化工壓力容器腐蝕影響因素及防腐策略

董紅瑞

江蘇中圣壓力容器裝備制造有限公司 江蘇南京 210048

壓力容器是化工生產(chǎn)中廣泛使用并很重要的特種設(shè)備，壓力容器將會(huì)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(shí)際操作過(guò)程中，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。

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，所以其腐蝕主要為金屬腐蝕。金屬腐蝕按機(jī)理分可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)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(yīng)力腐蝕、點(diǎn)腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕、氫致開(kāi)裂、縫隙腐蝕、腐蝕疲勞和磨耗腐蝕等。因此，對(duì)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(yīng)的防腐措施，提高壓力容器的安全使用性，和對(duì)其在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的缺陷性質(zhì)做出正確的判斷。

1 影響壓力容器金屬腐蝕的主要因素

金屬腐蝕過(guò)程因素互相影響、互相制約，關(guān)系復(fù)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(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和晶型對(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。

1.2 環(huán)境因素

在化工生產(chǎn)中壓力容器會(huì)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(duì)腐蝕介質(zhì)有一定的適用范圍。如碳鋼在稀硫酸中會(huì)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(guò)程中介質(zhì)的種類、化學(xué)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(duì)容器進(jìn)行保護(hù)。

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。溶液流速的增加，強(qiáng)化了物質(zhì)的擴(kuò)散和對(duì)流，同時(shí)也加速了腐蝕產(chǎn)物的脫落或?qū)ΡＷo(hù)膜的沖刷，從而產(chǎn)生旋渦、湍流、空泡引起嚴(yán)重的沖擊磨損和空泡腐蝕。

2 預(yù)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(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。除了介質(zhì)的腐蝕性與選材有直接關(guān)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(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。

2.2 設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)

消除可能引起腐蝕介質(zhì)積聚的缺口，并注意設(shè)備金屬的組織，為了防止設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中腐蝕，設(shè)計(jì)中盡量減少應(yīng)力集中。應(yīng)避免采用會(huì)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(yīng)力腐蝕等腐蝕破壞的不合理結(jié)構(gòu)。

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(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，解決了不少嚴(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)。

3 管理維護(hù)

在管理和維護(hù)過(guò)程中，化工企業(yè)一定要做好定期檢查、取樣，嚴(yán)格根據(jù)壓力容器檢修的有關(guān)規(guī)定，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)壓力容器的使用法規(guī)，掌握壓力容器在運(yùn)行中腐蝕情況和運(yùn)行缺陷，為確保壓力容器的安全運(yùn)行與維護(hù)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題就及時(shí)采取補(bǔ)救措施，以防止設(shè)備繼續(xù)遭到腐蝕。

4 結(jié)語(yǔ)

為減緩或抑制腐蝕破壞，確保設(shè)備的正常運(yùn)行，可以對(duì)腐蝕形態(tài)進(jìn)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(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行威脅極大，不容忽視。