保溫下的壓力容器腐蝕淺析及改進措施

張 卓

（中國石化上海石油化工股份有限公司儲運部，上海200540）

壓力容器是一種廣泛應(yīng)用于石油化工生產(chǎn)的重要特種設(shè)備，在實際操作過程中，壓力容器會產(chǎn)生各種腐蝕，如點蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞、晶間腐蝕、均勻腐蝕、磨損腐蝕和氫腐蝕等，嚴重影響在用壓力容器的安全性和穩(wěn)定性。金屬腐蝕是壓力容器使用過程中最容易出現(xiàn)的缺陷之一，其中保溫層下的金屬腐蝕是一種不易發(fā)現(xiàn)且危害程度較大的腐蝕［1］，情況嚴重時，會導(dǎo)致壓力容器失效和破壞，引發(fā)爆炸事故，造成人員傷亡、財產(chǎn)損失和環(huán)境污染［2］。20世紀70年代開始，保溫技術(shù)在煉油化工行業(yè)中廣泛應(yīng)用，取得顯著的節(jié)能效果，但同時也誘發(fā)了更多的保溫層下腐蝕事故的發(fā)生。

中國石化上海石油化工股份有限公司（以下簡稱上海石化）儲運部承擔(dān)著整個上海石化的原油、半成品和成品的儲存和輸送，儲存的物料易燃易爆，極易引起人員傷亡和財產(chǎn)損失。目前在用壓力容器中大部分帶有保溫層。上海石化地處海洋性氣候區(qū)域，在氣候潮濕、多雨的情況下，一旦壓力容器保溫防護層防水效果不良，保溫層長期處于潮濕狀態(tài)，會導(dǎo)致許多設(shè)備發(fā)生嚴重的保溫層下腐蝕。上海石化儲運部一直遵照《特種設(shè)備安全法》、《特種設(shè)備使用管理規(guī)則》（TSG 08—2017）、《固定式壓力容器監(jiān)察規(guī)程》（TSG 21—2016）等法律法規(guī)的要求，進行定期檢驗。2017—2018年檢驗時發(fā)現(xiàn)了保溫下的壓力容器外表面存在不同程度的腐蝕。因此，對保溫下的壓力容器發(fā)生保溫層下腐蝕的常見部位及成因進行分析，提出改進措施，達到認識并控制保溫層下腐蝕的目的。

1 壓力容器腐蝕情況

2017—2018年，共有124臺壓力容器進行到期檢驗，發(fā)現(xiàn)18臺壓力容器存在外腐蝕現(xiàn)象。外腐蝕問題主要集中在運行15年以上的帶保溫層的壓力容器，部分容器保護層松動或封堵失效，保溫層含有水分，容器表面銹蝕程度不一，有的輕微，有的減薄嚴重，除去銹層后基體有不規(guī)則蝕坑，凹凸不平。腐蝕情況統(tǒng)計見表1。

表1 腐蝕情況統(tǒng)計

從檢驗結(jié)果看，保溫下的壓力容器腐蝕主要是碳鋼和低合金鋼外表面的腐蝕，表現(xiàn)為均勻腐蝕減薄及局部坑蝕，主要出現(xiàn)在保溫層破損、拼縫、連接和容易積水的區(qū)域（如圖1～2）。

圖1 緩沖罐筒體外壁腐蝕

圖2 丙烯加熱器殼程下部接管局部腐蝕

2 腐蝕原因分析

本次定期檢驗發(fā)現(xiàn)，對于包覆了保溫層和保護層的壓力容器，由于保護層損傷、保溫狀況欠佳等原因，外來的雨水、消防噴淋水、大氣冷凝水等沿著縫隙到達金屬表面，當(dāng)壓力容器外表面的防腐涂層不能承受潮濕條件而破壞時，容器的腐蝕就很容易發(fā)生。保溫層下腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕。以碳鋼壓力容器為例，發(fā)生電化學(xué)腐蝕后，會在金屬表面形成大小不同的鼓包狀腐蝕物，顏色由黃褐色到磚紅色不等，次層是黑色粉末狀腐蝕物。去除腐蝕物，便會出現(xiàn)腐蝕坑。由于腐蝕產(chǎn)物Fe（OH）3和Fe3O4松散，缺乏保護，腐蝕介質(zhì)可以通過這些松散的產(chǎn)物繼續(xù)腐蝕壓力容器本體，一旦在金屬表面某處發(fā)生腐蝕，就會持續(xù)不斷的腐蝕下去，直到發(fā)生局部損壞［3］。腐蝕過程可表示為：

