石油化工靜設備的應力腐蝕開裂與防護

趙藝皓

中國石油工程建設有限公司 北京 100101

1 應力腐蝕開裂定義

應力腐蝕開裂（SCC）是指金屬材料在應力和特定介質(zhì)的共同作用下發(fā)生的開裂或斷裂失效。工程上常用的金屬材料，如不銹鋼、碳鋼、高強度鋼等，在特定介質(zhì)中都有可能發(fā)生SCC，并且按照腐蝕條件的苛刻程度，材料可以在幾分鐘或幾年內(nèi)破裂。在腐蝕過程中，材料先出現(xiàn)微裂紋，然后再擴展為宏觀裂紋。微裂紋一旦形成，其擴展速度比其他類型局部腐蝕快得多，所以SCC 是所有腐蝕類型中破壞性和危害性最大的一種腐蝕[1]。

SCC 是應力、環(huán)境和材料三者共同作用的結(jié)果，應力主要來源有施加于材料上的工作應力，還有加工過程產(chǎn)生的殘余應力等。發(fā)生SCC 的環(huán)境通常有酸性、堿性、高溫水等。此外，當環(huán)境中含有某些離子，尤其存在氯離子時，不銹鋼會顯現(xiàn)出高的應力腐蝕敏感性。除了應力和環(huán)境外，材料的成分、組織結(jié)構(gòu)、熱處理過程也會對不銹鋼應力腐蝕產(chǎn)生不同影響。

在發(fā)生應力腐蝕的時候，開裂的情況基本上都是脆性斷裂，在發(fā)生裂紋的狀態(tài)，通常都具有分支擴展，具體如圖1 所示。在SCC 中，裂紋方向宏觀上和應力方向垂直，其形態(tài)有沿晶型、穿晶型和混合型。有的裂縫除主干外，還有大量分支，而有的裂紋只有主干，分支很少。斷口形貌是判斷SCC 性質(zhì)的可靠依據(jù)。

2 石油化工靜設備的應力腐蝕開裂及原因

2.1 存在拉應力

石油化工行業(yè)所運用的設備中之所以會出現(xiàn)拉應力的因素主要有：制造過程之中所出現(xiàn)的應力、運用階段之中所出現(xiàn)的拉應力。石油化工化工有關的設備諸多均是重型設備，由此所出現(xiàn)的拉應力也會相對較多。重裝備的生產(chǎn)難以做到精細化，隨即就會發(fā)生拉應力。

2.2 腐蝕環(huán)境

石油化工環(huán)境基本上都是高溫易腐蝕的，設備長時間會加速材料的腐蝕性；另外，因為石油存在諸多酸性物質(zhì)，因此設備就會易于發(fā)生腐蝕。

3 應力腐蝕開裂的主要防護方式

3.1 選擇合理的結(jié)構(gòu)

通常情況之下，所運用到的石油化工靜設備之中金屬材料或合金材料屬于容易引發(fā)應力腐蝕開裂的情況，諸多才來哦在運用的階段之中可以更好的確保質(zhì)量與壽命。所以，在具體實施設計的時候，可以依照設備應用的具體情況，來將在適應階段之中容易出現(xiàn)材料實施規(guī)避處理，要優(yōu)先選擇那些不易出現(xiàn)應力腐蝕開裂的金屬材料。特別是處在重要部位之上要運用那些不易產(chǎn)生應力腐蝕的材料，在其他不是那么重要的部位上來運用成本較低的普通材料，但是得要達到結(jié)構(gòu)強度和便于維修與更換的標準[2]。

3.2 合理選材優(yōu)化設計結(jié)構(gòu)

并不是全部的金屬或者合金材料均會出現(xiàn)應力腐蝕開裂。所以在石油化工靜設備設計的時候，依照具體情況來有選擇性的避免運用工況下易發(fā)生應力腐蝕開裂的材料。像是設備工作介質(zhì)中所涵蓋的Cl+，那么在設計選材的時候要盡量不運用或者是少運用奧氏體不銹鋼?？茖W化的結(jié)構(gòu)設計可以很好的預防發(fā)生應力腐蝕開裂的情況。在結(jié)構(gòu)設計的時候要降低設備對于腐蝕介質(zhì)的積存與拉應力集中，從根本之上來降低應力腐蝕開裂損壞的幾率。

3.3 焊接過程的質(zhì)量控制

在部分情況之下，雖然有時候選擇靜設備制造材料抗應力腐蝕開裂的能力相對較強，然而假使選擇了不合適的焊接材料，隨即就會威脅并損壞到設備，正確化運用焊接材料尤為關鍵。

3.4 石油化工設備日常使用中的維護

石油化工設備在日常化運用之中的維護工作，這是保障設備安全運行的關鍵所在，同時也是預防設備出現(xiàn)損害的重要環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)的工作對于維護操作人員人身與設備財產(chǎn)安全所起到的作用尤為關鍵，那么就得要從以下幾點來入手：

要全方位嚴格掌控設備工況，將設備之中所存在的隱患予以排除，就可以從設備有害腐蝕介質(zhì)、工作溫度與工作壓力是不是超標來降低設備在非正常運行的時間，從而來做到設備的安全穩(wěn)定化的運行。要定期實施檢查，構(gòu)建全方位檢查關鍵裝備與設備的檢查。定期性的檢查設備，宏觀觀測并分析設備的外部情況，針對其中存在高度危險的設備實施重點檢查，一旦發(fā)生險情就得要及時運用對策并匯報給上級，防護人身財產(chǎn)安全。在進行設備檢修的時候，要文明施工，正確地回裝設備元件及附屬件。

總之，現(xiàn)如今，在進行石油化工靜設備設計的過程之中，在全壽命周期之中來實施安裝與維護，可以在應力腐蝕的時候，降低對于石油化工的影響。除此之外，針對所發(fā)生的石油化工應力腐蝕的開裂情況，要充分的重視起來，之后從設計環(huán)節(jié)、制造環(huán)節(jié)與安裝環(huán)節(jié)來著手分析，以此來實現(xiàn)施工時候的最佳狀態(tài)，相應的也會降低應力腐蝕而引發(fā)的損壞程度[3]。