浅谈压力容器腐蚀与防护

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  摘要:压力容器,是指装载液体和气体并承担较大压力的密闭性设备,或内部有可形成压力的流体,以及受外压的设备等。压力容器是一种能够承受压力的密闭容器。压力容器的用途极为广泛,它在工业、民用、军工等许多部门以及科学研究的许多领域都具有重要的地位和作用。其中以在化学工业与石油化学工业中用最多,仅在石油化学工业中应用的压力容器就占全部压力容器总数的50 %左右。压力容器具有重要作用,装备制造业的升级是中国迈向制造业强国的必经之路,直接影响和决定着其下游产业和产品的竞争力,是国家综合国力的重要体现。笔者在下文浅谈压力容器腐蚀的原因,危害以及防护措施,旨在促进本行业未来的持续发展
  关键词:压力容器    腐蚀    防护
  1.压力容器腐蚀的分类
  压力容器的直接承受腐蚀性和间接破裂性的状态破坏是指由于压力容器内部壳体由于受到其他压力源的腐蚀和对压力介质的强烈冲击而直接破裂产生的一种间接腐蚀性和破裂性的破坏形式,压力容器内部受到直接腐蚀的七种危害破裂形态形式介绍如下:
  1.1压力容器的全面腐蚀,又称为均匀腐蚀
  在金属暴露的表面或大部分面积上产生基本的化学或电化學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。
  1.2压力容器的应力腐蚀
  应力介质腐蚀破坏是在介质破裂时因为受到不能承拉较大强度应力的脆性金属材料和特定的脆性应力介质腐蚀金属介质的共同承受应力相互作用而直接接触产生的一种特殊的耐脆性应力腐蚀介质破坏,而且往往一些材质具有比较高韧性的都可以是优质金属材料。如果用的是一种低碳型的不锈钢,钴高碳钢和镍奥氏体状的高碳不锈钢等,容易因为加热产生这样的一种高度的耐脆性而被严重破坏。所以存在冷热和耐应力高压容器中的腐蚀性镀层的发生破裂对各种冷热压力容器的长久使用性和安全性来说可能都会危害很大。
  1.3点蚀
  点蚀是指由于压力容器点面的腐蚀处理集中于压力金属表面的个别深度小点腐蚀处理点而深度较大的孔点腐蚀也可以称为小孔孔点损伤或小孔点损。 点蚀是其中腐蚀最大、隐患大和性质最强的一种。它几乎破坏了整个压力容器的内部穿孔,因为它的点蚀非常小,而且经常被腐朽物互相遮挡,所以往往很难被人发现。不锈钢储存容器就是用于储存含有多氯和铁离子腐蚀介质的,很容易被点蚀所直接破坏。
  1.4压力容器与晶粒间的酸性腐蚀
  晶间腐蚀,局部金属腐蚀的一种,沿着外部金属体与晶粒之间的边缘界限向内部腐蚀延伸。主要形成原因之一是晶粒的外观表面外部化学杂质组成和内部化学杂质或其他应力因素存在的巨大差别。晶间腐蚀效应会直接破坏其与晶间体的结合,大大减少了固体金属机械性对强度的直接损害。
  1.5压力容器的氢致开裂(碱性腐蚀,白点和酸性氢脆)
  由于大量氢离子渗透这些金属的内部,导致这些金属的磁性能迅速恶化的现象称为氢磁性破坏。氢的化学损伤过程包括:产生氢脆,氢鼓,脱碳和其对氢氧的腐蚀等。
  1.6.压力容器缝隙化腐蚀在连接部或焊接部分缺陷处,一般情况会出狭小的缝隙(缝隙一般为0.0601 mm ),这个缝隙宽度足以让电解溶液进入缝内的金属,然后和缝外的金属组成短路电池,然后在在缝中发生强烈腐蚀作用,这种局部性的腐蚀叫做缝隙。
  1.7金属腐蚀疲劳
  金属构件在交变腐蚀流体介质及交变流体应力的相互作用下容易发生腐蚀破裂,称为金属腐蚀疲劳。在交变力和应力的相互作用下,金属可以生成多个滑移运动台阶,提供孔蚀活性。孔蚀穿晶产生初始穿晶裂纹,其末端尖部阳极晶体溶解后可形成底部穿晶状的裂纹,这些脆性裂纹可以扩展扩大到交变的腐蚀应力范围,从而可以导致由于腐蚀反应过度和疲劳的脆性裂纹。
  2.压力容器腐蚀原因
  2.1外部环境
