石油化工靜設(shè)備應(yīng)力腐蝕開裂成因與防護(hù)措施

曹春紅

（中安聯(lián)合煤化有限責(zé)任公司煤化工分公司，江蘇 淮安 223000）

機(jī)械設(shè)備的破壞中，應(yīng)力及腐蝕損壞占很大的比重，尤其是石油化工領(lǐng)域內(nèi)，腐蝕破壞的比例甚至可超過50%，這其中便有因石油化工的工作環(huán)境的特殊性的因素加成。日本也對(duì)國內(nèi)的腐蝕損壞進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)其中應(yīng)力腐蝕損壞在17 年全年設(shè)備腐蝕損壞的比例達(dá)到了42.2%。由此可見，應(yīng)力腐蝕破壞在機(jī)械設(shè)備尤其是石油化工中的損壞比例達(dá)到了很大的比例。由此可見，石油化工設(shè)備中，對(duì)設(shè)備腐蝕應(yīng)力損壞的預(yù)防，也應(yīng)提到一個(gè)較為重要的地位，本文對(duì)石油化工設(shè)備中的應(yīng)力腐蝕損壞的機(jī)理進(jìn)行了基本分析，在對(duì)設(shè)備分析中應(yīng)避免出現(xiàn)這種情況。

1 應(yīng)力腐蝕開裂的定義

應(yīng)力開裂是材料微觀變形中的一種方式，而其中的應(yīng)力腐蝕是因金屬材料或其他合金材料在具有腐蝕性物質(zhì)存在的情況下，該物質(zhì)對(duì)金屬材料內(nèi)部原子間具有一定的作用，使得該原子周圍的電子丟失，進(jìn)而使得金屬物質(zhì)的原子結(jié)合力大幅度降低，隨著拉力的增大，最終使得金屬物質(zhì)發(fā)生斷裂等宏觀形變，稱此變形為應(yīng)力腐蝕變形。

應(yīng)力腐蝕斷裂在宏觀變形上一般表現(xiàn)為脆性斷裂，一般形變是沿著材料晶界進(jìn)行斷裂變形，若材料具有拉應(yīng)力作用，也有其他具有腐蝕性物質(zhì)存在于晶界間，同時(shí)，金屬材料可被腐蝕性物質(zhì)腐蝕，便可發(fā)生材料應(yīng)力腐蝕變形。

2 石油化工靜設(shè)備的特殊工況

應(yīng)力腐蝕開裂在石油化工行業(yè)具有較高的占比，主要有以下三個(gè)原因：首先，石油化工靜設(shè)備通常在高溫高壓高腐蝕環(huán)境下工作；其次，石油化工設(shè)備由金屬進(jìn)行制備，或者合金制備，可發(fā)生一定的電化學(xué)反應(yīng)；最后，石油化工靜設(shè)備在制造和使用過程中易產(chǎn)生拉應(yīng)力。

3 石油化工靜設(shè)備應(yīng)力腐蝕開裂成因

3.1 存在拉應(yīng)力

石油化工設(shè)備在制造及工作的過程中，總是會(huì)存在拉應(yīng)力，因此，對(duì)設(shè)備會(huì)造成一定的損害。一般而言，對(duì)設(shè)備具有拉應(yīng)力或者存在拉應(yīng)力的有兩種，一種是設(shè)備在制造過程中存在的殘余應(yīng)力，加工過程總是會(huì)存在著殘余應(yīng)力。第二種是設(shè)備加工完成后存在的工作應(yīng)力，其由外界提供或者設(shè)備運(yùn)行過程中的自身運(yùn)動(dòng)拉力。殘余應(yīng)力引起的設(shè)備安全事故一般可占據(jù)到應(yīng)力破壞的總占比有80%，而加工應(yīng)力或者說外界應(yīng)力引起的事故占據(jù)了另外的20%，理應(yīng)引起我們的重視。

當(dāng)然，我們對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行分析可知，設(shè)備中殘余應(yīng)力主要是設(shè)備焊接應(yīng)力，除此之外，還有設(shè)備組裝過程中由外界荷載或者溫度變化引起的其他應(yīng)力，也會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響。

