化工設(shè)備中應(yīng)力腐蝕的機(jī)理及防護(hù)探討

張偉

摘? ?要：伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)化發(fā)展，化工行業(yè)在此背景下，呈現(xiàn)出迅猛的發(fā)展勢(shì)頭;化工設(shè)備作為整個(gè)化工行業(yè)的核心組成部分，其在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕情況，因而會(huì)給其運(yùn)行使用造成直接影響，所以需采取措施加以防護(hù)。本文首先簡(jiǎn)要分析了化工設(shè)備中應(yīng)力腐蝕的基本原理，指出了具體的防護(hù)措施，望能為此領(lǐng)域研究有所借鑒。

關(guān)鍵詞：化工設(shè)備? 應(yīng)力腐蝕? 腐蝕機(jī)理? 防護(hù)策略

中圖分類號(hào)：TQ05? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）02（a）-0091-02

伴隨我國(guó)整個(gè)工業(yè)體系的持續(xù)發(fā)展與健全，化工設(shè)備的種類日漸增多，而且應(yīng)用領(lǐng)域日漸寬泛。但需要指出的是，無(wú)論是在石油化工、石油冶煉中，還是在儲(chǔ)存石油及化工產(chǎn)品中，所使用的化工設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，時(shí)常會(huì)因各種問(wèn)題而出現(xiàn)各種形式或不同程度的應(yīng)力腐蝕狀況。尤其是奧氏體不銹鋼、低合金鋼及碳鋼等，其在一些特定條件或環(huán)境中，均會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕、破裂情況。針對(duì)此種破裂而言，其在小于屈服強(qiáng)度的持續(xù)應(yīng)力作用下，會(huì)使金屬出現(xiàn)早期破壞，因而無(wú)論是在危害性上，還是在隱蔽性上，均比較明顯。在此背景下，做好應(yīng)力腐蝕的有效預(yù)防工作，至關(guān)重要。

1? 腐蝕機(jī)理概述

當(dāng)前，針對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的機(jī)理而言，已出現(xiàn)許多理論依據(jù)，比如混合機(jī)理、溶解機(jī)理等，但需強(qiáng)調(diào)與說(shuō)明的是，業(yè)內(nèi)對(duì)如下論述作為認(rèn)可：所謂應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂，從根本上來(lái)講，就是在所形成張力持續(xù)作用下的合金，在具有腐蝕性的環(huán)境中，其中的一種或者是多種顯微路徑出現(xiàn)多樣化或不同程度腐蝕情況，由此而引發(fā)的破裂狀況。簡(jiǎn)單概括之，就是基于應(yīng)力的影響與驅(qū)動(dòng)下，鋼發(fā)生一定程度的滑移情況，在此作用下，表面鈍化膜會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的破裂狀況，另外，還會(huì)露出一些新鮮的表面;此外，還需要說(shuō)明的是，受滑移的影響，其還會(huì)使缺位情況增加，并且還會(huì)使位錯(cuò)情況出現(xiàn)大量密集，因而在滑移帶上，會(huì)使雜質(zhì)偏析速度加快，最終便會(huì)形成活性陽(yáng)極區(qū)。另外，還需要指出的是，基于腐蝕介質(zhì)的持續(xù)作用下，會(huì)出現(xiàn)陽(yáng)極溶解情況，在溶解時(shí)，陽(yáng)極極化，并且在極化的附近，還會(huì)有鈍化情況發(fā)生，因此，在此驅(qū)動(dòng)與影響下，蝕坑周圍會(huì)產(chǎn)生一層覆蓋范圍比較廣的鈍化膜;另外，基于應(yīng)力的持續(xù)作用下，在蝕坑的底部位置處所形成的應(yīng)力，會(huì)在此不斷的聚集，最終導(dǎo)致鈍化膜出現(xiàn)不同程度的破裂情況;循環(huán)復(fù)之，最終會(huì)造成應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂情況的加劇，并向周圍蔓延，出現(xiàn)縱深形態(tài)的裂紋，直到斷裂。對(duì)于裂紋的基本形態(tài)來(lái)分析，其類型主要有兩種，其一為比較常見(jiàn)的晶間破裂，其二是比較典型的穿晶破裂。

2? 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的介質(zhì)環(huán)境

首先，以氯化物溶液為對(duì)象，尤其所帶來(lái)的各種應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂情況。對(duì)于奧氏體不銹鋼來(lái)考量，如果其與氯化物介質(zhì)相接觸，或者相混合，那么便容易造成應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂情況，也就是業(yè)內(nèi)經(jīng)常提到的氫脆。其次，由硫化物溶液所造成的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂狀況。針對(duì)硫化物溶液來(lái)分析，其類型可劃分為兩種，第一種便是H2S水溶液，而第二種則為連多硫酸。對(duì)于此種腐蝕而言，其在化工或者煉油生產(chǎn)當(dāng)中，最為普遍，同時(shí)也會(huì)造成最大的損失。當(dāng)前得知，無(wú)論是奧氏體不銹鋼，還是低合金鋼、碳鋼，均會(huì)出現(xiàn)此種腐蝕情況。再次，濃熱堿溶液。無(wú)論是在核電工業(yè)當(dāng)中，還是在比較常見(jiàn)的化工工業(yè)中，無(wú)論是比較常用的奧氏體鋼，還是實(shí)用價(jià)值更為突出的低合金鋼、碳鋼等，當(dāng)處于特定環(huán)境中，都有發(fā)生堿脆破裂的可能，且應(yīng)力腐蝕程度與堿液濃度、溫度之間，關(guān)聯(lián)性比較密切。

