化工壓力容器腐蝕影響因素及防腐探討

申 川

（中國石油大慶煉化分公司物資采購部，黑龍江大慶 163411）

0 引言

壓力容器廣泛運(yùn)用于化工生產(chǎn)中，是一種非常重要的基礎(chǔ)設(shè)備，但是在使用過程中易出現(xiàn)各種腐蝕情況，受環(huán)境及其相關(guān)條件（如溫度、壓力等）的影響，不僅極大地降低了自身的安全性能，還縮短了可使用的時(shí)長壽命。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于設(shè)備腐蝕造成的安全事故占66.7%，甚至?xí)l(fā)爆炸事故導(dǎo)致人員傷亡。壓力容器的腐蝕是在環(huán)境影響下材料發(fā)生變質(zhì)引起的，大多數(shù)的壓力容器是金屬材料，所以金屬腐蝕占較大比例。金屬腐蝕有化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的區(qū)別，按受損形態(tài)分為整體腐蝕和局部腐蝕，其中局部腐蝕又可分為多種類型，例如晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、縫隙腐蝕、選擇性腐蝕、點(diǎn)腐蝕等。因此，掌握金屬腐蝕的規(guī)律及其特點(diǎn)，有利于找到壓力容器腐蝕的真相，這樣對(duì)出現(xiàn)的缺陷可以更快采用相關(guān)防腐手段解決，從而提高壓力容器使用壽命和安全性能。

1 化工壓力容器常見的腐蝕類型

1.1 物理腐蝕

物理腐蝕指的是容器材料本身帶有金屬性質(zhì)，在物理作用下溶解形成損壞。這種損壞和化學(xué)或者電化學(xué)毫不相干，只是生活中常見的物理反應(yīng)。例如，容器材料是由鋼制作的，用它盛放熔融金屬的這個(gè)容器就會(huì)被熔融的金屬慢慢溶解，長此以往就會(huì)形成物理腐蝕。

1.2 化學(xué)腐蝕

化學(xué)腐蝕是指容器表層覆蓋的金屬材料和化學(xué)物質(zhì)接觸，產(chǎn)生相關(guān)化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的容器損壞?；瘜W(xué)腐蝕的產(chǎn)生，通常是由于氣體比較干燥或者產(chǎn)生了非電解質(zhì)溶液，直接造成金屬原子與氧化劑產(chǎn)生氧化反應(yīng)，電子交換期間不會(huì)形成電流但會(huì)形成腐蝕。

1.3 電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕是化工壓力容器產(chǎn)生腐蝕的最主要因素之一，其腐蝕性遠(yuǎn)大于物理腐蝕和化學(xué)腐蝕，這主要?dú)w咎于化工生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生電解質(zhì)溶液，基于電化學(xué)原理易形成電流回流，為電化學(xué)腐蝕提供電解質(zhì)環(huán)境。根據(jù)在電化學(xué)腐蝕過程中，處于陽極的金屬失去電子會(huì)變成以離子的形態(tài)與電解質(zhì)溶液產(chǎn)生反應(yīng)，金屬中余下的電子會(huì)與處于陰極的金屬產(chǎn)生氧化反應(yīng)。電化學(xué)腐蝕不僅是簡單的電化學(xué)反應(yīng)，也能和機(jī)械、生物發(fā)生作用，是一個(gè)極為復(fù)雜的反應(yīng)過程。

2 化工壓力容器腐蝕的影響因素

2.1 設(shè)備自身特性

化工壓力容器大多數(shù)是由金屬制成的，金屬本身就具有腐蝕性，但是所謂的腐蝕性又和金屬內(nèi)部的合金數(shù)量息息相關(guān)。因此，如果壓力容器中滯留太多合金屬量就會(huì)形成雜質(zhì)，這會(huì)大大加快腐蝕速度。此外，如果壓力容器的表面不夠光滑甚至是凹凸不平，就會(huì)給細(xì)菌可趁之機(jī)，也就更容易造成金屬腐蝕。更有甚者，由于長期受煅燒擠壓等外部因素影響，壓力容器在使用過程中容易發(fā)生變形，在內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)的力，會(huì)加快設(shè)備的腐蝕速度。