經(jīng)深入分析后發(fā)現(xiàn)造成壓力容器外壁金屬腐蝕的主要原因有以下幾種。

2.1 施工質(zhì)量不到位

（1）壓力容器定期檢驗時是按比例進行局部檢測，檢測時局部拆除保溫，鏟除油漆然后進行檢測，檢測完成進行局部修補時對測厚所使用的耦合劑不及時處理或除銹達不到防腐要求，直接涂刷一道防銹底漆后安裝保溫，導(dǎo)致防腐涂層失效。

（2）保溫層安裝是設(shè)備復(fù)原的最后一步工作，部分施工人員為了趕工期，施工質(zhì)量有所下降。壓力容器保溫層在多次拆裝之后出現(xiàn)松動，施工人員安裝保護層時，接縫處松動開裂更容易導(dǎo)致雨水滲入或水汽冷凝，出現(xiàn)設(shè)備積水或跑冷現(xiàn)象，保溫層后期含水量超標(biāo)，使設(shè)備長期處于潮濕環(huán)境中，進而引起壓力容器外壁腐蝕。

（3）上海石化儲運部無停工大檢修，檢測時因工期短，有些容器在跑冷滴水的情況下用抹布擦干水跡后就對檢測部位刷涂料、安裝保溫，這種情況雖然保證了設(shè)備的按時投用，但無法保證其防腐和保溫質(zhì)量。

2.2 工藝原因造成保溫層濕度過大

石油化工生產(chǎn)中，很多壓力容器因為運行工藝和操作條件的原因往往要經(jīng)歷間歇工作及開停車的過程。一方面，各種材料的膨脹系數(shù)不同，冷熱交替會增加涂層的內(nèi)應(yīng)力，容易造成金屬表面漆膜應(yīng)力脫落，使金屬暴露，從而使設(shè)備的第一道且最重要的防腐措施缺失［4］；另一方面，冷熱交替還會使保溫層出現(xiàn)空隙，在此期間大氣中的水汽就會順著保溫的空隙進入到里面，引起結(jié)霜或結(jié)露，由于外保護層的封閉作用水汽不能完全揮發(fā)，這也成為保溫層下水汽來的一個重要來源。這種情況下保溫材料及防護層的封閉作用反而阻礙水汽揮發(fā)，不利于保溫下的壓力容器外防腐。設(shè)備的進出口管線是保溫最難做的部位，也是最薄弱的部位，施工工藝或施工質(zhì)量一旦不能保證就會引起這個部位跑冷或滲水，從而造成這個部位的腐蝕異常嚴重。還有些壓力容器長期在露點溫度以下運行，造成水汽在其表面冷凝，造成外壁金屬腐蝕。

2.3 壓力容器現(xiàn)場管理缺失

（1）壓力容器保溫層外包覆鐵皮或鋁皮保護層，現(xiàn)場很難觀察到保溫層以下的腐蝕情況，對壓力容器的年度檢查、細小接管的檢查沒有落到實處。

（2）壓力容器管理的防腐意識薄弱，對定期檢測后的局部防腐、保溫修復(fù)不夠重視，防腐和保溫質(zhì)量未嚴格把關(guān)。

3 處理方法

針對這11臺保溫下的壓力容器不同程度的腐蝕減薄缺陷，要采取不同的處理方法。

3.1 腐蝕輕微的壓力容器

（1）腐蝕坑坑深在該設(shè)備的腐蝕裕量內(nèi)，根據(jù)《固定式壓力容器技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，檢驗合格，安全狀況等級皆評定為2級，可以繼續(xù)使用。對于這些壓力容器，直接對容器外壁的腐蝕坑及表面進行除銹，等級達到St3級以上后做好防腐保溫修復(fù)工作。為確保烴類球罐的安全使用，防止腐蝕加深，對有腐蝕缺陷的加強接管除銹，等級達到St3級然后采用包覆碳纖維補強。（2）腐蝕坑坑深超過該設(shè)備的腐蝕裕量，剩余壁厚大于強度計算所允許的最小壁厚，壁厚校核合格，滿足強度要求，檢驗合格，安全狀況等級評定為2級，可以繼續(xù)使用。對于這類壓力容器，也直接對容器外壁的腐蝕坑及表面進行除銹，等級達到St3級然后做好防腐保溫修復(fù)工作。

