壓力容器應(yīng)力腐蝕及其控制分析

摘要：壓力容器是一項(xiàng)危險(xiǎn)系數(shù)較高的裝置，在石油、化工領(lǐng)域內(nèi)最為常見。壓力容器內(nèi)的承載介質(zhì)特殊，產(chǎn)生高溫與高壓作用，導(dǎo)致壓力容器面臨著應(yīng)力腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，壓力容器應(yīng)力腐蝕突發(fā)性強(qiáng)，增加了壓力容器的事故風(fēng)險(xiǎn)率。本文通過對(duì)壓力容器的應(yīng)力腐蝕進(jìn)行研究，分析有效的控制措施。

關(guān)鍵詞：壓力容器；應(yīng)力腐蝕；控制措施

壓力容器應(yīng)力腐蝕可以引發(fā)爆炸、斷裂等事故，危險(xiǎn)性非常高。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)應(yīng)力腐蝕的比例高達(dá)40%，在壓力容器事故中占有很高的比重。為保障壓力容器的安全使用，需深化分析應(yīng)力腐蝕，結(jié)合應(yīng)力腐蝕的發(fā)生原因，規(guī)劃出控制措施，防止應(yīng)力腐蝕的危險(xiǎn)性，由此保障壓力容器的應(yīng)用性能，規(guī)避應(yīng)力腐蝕引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，做好腐蝕控制的工作。

1.壓力容器應(yīng)力腐蝕危害

應(yīng)力腐蝕是壓力容器主要的危害，此類危害在壓力容器應(yīng)用中分為三個(gè)階段。第一階段是應(yīng)力腐蝕的萌生階段，壓力容器在腐蝕的作用下出現(xiàn)裂紋，表現(xiàn)出輕微的腐蝕狀態(tài)；第二階段是裂紋腐蝕的衍生，應(yīng)力腐蝕會(huì)加重裂縫的狀態(tài)，促使壓力容器的性能達(dá)到臨界狀態(tài)；第三階段是壓力腐蝕引發(fā)的容器斷裂，導(dǎo)致壓力容器失去原有的穩(wěn)定性[1]。應(yīng)力腐蝕在壓力容器斷裂的整個(gè)過程中，逐漸喪失穩(wěn)定性能，一旦應(yīng)力腐蝕萌生后，壓力容器即會(huì)處于動(dòng)態(tài)的變化過程中，直至發(fā)生斷裂或爆炸。壓力容器在應(yīng)力腐蝕的干預(yù)下，逐漸形成斷裂危害，在應(yīng)力腐蝕控制的過程中，可以根據(jù)應(yīng)力腐蝕萌生階段的特性，判斷壓力容器是否潛在腐蝕危害，預(yù)先抑制壓力容器的腐蝕，排除應(yīng)力腐蝕對(duì)壓力容器的危害。

2.壓力容器應(yīng)力腐蝕的發(fā)生因素

壓力容器應(yīng)力腐蝕的發(fā)生因素比較集中，可以為腐蝕控制提供相關(guān)的依據(jù)，對(duì)其做如下分析：

2.1材料因素

壓力容器的制造材料特殊，不同材料對(duì)壓力容器應(yīng)力腐蝕的影響均不同。壓力容器中的鋼材與應(yīng)力腐蝕的聯(lián)系較大，強(qiáng)度越高越容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕，調(diào)查壓力容器的屈服強(qiáng)度oS發(fā)現(xiàn)，oS>320MPa時(shí)，80%以上的壓力容器都出現(xiàn)了應(yīng)力腐蝕，而oS<220MPa，壓力容器的性能相對(duì)穩(wěn)定。

2.2環(huán)境因素

環(huán)境因素為壓力容器應(yīng)力腐蝕提供了介質(zhì)，環(huán)境中存在引發(fā)應(yīng)力腐蝕的物質(zhì)，如：NaOH、H2S，其對(duì)碳鋼類型的壓力容器影響明顯。NaOH環(huán)境中的壓力容器有規(guī)范的溫度限制，壓力容器使用溫度保持在上限值以內(nèi)，能夠抑制應(yīng)力腐蝕。例舉壓力容器比較常見的溫度上限，如：環(huán)境中的NaOH重量在2%、10%、30%、50%、70%時(shí)，對(duì)應(yīng)壓力容器的溫度上限分別為：90℃、76℃、54℃、43℃、38℃。H2S環(huán)境下的應(yīng)力腐蝕，同樣具有條件限制，分析如：（1）pH<7（2）T≤（60+2P）℃，P=壓力；（3）H2S分壓≥0.00035MPa。