2.2 環(huán)境因素

壓力容器是化工生產(chǎn)中使用最頻繁的設(shè)備之一，長期處在一個(gè)高溫高壓的環(huán)境里。在使用過程中，容器內(nèi)部會(huì)滯留很多相關(guān)介質(zhì)，如酸、堿、鹽等，由于工作過程長時(shí)間與容器密切接觸，導(dǎo)致容器形成腐蝕。當(dāng)介質(zhì)溫度上升或壓力增強(qiáng)，會(huì)進(jìn)一步加劇壓力容器的腐蝕。

2.3 人為因素

絕大多數(shù)的技術(shù)人員在日常使用壓力容器中都忽略了對(duì)其的防腐工作，有的還因?yàn)椴僮鞑豢茖W(xué)而導(dǎo)致壓力容器快速腐蝕。

3 化工壓力容器防腐策略

為了解決壓力容器腐蝕問題、有效降低其腐蝕率，需要從源頭即從化工生產(chǎn)所處的環(huán)境考慮，利用先進(jìn)的科學(xué)手段進(jìn)行壓力容器的防腐工作，同時(shí)也不能放松對(duì)日常設(shè)備的維護(hù)，為化工生產(chǎn)工作提供一個(gè)安全穩(wěn)定的生產(chǎn)環(huán)境。下面將針對(duì)化工腐蝕的防腐策略及方法進(jìn)行探討。

3.1 增加緩蝕劑

緩蝕劑是特殊的化學(xué)物質(zhì)，只要在金屬表面加入少許的緩蝕劑，就能有效減緩容器腐蝕的速度，可以很好保持材料的力學(xué)性能。在存放一些材料的金屬里，只需適當(dāng)加入一點(diǎn)緩蝕劑，有時(shí)候甚至可以起到讓材料腐蝕速度降低為0 的效果。所以，增加緩蝕劑在防金屬腐蝕方面是一種很好的技術(shù)手段，也是化工生產(chǎn)過程中較為明智的一種選擇。緩蝕劑的原理主要是用來干擾金屬在介質(zhì)中產(chǎn)生腐蝕反應(yīng)，覆蓋在金屬表面控制其產(chǎn)生正負(fù)極反應(yīng)，從而減緩金屬的腐蝕反應(yīng)。此外，還可以利用氧化膜、吸附膜和沉淀膜來控制壓力容器的物理腐蝕，氧化膜原理是因其本身含有的氧化劑在與金屬發(fā)生作用時(shí)，會(huì)形成一層保護(hù)膜覆蓋在金屬表面促進(jìn)電子氧化的產(chǎn)生，以降低腐蝕的速度和風(fēng)險(xiǎn)。吸附膜的原理主要是在金屬表面上，對(duì)其腐蝕介質(zhì)產(chǎn)生良好的吸附能力，從而改變金屬表面的化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而達(dá)到減緩腐蝕的目的。沉淀膜原理利用的是分子間相互作用以形成緩蝕劑分子，并附在金屬的表面生成金屬離子，在陰極區(qū)可以覆蓋在金屬表面阻隔金屬與介質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以此達(dá)到減緩腐蝕的目的。

3.2 改善焊接質(zhì)量

發(fā)生腐蝕的一個(gè)重要原因就是金屬材料在焊接過程中有的部位會(huì)有殘余應(yīng)力。不過可以采用先進(jìn)的技術(shù)手段提高焊接技術(shù)消除殘余應(yīng)力，改善金屬焊接某些部位的結(jié)構(gòu)，從而提升其耐腐蝕性。當(dāng)前社會(huì)采用最廣泛的技術(shù)就是利用不銹鋼材料焊接，其中普遍使用的方法就是電弧焊與氬弧焊。壓力容器在選擇焊接材料時(shí)要注意保證產(chǎn)品的質(zhì)量問題，要通過正規(guī)的渠道檢測(cè)材料的合格性，同時(shí)要充分考慮金屬材料的硬度強(qiáng)度、焊接厚度等因素，并做好相關(guān)預(yù)防工作。為了避免容器出現(xiàn)瑕疵，在焊接完成后要馬上采取相應(yīng)的熱處理措施并進(jìn)行腐蝕程度檢測(cè)，最后還要利用超聲波和切線法確認(rèn)檢測(cè)結(jié)果。