3.2 特定的金屬或合金成分

石油化工設(shè)備在使用過程中，其環(huán)境中存在著高溫、濕潤及富含其他化學(xué)物質(zhì)，極易發(fā)生腐蝕損壞，故而對(duì)化工設(shè)備的制造材料具有較高的要求，除了低合金高強(qiáng)度鋼、碳素鋼等材料外，還包括不銹鋼等材料，并可以加入其他微量元素，使得材料抗腐蝕能力增強(qiáng)。

3.3 改變腐蝕環(huán)境

由于石油化工設(shè)備使用的環(huán)境的特殊性，其極易發(fā)生腐蝕損壞，原油于管道中流動(dòng)時(shí)，會(huì)給管道創(chuàng)造一個(gè)高溫、濕潤且具有腐蝕性物質(zhì)的環(huán)境，因此，使得管道容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成管道內(nèi)腐蝕應(yīng)力升高，增加其破壞變形的概率，基于此背景進(jìn)行考慮，可采取以下幾種方法降低其應(yīng)力腐蝕強(qiáng)度。

（1）保持材料表面清潔。注意防止腐蝕介質(zhì)濃縮，這需要在外包之前對(duì)罐體進(jìn)行清潔處理，例如，采用高壓水洗去除污垢等。

（2）使得罐體處于干燥狀態(tài)。罐體中水的存在可使的罐體與其他腐蝕性物質(zhì)或者空氣發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，罐體因此而處于腐蝕應(yīng)力較大的狀態(tài)，基于此，在罐體冷卻及運(yùn)輸過程中，應(yīng)保持罐體的干凈，清潔。當(dāng)然，這也是目前所面臨的一大問題。

（3）使管道所處環(huán)境中腐蝕性物質(zhì)的濃度處于較低的狀態(tài)。具有腐蝕性的環(huán)境中，含有較高的氯離子等酸性離子，因此，可通過降低腐蝕性介質(zhì)中的這些酸性離子而使得介質(zhì)的腐蝕性降低。不同材料可發(fā)生腐蝕破壞的酸性離子含量不同，一般而言，像316L 不銹鋼在130℃溫度環(huán)境中，發(fā)生腐蝕性破壞的氯離子含量為10%，2205 雙相鋼在相同溫度下時(shí)，其發(fā)生腐蝕反應(yīng)的氯離子含量卻為5%。由此可見，不同材料所能承受腐蝕損壞的酸性離子含量具有不同的數(shù)值。

（4）可使用一種脫氧劑來減緩或者避免管道材料腐蝕。金屬材料在發(fā)生腐蝕破壞的過程中，會(huì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，而氧氣的存在，會(huì)大幅使得腐蝕效率提高，基于此背景，可使用一種脫氧劑，將環(huán)境中的氧氣含量降到盡可能低的程度，避免其發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，一般可在管道表面涂油漆將金屬與空氣進(jìn)行隔絕。

（5）添加減緩腐蝕劑。管道材料在使用過程中，因?yàn)榇嬖谥欢ǖ母g劑，使得材料腐蝕性大幅提高，因此，可以添加一些化學(xué)物質(zhì)作為緩腐蝕劑，將腐蝕效率大幅降低。

4 應(yīng)力腐蝕開裂的防護(hù)

在石油化工領(lǐng)域，應(yīng)力腐蝕使得管道材料損害較大，減少設(shè)備的使用壽命，造成較為嚴(yán)重的后果，因此，采取一定的措施將設(shè)備的腐蝕應(yīng)力降低很有必要。

4.1 合理選材優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

材料根據(jù)其構(gòu)成原子外層電子的活潑性，具有不同程度的反應(yīng)強(qiáng)度，因此，針對(duì)管道設(shè)備的不同使用環(huán)境，可使用不同的材料進(jìn)行石油化工設(shè)備的制造，便可較大程度地增加材料及設(shè)備的抗腐蝕性。如在含有大量酸性離子的液體中，應(yīng)避免使用鋼材類等制備設(shè)備，也可以較大程度的降低設(shè)備的腐蝕應(yīng)力，減少設(shè)備發(fā)生損害的概率。