2.3拉伸應(yīng)力

壓力容器受到拉伸應(yīng)力的影響，加快了應(yīng)力腐蝕的速度。拉伸應(yīng)力內(nèi)，主要的影響因素是殘余應(yīng)力，如果應(yīng)力容器存在工藝缺陷或設(shè)計(jì)不合理，殘余應(yīng)力會(huì)集中分布在壓力容器的某個(gè)點(diǎn)上，拉伸應(yīng)力δ>臨界δscc時(shí)，就會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕，導(dǎo)致壓力容器斷裂。

3.壓力容器應(yīng)力腐蝕的控制措施

壓力容器應(yīng)力腐蝕的危害非常大，結(jié)合應(yīng)力腐蝕的發(fā)生條件，分析控制應(yīng)力腐蝕的措施，如下：

3.1規(guī)范選材

壓力容器制造的過程中，需要加強(qiáng)選材的控制力度，規(guī)范壓力容器的制造材料。壓力容器的選擇應(yīng)根據(jù)容器的實(shí)際應(yīng)用，重點(diǎn)考慮壓力容器的使用過程中，是否潛在應(yīng)力腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，由此選材時(shí)可以著重規(guī)范。一般情況下，壓力容器處于高溫作業(yè)的環(huán)境中，此時(shí)應(yīng)該規(guī)范材料中的強(qiáng)度、脆性條件，確保其在高溫狀態(tài)下的穩(wěn)定性。選材是壓力容器應(yīng)力腐蝕控制中的主要方法，能夠提升壓力容器的防腐蝕能力，選材時(shí)不僅要考慮壓力容器的主要材料，還要注重細(xì)小材料的規(guī)范選擇，特別是壓力容器局部位置的材料，加強(qiáng)壓力腐蝕的控制力度。

3.2優(yōu)化環(huán)境

環(huán)境介質(zhì)能夠加快壓力容器應(yīng)力腐蝕的速度，部分壓力容器受到環(huán)境介質(zhì)影響偏大，需要采取恰當(dāng)?shù)目刂拼胧?，促使壓力容器適應(yīng)環(huán)境，抑制環(huán)境的影響。壓力容器中采取襯里防護(hù)的方法，提升抗應(yīng)力腐蝕的水平。實(shí)行襯里防護(hù)時(shí)，需要以壓力容器的特性為依據(jù)，保障應(yīng)力腐蝕控制的科學(xué)性[2]。除此以外，還要對(duì)環(huán)境介質(zhì)采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧?，如果具有高水平的生產(chǎn)條件，壓力容器制造時(shí)即可消除應(yīng)力腐蝕的干擾，分離與環(huán)境介質(zhì)發(fā)生腐蝕的材料成分，也可添加緩蝕劑等物質(zhì)，降低應(yīng)力腐蝕的水平。

3.3完善工藝

壓力容器的工藝控制，能夠排除拉伸應(yīng)力的影響，高效的分配壓力容器內(nèi)的應(yīng)力，防止殘余應(yīng)力引發(fā)應(yīng)力腐蝕[3]。壓力容器工藝制造中，應(yīng)該完善工藝的應(yīng)用，深化應(yīng)力腐蝕控制，提出壓力容器工藝中的注意事項(xiàng)，如：①合理安排焊縫位置，與集中應(yīng)力點(diǎn)保持安全距離；②壓力容器的連接中，應(yīng)該采取圓滑過渡的處理方式，以免出現(xiàn)殘余應(yīng)力；③不選擇剛性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)，維護(hù)壓力容器的安全性。

4.結(jié)束語(yǔ)

壓力容器的應(yīng)力腐蝕潛在很大的危險(xiǎn)性，不利于壓力容器的使用，也是壓力容器風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)中的核心部分。壓力容器維護(hù)的過程中，應(yīng)該著重考慮應(yīng)力腐蝕的影響，全面掌握應(yīng)力腐蝕的信息，規(guī)范控制措施的應(yīng)用。壓力容器應(yīng)力腐蝕的破壞性大，需深化控制措施的應(yīng)用，提前預(yù)防應(yīng)力腐蝕，以此來提升壓力容器的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

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[3]楊洲.淺析壓力容器應(yīng)力腐蝕及其控制措施[J].天然氣與石油，2009，02：51-53+68.

作者簡(jiǎn)介：陳曉冬，工作單位：江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院揚(yáng)州分院，現(xiàn)有職稱：助理工程師。