淺析壓力容器的腐蝕與防腐措施

劉鐵生

唐山三友氯堿有限責(zé)任公司

淺析壓力容器的腐蝕與防腐措施

劉鐵生

唐山三友氯堿有限責(zé)任公司

壓力容器是承裝液體或氣體并承受一定壓力的密閉容器，或內(nèi)部存可產(chǎn)生壓力的流體，或受外壓的容器等。腐蝕、破裂、磨損、沖蝕、物理損壞等均為壓力容器常見失效模式之一。壓力容器及其附件等常因材料的腐蝕、劣化、變形、裂痕等，產(chǎn)生災(zāi)害事故，大多數(shù)是由腐蝕引起的。腐蝕為生產(chǎn)界目前面臨的嚴(yán)重迫切需解決的課題，因腐蝕會(huì)造成材料浪費(fèi)、成本增加、經(jīng)濟(jì)損失、企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)升高等等，均屬不利正常生產(chǎn)的負(fù)面因素。一個(gè)結(jié)構(gòu)完好的壓力容器，常因使用期間忽視腐蝕問題而導(dǎo)致使用年限降低或破壞失效，造成危險(xiǎn)。

壓力容器；腐蝕因素；影響；預(yù)防措施

在壓力容器的實(shí)際應(yīng)用過程中，如果沒有及時(shí)對其出現(xiàn)的腐蝕問題進(jìn)行處理，不僅會(huì)導(dǎo)致壓力容器無法正常使用，還增加了生產(chǎn)過程中安全隱患。因此，需要加強(qiáng)對防腐蝕處理的重視。

1 壓力容器的常見腐蝕現(xiàn)象

1.1 物理腐蝕

物理腐蝕是指壓力容器由于單純的物理溶解作用而引起的破壞，一般是由于壓力容器的液態(tài)金屬發(fā)生了物理腐蝕，但是這種腐蝕并沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)沒有產(chǎn)生新的物質(zhì)也沒有發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，僅僅是因?yàn)槲锢砣芙舛鴮?dǎo)致的壓力容器被破壞，例如盛放液態(tài)鋅的鋼性壓力容器，因?yàn)殍F被液態(tài)的鋅所溶解而導(dǎo)致壓力容器被損壞。

1.2 應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力腐蝕是指化工容器金屬材料在某些介質(zhì)之中，因?yàn)楦鞣N拉力的作用而造成的一種延遲性裂紋，表面的氧化膜被腐蝕而受到破壞，然而破壞的表面又與沒有破壞的表面分別形成陰陽兩極，陽極處的金屬變成離子從而被氧化溶解，流向陰極，進(jìn)一步腐蝕已經(jīng)被破壞的表面，但是發(fā)生應(yīng)力腐蝕是需要如下條件的：首先是需要有一定的金屬成分；其次還需要一定的介質(zhì)環(huán)境；最后就是需要應(yīng)力作用。必須在這種特定的條件下才能發(fā)生應(yīng)力腐蝕，往往一旦發(fā)生應(yīng)力腐蝕，所產(chǎn)生的影響就很大，因?yàn)閼?yīng)力腐蝕的速度較快，破壞十分嚴(yán)重，而且往往沒有任何宏觀變形，即在毫無預(yù)兆的情況下就發(fā)生了突然的變化，由于壓力容器的設(shè)計(jì)不合理，結(jié)構(gòu)材料選擇不當(dāng)，焊接過程中殘留應(yīng)力等原因就會(huì)為應(yīng)力的產(chǎn)生提供有利的環(huán)境。

1.3 環(huán)境因素對壓力容器腐蝕的影響

壓力容器變得易被腐蝕的外部環(huán)境主要是指在化工生產(chǎn)中經(jīng)常使用的化學(xué)物質(zhì)。但是通常情況下，金屬物質(zhì)對這些具有引起腐蝕的化學(xué)元素都有一定的使用范圍，所以在使用壓力容器過程中，要做到對這些因素的種類、所含化學(xué)成分、酸堿度以及含氧量等都要做一個(gè)詳細(xì)的檢查和分析，將這些物質(zhì)的內(nèi)在因素控制在金屬物質(zhì)能夠承受的范圍內(nèi)，做到比例的合理調(diào)配，保證金屬表面不因這些物質(zhì)而產(chǎn)生氧化被腐蝕的現(xiàn)象。目前最容易造成腐蝕的元素就是酸性溶液的濃度量，因?yàn)樗嵝匀芤簩饘俦韺拥母g速度要比其他溶液要快，而且腐蝕程度要深，特別是強(qiáng)酸溶液。外部的溫度也會(huì)使造成金屬被腐蝕的原因之一。因?yàn)閴毫θ萜鞒鲈跓崴蛘吒邷貭顟B(tài)下，溶解氧對加快金屬內(nèi)在的應(yīng)力的腐蝕速度。

