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压力容器的腐蚀与防护

     [摘要]:压力容器在使用过程中会与环境介质作用,产生一定程度的腐蚀损坏。在化工、冶金、医药、石油化工等生产中的压力容器,常常在高温、高压、磨损等不利因素下操作,腐蚀对压力容器的危害性尤为突出。
  [关键词]:腐蚀的定义 腐蚀的分类 腐蚀的形态 应对措施
  1 腐蚀的定义
  腐蚀是一种物质由于与环境作用引起的破坏或变质。
  金属由于环境介质的化学或电化学作用而遭受的破坏叫金属腐蚀。
  压力容器绝大部分是由于金属材料制造的。金属腐蚀对压力容器的危害性是不言而喻的。金属腐蚀的原因比较复杂,同一种材料在不同介质中有不同的腐蚀规律,不同材料在同一种介质中腐蚀规律也各不相同,即使同一种材料在同一种介质中因其内部或外部条件的变化,往往又会表现出不同的腐蚀规律。
  2 金属腐蚀的分类
  金属腐蚀有几种不同的分类方法。按温度可分为低温腐蚀和高温腐蚀;按腐蚀环境可分为化学介质腐蚀、大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀等;还有一种分类方法是分为湿腐蚀和干腐蚀两种。有液体存在时产生的是湿腐蚀,金属在水溶液或电解质中的腐蚀绝大多数属于这一类;干腐蚀是环境中没有液相或在露点以上,腐蚀剂通常是蒸汽和气体,这一类腐蚀往往和高温联系在一起。合成氨生产中的高温变换炉气体对筒体和封头材料的腐蚀就是一例。
  比较直观实用的分类方法是根据金属腐蚀破坏形态来分类,有以下几种:
  (1)全面腐蚀(2)孔蚀(3)应力腐蚀破裂(4)晶间腐蚀(5)磨蚀(6)腐蚀疲劳(7)氢损伤。
  3 常见腐蚀的形态
  (1)全面腐蚀
  全面腐蚀是常见的腐蚀形态。在金属全部曝露的表面或大部分面积上产生基本均匀的化学或电化学反应称为全面腐蚀或均匀腐蚀,例如一块钢或锌浸入稀硫酸中,通常是在全部表面上以均匀的速度溶解。不锈钢在强酸,强碱中,一般也呈现出全面腐蚀特征。
  遭受全面腐蚀的设备,是以金属的厚度逐渐减薄的形式而最后破坏。从工程角度看,全面腐蚀并不是威胁很大的腐蚀形态,因为设备的寿命可以根据简单的腐蚀试验进行评估,设计时可以考虑足够的腐蚀裕度。但要注意的是在使用过程中,腐蚀速度往往因环境因素的变化而发生变化,因此需要以适当的时间间隔,周期性地进行一些必要检测,否则也会发生意想不到的腐蚀事故。
  防止全面腐蚀最常用的方法是针对特定腐蚀环境选择合适的金属或合金材料。在腐蚀介质中添加缓蚀剂也是一种行之有效的防腐方法。另外,在设备表面涂镀耐蚀保护层也是较为常用的防护方法。
  (2)孔蚀
  集中在金属表面个别小点上深度较大的腐蚀称为孔蚀也叫小孔腐蚀或点蚀。
  孔蚀是破坏性和隐患最大的腐蚀形态之一。它使压力容器穿孔破坏,因为孔蚀很小,又常被腐蚀物遮盖,故常常难以发现。不锈钢容器在含氯离子介质中使用时,非常容易遭受孔蚀破坏。
  防止孔蚀的方法主要是选择耐孔蚀的金属材料制作压力容器。
  (3)应力腐蚀破裂
  应力腐蚀破裂时受拉应力的材料和特定的腐蚀介质的共同作用而产生的一种脆性破坏,而且往往一些高韧性的金属材料。如低碳钢,钴镍奥氏体不锈钢等,容易产生这样的脆性破坏。所以应力腐蚀破裂对压力容器的安全性危害很大。

  防止应力腐蚀破裂的方法有:
  进行消除应力的热处理,一般采用500-600℃保温2小时来消除压力容器中的残余应力以达到防止应力腐蚀破裂的目的;表面喷丸处理,产生应力腐蚀破裂必须是拉应力,喷丸处理使表面产生压应力是防止应力腐蚀破坏的有效方法;利用外电源或牺牲阳极施加阴极保护。
  (4)腐蚀疲劳
  金属受腐蚀介质和交变应力同时作用而产生的破裂,称为腐蚀疲劳。
  腐蚀疲劳的机理是:在交变应力作用下,金属产生滑移台阶,提供了孔蚀的活性点。孔蚀的产生导致初始裂纹,其尖端的阳极溶解,形成穿晶裂纹。这些裂纹在交变应力作用下扩展而造成腐蚀疲劳裂纹。
  防止腐蚀疲劳的方法有:
  提高材料抗孔蚀的能力,如加入耐孔蚀的合金元素等;提高金属材料本身的疲劳强度;采用表面喷丸、喷砂、氮化等使表面产生压应力的处理,可以明显地提高腐蚀疲劳抗力;采用阴极保护。
  (5)氢损伤
  由于氢渗入金属内部而造成金属性能的恶化称为氢损伤。氢损伤包括:氢脆,氢鼓包,脱碳,氢腐蚀。
  4 防止压力容器腐蚀的措施
  (1) 合理选材
  压力容器材料的选用对其使用寿命有重要的影响。然而,合理选材是一项细致的工作,须从多方面进行综合考量。
  选材时弄清压力容器所处的介质、温度及压力情况。高温时还要考虑材料的热强度和热脆性。工程上对金属材料的耐蚀性,通常在年腐蚀率为0.1--0.5
。此外,特别要注意材料的耐局部腐蚀的性能。
  从防腐蚀的角度考虑,各种腐蚀手册中列有常用介质的选材和腐蚀图,在设计和制造压力容器时,参考选材图的数据进行选材。
  (2)设计合理的结构
  压力容器在设计时除了要考虑结构强度外,如何避免不合理的结构引起各种局部腐蚀破坏,对提高压力容器的使用寿命,保证安全运行都是十分重要的。
  容器设计时要注意加强吊耳、支柱、人孔等处的保温措施,防止冷凝液腐蚀;要避免由于死角而引起积聚沉淀物的腐蚀;容器底部出口设计要考虑将液体排净,以防止残留液的腐蚀。
  (3)制造安装
  容器的腐蚀和制造安装工艺有很大关系,因此必须严格各种加工工艺操作。
  (4)维修管理
  为保证压力容器长周期安全运行,应严格执行有关规程和条例;要根据设备检修规定,切实做好定期检验工作;对在用压力容器中允许存在的缺陷必须复查,及时掌握其在运行中缺陷的发展和腐蚀情况,以便分析原因,采取适当的补救措施,防止设备继续腐蚀。
  (5)阴极保护
  阴极保护有两种方法:外加电流法,就是采用一台直流电源,把要保护的设备接在直流电源的负极上,电源的正极和一个辅助电极相连。电路接通后,电源便给金属设备以阴极电流,设备的电位将向负极方向移动,既阴极极化。这就是外加电流法的阴极保护;牺牲阳极法,这种方法的原理同上,所不同的是采用一个电位比要保护的金属电位更负的材料作为阳极,让它腐蚀,从而保护了设备。
  综上所述,腐蚀是压力容器的一大危害。因此,了解腐蚀规律,对分析压力容器损坏原因,采取必要的防护措施,提高压力容器的使用寿命,保证压力容器的安全运行都是十分重要的。

 

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