3 防護(hù)措施

3.1 對(duì)腐蝕介質(zhì)的濃度、含量加以嚴(yán)格控制

可根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況及相關(guān)需要，采用多種方式、方法來(lái)施加控制，步入注水方法、脫硫方法，除此之外，還有加緩蝕劑等，如此一來(lái)，便可以根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況，最大程度降低所處環(huán)境的氯、硫化物濃度，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)備相應(yīng)腐蝕程度的降低;另外，通過(guò)采用上述方法進(jìn)行控制，還能降低化工設(shè)備腐蝕環(huán)境當(dāng)中pH值的降低。需要指出的是，如果經(jīng)檢測(cè)得知，pH值呈酸性，那么此時(shí)上述方法能將應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂速度較快，特別是對(duì)高強(qiáng)鋼，會(huì)變得更加敏感。另外，在對(duì)設(shè)備進(jìn)行實(shí)際使用時(shí)，還需要對(duì)設(shè)備介質(zhì)含量施加嚴(yán)格控制，將分析、化驗(yàn)等工作給做好，對(duì)氯離子含量進(jìn)行切實(shí)控制，防止超標(biāo)介質(zhì)、物料流入到設(shè)備當(dāng)中。還需要指出的是，應(yīng)在設(shè)備停車期間，做好清理、檢修工作，并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)操作，試驗(yàn)后，將設(shè)備內(nèi)壁、死角殘留介質(zhì)、水漬等清理干凈，預(yù)防水漬殘留蒸發(fā)而造成腐蝕介質(zhì)濃度增加，而對(duì)設(shè)備運(yùn)行造成不利影響。相關(guān)人員需強(qiáng)化巡檢，制定緊急預(yù)防處理方案，防范于未然。

3.2 選用嚴(yán)格的材料

在實(shí)際操作中，可選用有較低強(qiáng)度級(jí)別的材料，盡量不用高強(qiáng)度鋼。需要說(shuō)明的是，隨著鋼在具體的屈服強(qiáng)度上的持續(xù)性增加，針對(duì)所采用的材料而言，其應(yīng)力也會(huì)發(fā)生變化，而且腐蝕破裂敏感性會(huì)伴隨其升高而增大。如某化工廠，其所選用的便是比較新型的分餾系統(tǒng)，在整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，設(shè)置有浮頭式換熱器，其在較短時(shí)間內(nèi)便發(fā)生了脆性斷裂，由此還引起了小浮頭密封失效的情況;針對(duì)此情況，改用鋼螺栓，即Q235-A型，上述情況得到較好改善。需要指出的是，S、P等會(huì)不同程度腐蝕損害鋼的耐應(yīng)力，所以，需要對(duì)鋼當(dāng)中的S、P含量進(jìn)行嚴(yán)格控制，使S的含量小于0.02%，而P的含量小于0.03%。另外，如果將Mo、Nb、Ti物質(zhì)加入到低合金鋼當(dāng)中，可以促進(jìn)鋼抗應(yīng)力破壞能力的提升。而對(duì)于奧氏體不銹鋼，可以將高Ni量加入其中，這樣能夠較好地對(duì)抗應(yīng)力腐蝕。

3.3 選擇合適焊接工藝，改進(jìn)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)，能夠較好地減少或規(guī)避應(yīng)力在局部的過(guò)于集中情況。比如在對(duì)高度比較高的壓力容器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可能會(huì)根據(jù)高度的不同，選用壁厚不同的鋼材進(jìn)行焊接，此時(shí)，基于內(nèi)壓的持續(xù)作用下，由于自由變形不協(xié)調(diào)，受此影響，在焊縫位置處，會(huì)產(chǎn)生程度差異性的局部應(yīng)力;如果存在比較大的應(yīng)力，那么其在應(yīng)力腐蝕這一環(huán)境下，便易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕劈裂情況。所以，需對(duì)連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理選擇。選擇異種鋼焊接工藝，在設(shè)計(jì)化工設(shè)備過(guò)程中，整個(gè)設(shè)備均采用相同材料是不可能的，這便出現(xiàn)了異種鋼焊接方面的問(wèn)題。基于此情況，怎樣匹配基材的選擇，并合理解決焊接工藝問(wèn)題，選擇更加實(shí)用的焊條，需給予足夠重視。據(jù)相關(guān)調(diào)查得知，許多設(shè)備之所以會(huì)出現(xiàn)失效事故，主要原因在于所采用的焊接工藝缺乏規(guī)范性、合理性所造成，或是所選用的焊接材料不合格所致。比如級(jí)別不同的高強(qiáng)度鋼、低合金鋼、低碳鋼，它們之間在進(jìn)行異種鋼焊時(shí)，需要控制好焊接溫度及強(qiáng)度，選用合理的焊條，如果強(qiáng)度比較低，那么便難以達(dá)到理想的抗拉強(qiáng)度;另外，針對(duì)接頭來(lái)講，其無(wú)論是在韌性上，還是在具體的塑性上，都需要控制在較高水平，使其能夠較好地滿足現(xiàn)實(shí)需要。

4? 結(jié)語(yǔ)

綜上，伴隨當(dāng)今化工設(shè)備種類的日漸增多，其運(yùn)行環(huán)境存在著較大差異，針對(duì)那些處于應(yīng)力腐蝕環(huán)境當(dāng)中的化工設(shè)備，如果未能得到妥當(dāng)維護(hù)，便會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕，最終會(huì)對(duì)設(shè)備的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行帶來(lái)不利影響。因此，需要做好工藝改進(jìn)及技術(shù)升級(jí)工作，將所存在的各種問(wèn)題與不良因素給消除掉，強(qiáng)化設(shè)備運(yùn)行效能與穩(wěn)定性，最大程度強(qiáng)化企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量、效率與水平。

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