2 針對壓力容器腐蝕現(xiàn)象的對策

2.1 壓力容器主材料的選擇

壓力容器的先關(guān)主材料的選擇必須完全符合相關(guān)的規(guī)定要求，也就是說，只有通過資質(zhì)認(rèn)證的一些相關(guān)單位才有資格和能力進(jìn)行壓力容器的設(shè)計(jì)和制造，這樣做的目的無非就是為了保證容器質(zhì)量達(dá)標(biāo)。這就要求在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候按照《容規(guī)》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行材料的選定。同時(shí)材料選擇時(shí)也要考慮材料的內(nèi)應(yīng)力，盡可能減少內(nèi)應(yīng)力的集中，確保材料沒有缺陷，因?yàn)榫哂幸l(fā)腐蝕作用的介質(zhì)很容易利用這些破損部位造成金屬的快速腐蝕，與此同時(shí)還要注意金屬設(shè)備的組織和具體結(jié)構(gòu)。在制造壓力容器的時(shí)候，要根據(jù)容器的具體用途功能、承受壓力和溫度的最大限度以及容易受哪些介質(zhì)的影響等情況弄清楚，然后根據(jù)這些問題進(jìn)行選擇合適的材料制造抗腐蝕性能力強(qiáng)的合金。不過也可以在金屬物質(zhì)中添加一些必要的其他金屬元素以提高合金的耐腐蝕性。

2.2 加強(qiáng)對壓力容器的管理維護(hù)

在進(jìn)行壓力容器的維護(hù)管理時(shí)，需要考慮多方面因素，對壓力容器的管理進(jìn)行有針對性的維護(hù)，例如在對金屬材料的防護(hù)效果上不能僅僅考慮金屬的基本性質(zhì)，還需要考慮維護(hù)方式的經(jīng)濟(jì)效益，對于高要求的壓力容器，應(yīng)該采取多種多樣的維護(hù)措施來進(jìn)行綜合保護(hù)，避免壓力容器發(fā)生腐蝕引發(fā)泄露從而影響化工生產(chǎn)。所以對于每一種防腐蝕的措施都需要對每種使用情況進(jìn)行有效的分析，保證壓力容器腐蝕現(xiàn)象處理的針對性，通過根據(jù)具體情況來采用不同的維護(hù)措施，這樣更能有效地保證壓力容器的完整性，也能保障化工生產(chǎn)的正常運(yùn)作。

2.3 腐蝕的監(jiān)測及評估

對腐蝕失效模式發(fā)生的軌跡加以分析，探討其結(jié)構(gòu)或材料破壞的機(jī)理并找出破損原因，研究有效改進(jìn)方法。通過檢測、評估，確認(rèn)結(jié)構(gòu)體的安全，可避免類似事故再次發(fā)生。其次為確保結(jié)構(gòu)安全性，并延長使用壽命，為日后修補(bǔ)提供依據(jù)，應(yīng)對壓力容器進(jìn)行安全性及剩余壽命的評估，而腐蝕監(jiān)測是其中重要的一環(huán)。檢測容器的表面及鄰近設(shè)備的表面有沒有異常變色或腐蝕的痕跡，定期進(jìn)行腐蝕監(jiān)測，可預(yù)知或早期發(fā)現(xiàn)有沒有不可容忍的腐蝕損傷。比如以不同環(huán)境的二氧化硫濃度來探討碳鋼材料腐蝕行為，各種材料在不同腐蝕環(huán)境裂縫成長行為并不一樣，由超聲波檢測可得壓力容器現(xiàn)有壁厚、殘余厚度及應(yīng)力分布狀況，結(jié)合應(yīng)力強(qiáng)度因子來評估結(jié)構(gòu)的安全性及剩余壽命。

綜上所述，壓力容器的破壞現(xiàn)象并非單一原因造成，其生成過程及衍生結(jié)果均有差別，在壓力容器的破損分析時(shí)，可通過以破損部分的特征、金相、材質(zhì)等鑒定方法為主，結(jié)合冶金、破壞等理論，分析其產(chǎn)生的原因。壓力容器的腐蝕破壞問題關(guān)系到其構(gòu)造的安全性，值得深入探討。近年來腐蝕已逐漸受到社會(huì)各界重視，質(zhì)量部門及企業(yè)每年花費(fèi)龐大經(jīng)費(fèi)及人力投入防蝕工作，以避免發(fā)生重大損失，但實(shí)際成效并非十分理想，成果仍屬有限，今后相關(guān)研究仍有更大的努力空間，期盼提出切實(shí)有效的對策。

[1]穆培磊，周華偉，王曉輝.論化工容器的防腐蝕措施研究[J].化學(xué)工程與裝備，2013，(3)：87-88.

[2]王嵐，姜德林.壓力容器常見腐蝕破壞的機(jī)理及預(yù)防措施[J].黑龍江科技信息，2014(05)：51-25.