4.2 文明施工控制殘余應(yīng)力

對(duì)于機(jī)械設(shè)備而言，其加工制造過程中會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力之外，安裝過程也會(huì)產(chǎn)生誤差，并導(dǎo)致應(yīng)力的產(chǎn)生。在設(shè)備安裝時(shí)，焊接是一個(gè)必不可少的步驟，而焊接應(yīng)力也會(huì)對(duì)設(shè)備的使用壽命有著很大的影響。一般可使用熱處理工藝，如，正火、退火等方式來消除設(shè)備的殘余應(yīng)力。

（1）組裝過程的質(zhì)量控制。因?yàn)樵O(shè)備安裝過程中會(huì)產(chǎn)生較大的安裝應(yīng)力，造成石油化工設(shè)備使用壽命降低的很重要的因素，因此，在設(shè)備安裝過程中，按照安裝技術(shù)規(guī)范來安裝設(shè)備，嚴(yán)格控制安裝質(zhì)量，將安裝誤差降到最低，設(shè)備的應(yīng)力破壞也會(huì)因此降到最低。

（2）焊接過程的質(zhì)量控制。石油化工設(shè)備的應(yīng)力與設(shè)備材料有關(guān)，也與設(shè)備安裝應(yīng)力有關(guān)，設(shè)備的安裝過程一般伴隨著焊接過程。如果在設(shè)備制造過程中，只是注重于設(shè)備材料的選擇，而忽視設(shè)備安裝過程的應(yīng)力控制，尤其是焊接過程的應(yīng)力控制，也會(huì)造成很嚴(yán)重的后果。一般而言，焊接過程中應(yīng)視所焊接母材的不同選擇不同的焊接材料。在焊接時(shí)，應(yīng)制定合理的工藝流程，控制材料晶粒顆粒的大小，也可避免應(yīng)力集中。

4.3 石油化工設(shè)備日常使用中的維護(hù)

設(shè)備的使用壽命，除了和其制造、安裝過程有關(guān)系外，設(shè)備在后續(xù)的生產(chǎn)過程中，需要按照制定的操作規(guī)范來對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理維護(hù)，這也是對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理的最后一道工序，可以通過以下幾點(diǎn)來進(jìn)行維護(hù)：

根據(jù)設(shè)備的實(shí)際工況進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)和保修，使得設(shè)備應(yīng)在其額定工作電壓、適當(dāng)溫度以及其他規(guī)定的技術(shù)要求方面進(jìn)行維護(hù)，也應(yīng)減少設(shè)備非正常操作時(shí)間，使得設(shè)備可正常運(yùn)行。

針對(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況及技術(shù)情況，制定較為符合且全面的設(shè)備檢查項(xiàng)目，尤其是針對(duì)設(shè)備中具有較為危險(xiǎn)的部件進(jìn)行重點(diǎn)檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過程中的不安全因素，從而避免造成較大的損失。

在設(shè)備檢修過程中，要根據(jù)施工要求進(jìn)行文明施工，從而避免不必要的二次損傷，檢查完畢后，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行必要的修復(fù)。

5 結(jié)語

應(yīng)力腐蝕開裂在石油化工靜設(shè)備在安裝使用、設(shè)計(jì)制造、日常維護(hù)的整個(gè)使用周期中，較為普遍的存在著。這些條件的互相作用，促成了石油化工靜設(shè)備應(yīng)力腐蝕開裂的發(fā)生，是應(yīng)力腐蝕開裂在石油化工靜設(shè)備腐蝕破壞中占比最高的原因，同時(shí)，對(duì)于石油化工靜設(shè)備的應(yīng)力腐蝕開裂破壞，應(yīng)高度重視，從設(shè)備設(shè)計(jì)、制造、安裝到使用等各個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范施工，進(jìn)而減少因應(yīng)力腐蝕破壞造成的損失。