3.2 腐蝕嚴重的壓力容器

（1）閃蒸罐頂部放空接管和丙烯加熱器殼程下部接管腐蝕較嚴重，對這兩個接管進行補焊檢修。首先，將接管外壁清理干凈；其次，對腐蝕處打磨，直至銹蝕物完全清楚；然后，采用手工氬弧焊的方法進行補焊；最后，對補焊處進行測厚、滲透檢測、超聲檢測I級合格。（2）2011年對乙烯球罐進行全面檢測時發(fā)現(xiàn)，頂部南側(cè)2根本體DN150 mm接管（安全閥放空線）外表面局部腐蝕，蝕坑最大深度3.0 mm（原始壁厚11 mm），對接管進行打磨、防腐處理，安全狀況等級定為2級。2017年到期檢驗發(fā)現(xiàn)蝕坑最大深度加深到3.5 mm，檢測結(jié)果仍能夠滿足強度要求；另有3根小接管與法蘭連接處腐蝕嚴重，剩余厚度≥2.5 mm，大于接管要求的最小壁厚（2 mm），滿足強度要求，對5根接管表面除銹等級達到St3級然后采用包覆碳纖維補強，并對球罐整體做耐壓試驗，耐壓合格，防腐保溫修復(fù)，安全狀況等級評定為2級，可以繼續(xù)使用，檢驗周期3年，到期前對接管進行檢修更換。

4 改進措施

上述壓力容器發(fā)生腐蝕現(xiàn)象的主要原因是保溫保護層防水效果不良、涂層防護不到位，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生保溫層下腐蝕，可通過采取以下措施來提高保溫和防腐的質(zhì)量。

4.1 改善保溫工藝及質(zhì)量

4.1.1 拆除可有可無的保護層

研究表明保溫層下腐蝕一般發(fā)生在工作溫度不超過150℃的金屬部位，可對介質(zhì)工作溫度不超過50℃，且工藝操作中無溫度指標(biāo)要求的保溫層進行拆除［3］。

4.1.2 做好金屬材料表面處理，合理布置保溫層結(jié)構(gòu)

金屬表面處理的好壞直接影響防腐涂層的效果，碳鋼設(shè)備在涂裝前要對表面進行處理，表面處理等級一般要達到St3級以上，增加防腐涂層與金屬表面的黏結(jié)力。對于頂部易進水和積水的部位進行密封處理，減少乃至避免水分進入保溫層。如低溫乙丙烯球罐均為進口球罐，而球罐接管是防腐的薄弱位置，一旦出現(xiàn)腐蝕缺陷，因材質(zhì)問題對其修復(fù)相對困難，所以這些球罐接管的防腐保溫尤其重要。為確保烴類球罐安全使用，根據(jù)不同情況采取不同的防腐保溫措施。

（1）球罐整體保溫更換時，接管至第一片法蘭位置及接管與球體連接部位（半徑不小于15 cm），除銹等級達到St3級以上，涂刷兩道厚漿型環(huán)氧玻璃鱗片涂料，一底一面，干膜200μm，瑪蹄脂二布三油包覆，聚氨酯包覆后接管處縫隙用現(xiàn)場發(fā)泡劑填充密實，鋁皮包覆與接管的開口處用瑪蹄脂封堵，封堵時加一層玻璃布，瑪蹄脂涂抹至第一片法蘭下方。

（2）球罐整體保溫不檢修，但接管腐蝕嚴重，檢測不合格，需更換時，拆除接管周圍半徑不小于15 cm的保溫，將已腐蝕的接管進行更換，接管涂裝前除銹等級必須達到St3級以上，涂刷二道厚漿型環(huán)氧玻璃鱗片涂料，一底一面，干膜200μm，瑪蹄脂二布三油包覆，拆除保溫部位聚氨酯現(xiàn)場發(fā)泡劑填充密實，瑪蹄脂二布三油貼覆，貼覆區(qū)域必須與原瑪蹄脂有足夠的搭接，鋁皮包覆與接管的開口處及貼板鋁皮外圍沿口用瑪蹄脂封堵，封堵時加一層玻璃布，瑪蹄脂涂抹至第一片法蘭下方。

