nèi)壁上，可以保護(hù)金屬容器不受腐蝕。而容器內(nèi)外腐蝕層材料的基本特點(diǎn)應(yīng)具備以下6個(gè)方面：①良好的電絕緣性能，防腐蝕層相對(duì)兩面之間一定面積的電阻不應(yīng)小于10000Ω·m2，耐擊穿電壓強(qiáng)度不得低于電火花檢測(cè)儀檢測(cè)的電壓標(biāo)準(zhǔn)；②防腐層應(yīng)具有一定的耐陰極剝離強(qiáng)度能力；③有一定的抗擊穿強(qiáng)度，較好的彎曲性和耐磨性，針入度應(yīng)確保涂層可抵抗較集中的負(fù)荷，與管道有良好的粘接性；④良好的穩(wěn)定性，耐大氣老化性能和化學(xué)穩(wěn)定性能好，耐水性好，吸水率低，有足夠的耐熱性，確保其在使用溫度下不變形，不流淌，不加快老化速度，耐低溫性能好；⑤防腐層破損后易于修補(bǔ)；⑥抗微生物性能好。在容器內(nèi)壁可以噴涂的保護(hù)層一般包括高溫漆、高溫涂料、塑料油漆、耐高溫搪瓷，耐腐蝕性強(qiáng)的金屬。普遍采用的防腐涂層有環(huán)氧型、改進(jìn)環(huán)氧型、環(huán)氧酚醛型或鈦納米等系列的涂層。西安交通大學(xué)研制的等離子噴涂技術(shù)對(duì)金屬進(jìn)行內(nèi)防腐，噴涂材料選用金屬陶瓷，效果比較理想。

4、緩蝕劑法

緩蝕劑是一種投放在介質(zhì)中的能減緩或阻止金屬腐蝕的化學(xué)物質(zhì)。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(chēng)為緩蝕劑，緩蝕劑是一種方法簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)效果較好的防腐技術(shù)，目前已廣泛用于石油、化工、機(jī)械、鋼鐵、動(dòng)力和運(yùn)輸?shù)裙I(yè)部門(mén)，解決了不少?lài)?yán)重的腐蝕問(wèn)題。緩蝕劑的保護(hù)效果隨著被保護(hù)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(dāng)才能真正起到緩蝕的作用，否則無(wú)效。例如，對(duì)于鈍化能力很弱的金屬，采用陽(yáng)極性緩蝕劑，不僅無(wú)效，反而會(huì)促進(jìn)腐蝕；一些多種金屬組合的結(jié)構(gòu)，應(yīng)該選擇對(duì)幾種金屬能同時(shí)起保護(hù)作用的緩蝕劑，或者采用能分別抑制有關(guān)金屬的復(fù)合緩蝕劑。必須注意的是，強(qiáng)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(shí)間的酸洗場(chǎng)合，而不宜用作長(zhǎng)期保護(hù)。

5、電化學(xué)保護(hù)

電化學(xué)保護(hù)是指根據(jù)電化學(xué)原理使金屬設(shè)備成為腐蝕電池中的陰極，從而達(dá)到防止或減輕金屬腐蝕的目的，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(dāng)，則能獲得良好的保護(hù)效果，且比較經(jīng)濟(jì)。其一般有犧牲陽(yáng)極保護(hù)法和外加電流法兩種。犧牲陽(yáng)極保護(hù)法是指用電極電勢(shì)比壓力容器金屬更低的鋁、鋅、合金等做陽(yáng)極，并將其固定在被保護(hù)金屬上，形成腐蝕電極；外加電流法一般用于土壤、河水中的金屬設(shè)備，其是指將被保護(hù)金屬與另一附加電極作為電池的兩個(gè)極，使被保護(hù)的金屬作為陰極，在外加直流點(diǎn)的作用下使陰極得到保護(hù)。

6、加強(qiáng)腐蝕檢驗(yàn)

壓力容器腐蝕很難進(jìn)行判斷，需要借助厚度測(cè)量來(lái)進(jìn)行腐蝕程度的確定，對(duì)于分散的點(diǎn)狀腐蝕來(lái)講，它能夠?qū)е麓┛赚F(xiàn)象，在檢驗(yàn)的時(shí)候要予以關(guān)注，按照《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，腐蝕的沒(méi)有超過(guò)壁厚的三分之一并且是在任意200毫米這一直徑范圍之內(nèi)的，點(diǎn)狀腐蝕的總面積小于等于4500平方毫米的，則是不會(huì)對(duì)定級(jí)產(chǎn)生影響的，如果和這些條件不相滿(mǎn)足的，那么，就需要對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)焊。局部腐蝕是一種比較復(fù)雜的情況，需要注意的是，如果局部腐蝕中有晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕以及石墨化等等的材質(zhì)劣化類(lèi)的情況，如果采用一般的補(bǔ)焊方法，是不能夠從根本上來(lái)把問(wèn)題解決的，如果有必要的話(huà)，需要對(duì)其采用挖補(bǔ)以及更換主要受壓元件的措施來(lái)進(jìn)行。

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