3.3 采用電化學(xué)防護(hù)

電化學(xué)防護(hù)的主要原理是通過把尚未腐蝕的金屬材料改成原電池中的陰極，利用陰極可以有效阻斷金屬內(nèi)部陽極的反應(yīng)，以減緩金屬的腐蝕速度。方法有兩個(gè)，一個(gè)是放棄陽極防護(hù)法，另一個(gè)是增加電流陰極防護(hù)法：前者是利用金屬材料鋁、鋅等可還原的特性，可以將其放置在容器里當(dāng)做陽極，目的為易腐蝕電路的陰極；而后者是在額外增加電流的形式，使電子被迫由介質(zhì)通過金屬容器，來有效保護(hù)容器中的陰極，其操作重點(diǎn)是電流必須足夠大、氣壓夠低，并且中間必須連續(xù)不停地供電。

放棄陽極防護(hù)法通常是介質(zhì)腐蝕性較小，比如中性鹽溶液，而增加電流陰極防護(hù)法原理主要是通過增加電源保護(hù)來提高有效功率，因此比前者適用范圍更廣。另外，增加電流陰極防護(hù)法在合理配置電器相關(guān)基礎(chǔ)上，可以隨時(shí)隨地調(diào)整電流的大小，但其投入的資金遠(yuǎn)高于放棄陽極防護(hù)法，所以應(yīng)綜合全面的因素考慮，合理選用防護(hù)方法。

3.4 應(yīng)用防護(hù)襯里

在化工生產(chǎn)中會(huì)有一些腐蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)，很多金屬材料容易腐蝕，但是不易腐蝕的介質(zhì)價(jià)格高昂，所以為了既防腐又節(jié)省成本，可以在容器里加入防護(hù)襯里。在防護(hù)襯里的選擇上要慎重，應(yīng)該嚴(yán)格按照相關(guān)文件規(guī)定，合理考慮綜合因素使用。目前鈦、不銹鋼、聚四氟乙烯是使用較多的襯里材料，它們都有耐高溫耐高壓的性質(zhì)，但是由于價(jià)格高昂且在實(shí)際生產(chǎn)過程中操作難度較大。而非金屬襯里價(jià)格較低且耐高溫高壓能力較弱，在實(shí)際生產(chǎn)中使用率較低。

3.5 加強(qiáng)管理維護(hù)

化工企業(yè)在使用壓力容器時(shí)，必須嚴(yán)格按照各項(xiàng)使用說明，認(rèn)真做好容器檢查，按規(guī)定時(shí)間檢測(cè)，隨時(shí)追蹤腐蝕信息，盡早發(fā)現(xiàn)容器腐蝕情況降低損失，保證設(shè)備安全使用?；すぷ魅藛T也要加強(qiáng)對(duì)容器設(shè)備的分析，及時(shí)掌握腐蝕原因和解決措施，避免容器反復(fù)出現(xiàn)腐蝕情況，最大限度延長其使用壽命。

4 結(jié)語

壓力容器的腐蝕問題給化工生產(chǎn)過程帶來嚴(yán)重的安全隱患，所以在使用化工容器時(shí)要按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并請(qǐng)專人定期對(duì)其進(jìn)行有效護(hù)理，以便提高其使用壽命。同時(shí)，還要利用有效的科學(xué)手段，提高化工設(shè)備整體防腐水平，打造一個(gè)安全良好的化工生產(chǎn)環(huán)境。