  压力容器完全直接暴露在自然空气中,环境也就就构成了导致压力容器腐败的重要形成原因。 压力容器所需要携带的化学试剂原料种类较多,所含的化学物质使用成本高,不可避免地就会混杂了少量的具有腐蚀性化学材料,如酸、碱等,这些试剂组成极素都有可能直接导致整个压力容器受到腐蚀。外部环境影响因素对使用压力容器的正常腐蚀反应有多种不同的直接影响,第一种就是长时间的使用而出现的容器腐蚀,内压温度升高时则可明显催化反应,加快容器腐蚀,进而可以改善容器腐蚀反应问题的正常发生。第二种是压力容器内部中的反应温度将大大加快化学反应中的速率,温度可以升高,离子体的流动快,内部反应温度可以上升5℃,化学反应中的速度随之可以增加2倍~3倍。第三种,内部的氧化酸碱下和环境没有催化剂和腐蚀剂的反应,酸碱下的环境也不一样,离子的氧化含量在内部也不一样。
  2.2物料特性
  压力容器的整体抗腐蚀运动水平在很大一定程度上来说是直接受制于压力容器的内部物料化学性质直接影响的, 第一因素是其抗腐蚀运动速度,它受到物体表面上的金属体和晶体的化学构造特性密度和化学氧化性的巨大干扰,晶体结构构造密度越大,表面就越粗糙,晶体的孔缝也越大,服务过的物质此时,也就很容易直接进入,腐蚀化学反应也自然也就会容易发生。
  3.压力容器的腐蚀危害
  金属腐蚀是指在周围介质的化学或电化学的作用下,并且经常是在和物理、机械或生物学因素的共同作用下金属产生的破坏,也即金属在它所处环境的作用下所产生的破坏。压力容器腐蚀,是指构成元件的金属与介质之间由于化学作用或者电化学作用而使金属变得疏松、脱离或消耗的现象。[1]   金属腐蚀物的各种形态一般可以分為完全(均匀)腐蚀和或者局部金属腐蚀两种形态中的两类。当这种压力容器受到腐蚀,内部有害物体就会外流,不仅仅可能会直接导致容器内容物体的损失,严重时,内部有害杂质物体也会流出,导致容器事故,甚至还可能会直接发生爆炸引发容器爆炸,对于于我国全体人民及其生命财产安全也肯定会随之造成很大的经济危害。一般的情况局部整体腐蚀通常要比全部整体腐蚀更严重,有些时候局部的整体腐蚀常常来说
  是比较突发和具有灾难性的。 据统计,化工设备受到腐蚀的人体局部危害占70%左右。据我国有关媒体报道,2004年4月15日21时,重庆天原化工总厂氯氢分厂1号氯冷凝器列管腐蚀穿孔,造成含铵盐水泄漏到液氯系统,生成大量易爆的三氯化氮。16日凌晨发生排污罐爆炸,1时33分全厂停车,2时1 5分左右,排完盐水后4h的1号盐水泵在静止状态下发生爆炸,泵体粉碎性炸坏。16日17时57分,在抢险过程中,突然听到连续两声爆响,液氯储罐内的三氯化氮突然发生爆炸。爆炸使5号、6号液氯储罐罐体破裂解体并炸出1个长9m、宽4m、深2m的坑,以坑为中心,在200m半径内的地面.上和建筑物.上有大量散落的爆炸碎片。爆炸造成9人死亡,3人受伤,该事故使江北区、渝中区、沙坪坝区、渝北区的15万名群众疏散,直接经济损失277万元。事故爆炸直接因素关系链为:设备腐蚀穿孔--盐水泄漏进入液氯系统--氯气与盐水中的铵反应生成三氯化氮--三氯化氮富集达到爆炸浓度(内因)一启动事故氯处理装置振动引爆三氯化氮(外因)
  4.压力容器的防护建议如下:
  (1)压力容器的机械设计和安装制造,必须根据有关国家以及相关行政法律的明确规定,由所有具备有关资质和技能符合技术等级的工程设计院和制造事业单位统一负责。
  (2)压力容器在设计制成后必须经过整体耐压性的测试。在压力容器正常工作期间,应对安全附件及仪表进行定期加强养护维修和安全定期检查,保持完整、灵敏和安全可靠性。
  (3)对于使用各类压力容器的生产单位,应根据不同产品使用工艺性能需求和压力容器中的技术使用性质,制定安全生产操作规程,并严格切实遵守。
  (4)压力容器壳和受压部件不能出现裂纹,经内外检验后发现容器有严重裂痕,应分析其原因,采取措施消除、维修或报废等。
  5.结束语
  压力容器在我国各行业都具有重要作用,压力容器的腐蚀,很有可能会带来不可估量的损失,因此,压力容器的腐蚀与防护,显得至关重要。
  参考文献
  [1]郑金标.浅谈金属压力容器的腐蚀与防护[J]科技经济导刊.2016(8):89.
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