（3）球罐整體保溫不檢修，接管腐蝕但不需要更換時，拆除接管周圍半徑不小于15 cm的保溫，已腐蝕的接管除銹等級達到St3級以上后，采用碳纖維包覆，包覆至第一片法蘭，拆除保溫部位聚氨酯現(xiàn)場發(fā)泡劑填充密實，瑪蹄脂二布三油貼覆，貼覆區(qū)域必須與原瑪蹄脂有足夠的搭接，鋁皮包覆與接管的開口處及貼板鋁皮外圍沿口用瑪蹄脂封堵，封堵時加一層玻璃布，瑪蹄脂涂抹至第一片法蘭下方。

4.2 運用腐蝕監(jiān)測技術(shù)

上海石化儲運部無停工大檢修安排，低溫乙丙烯系統(tǒng)從2002年投用至今未系統(tǒng)檢修過，建議對該系統(tǒng)保溫下的壓力容器開展腐蝕監(jiān)測，結(jié)合壓力容器的保溫材料、防腐涂料、已使用年限、運行工況及周邊環(huán)境等設(shè)置監(jiān)測點，有效掌握低溫系統(tǒng)的保溫下壓力容器腐蝕情況。

4.3 提升壓力容器管理水平

（1）壓力容器到期檢驗前，由設(shè)備管理部門主要專業(yè)人員牽頭，防腐專業(yè)、車間、檢驗公司、防腐保溫單位共同到現(xiàn)場交底，確認檢測位置、施工內(nèi)容、方案、要求、材料、施工力量安排、施工工期，由車間形成書面材料后報生產(chǎn)重大作業(yè)報告，留出防腐、保溫時間，避免出現(xiàn)結(jié)露，確保設(shè)備檢測、防腐保溫工作按計劃保質(zhì)保量完成。在滿足抽檢比例的情況下，結(jié)合壓力容器的自身狀況，重點對保溫破損的部位，容器上的小接管，易積水部位，保溫層下閥門、法蘭、螺栓等附件進行檢查，讓定期檢驗更有針對性。

（2）加強設(shè)備的日常巡查及維護，做到“早發(fā)現(xiàn)，早處理”。經(jīng)常檢查保溫層是否完好，如發(fā)現(xiàn)保溫層有破損、脫落現(xiàn)象要及時進行修補，有潮濕、跑冷現(xiàn)象及時處理，有效控制腐蝕的發(fā)生，保證設(shè)備狀況良好。

（3）加強施工質(zhì)量管理，做好每道工序的驗收。保護層安裝應(yīng)緊貼保溫層或防潮層，保護層縱向搭縫可采用搭接或咬接，環(huán)向接縫可采用搭接或插接。保溫層施工時，同層應(yīng)錯縫，上下層應(yīng)壓縫，其搭接的長度不宜小于100 mm。保護層搭接和保溫層接縫施工應(yīng)有專業(yè)技術(shù)人員現(xiàn)場指導(dǎo)，確保各施工細節(jié)落實到位，每道工序符合施工規(guī)范要求，發(fā)現(xiàn)問題及時通報、整改、考核。

5 結(jié)語

保溫層下金屬腐蝕是一種不易發(fā)現(xiàn)且危害程度較大的腐蝕，失效情況下極易引發(fā)爆炸事故，造成人員傷亡、財產(chǎn)損失和環(huán)境污染。掌握保溫下的壓力容器腐蝕破壞的規(guī)律，對腐蝕破壞的機理及發(fā)生原因進行分析和研究，及時消除檢驗中發(fā)現(xiàn)的缺陷，確保檢驗周期內(nèi)的安全運行。相關(guān)企業(yè)應(yīng)嚴格執(zhí)行壓力容器相關(guān)法律法規(guī)的要求，做好日常維護檢查和定期檢驗，掌握壓力容器運行中缺陷的發(fā)展和腐蝕情況，并針對發(fā)現(xiàn)的問題及時采取補救措施，通過改善保溫施工工藝及質(zhì)量，提升壓力容器管理水平，防止設(shè)備繼續(xù)腐蝕，延長使用壽命，確保壓力容器的安穩(wěn)長滿優(yōu)運行。