影響壓力容器金屬腐蝕的主要因素及防治對策

沈振英 駱 浩

（浙江工程設計有限公司，浙江 杭州 310002）

化工機械設備在受到嚴重的腐蝕之后，不管是設備呈現(xiàn)出來的色澤方面，還是機械其它方面所變現(xiàn)出來的性能等，都有著不同程度的變化，從而導致機械設備在使用過程當中產(chǎn)生不必要的損失。這樣對于化工企業(yè)在產(chǎn)品的生產(chǎn)以及成本控制等方面有著較大的影響，化工企業(yè)針對這一點也會背負著較大的經(jīng)濟損失。所以，關(guān)于機械的防腐方面問題，就需要采取有力的防腐措施，有效的將運行機械的防腐能力進一步的提高，這才是當今社會中化工企業(yè)以及相關(guān)生產(chǎn)領域所迫切需要解決的問題。

1 化工壓力容器腐蝕的常見幾種類型

根據(jù)腐蝕過程的歷程分類：

1.1 物理腐蝕

物理腐蝕是指金屬由于受到液態(tài)金屬的單純物理溶解作用而引起的損壞，但并不是由化學和電化學反應引起的。比如使用鋼容器來盛放熔融鋅，由于液態(tài)鋅會溶解鐵金屬從而致使鋼容器受損壞等等。

1.2 化學腐蝕

化學腐蝕是指金屬在一些干燥氣體及非電解質(zhì)溶液中，金屬表面與非電解質(zhì)發(fā)生純化學反應而引起的損壞，也稱為干腐蝕。化學腐蝕的反應過程中，金屬表面的原子與非電解質(zhì)中的氧化劑直接進行電子交換，發(fā)生氧化還原反應而形成腐蝕產(chǎn)物，期間并沒有產(chǎn)生電流。

1.3 電化學腐蝕

電化學腐蝕是指金屬表面與電解質(zhì)溶液發(fā)生電化學反應而產(chǎn)生的破壞，即濕腐蝕。電化學腐蝕是化工壓力容器腐蝕中最普遍、最常見的腐蝕。一般按電化學機理進行的電化學腐蝕在反應過程中都會產(chǎn)生電流，即產(chǎn)生一個或多個陽極反應和陰極反應，同時通過介質(zhì)中的離子流與流過金屬內(nèi)部的電子流構(gòu)成回路。其中陽極反應是指金屬在失去電子后以一種離子的狀態(tài)進入到溶液中，是一個氧化的過程；而陰極反應是指氧化劑在金屬表面及溶液界面將金屬內(nèi)的剩余電子吸收，其是一個還原的過程。電化學腐蝕可以是一種單一的電化學作用過程，也可以是電化學作用、生物作用和機械作用三者共存或者它們相互作用的一個復雜過程。

2 化工壓力容器金屬腐蝕的產(chǎn)生因素

2.1 壓力容器材料本身的特性

壓力容器材料本身特性引起的金屬腐蝕主要體現(xiàn)于以下三方面：（1）金屬本身的化學性質(zhì)，合金含量（如壓力容器中的夾雜物）會加速合金的腐蝕速度；（2）壓力容器的金屬表面狀態(tài)和晶型，金屬表面有氧化膜的耐腐蝕，若沒有則表面越粗糙腐蝕越快。晶粒越粗糙腐蝕也越快；（3）壓力容器在制造過程中的變形，由于受沖壓、焊接、煅燒等冷、熱加工的影響，金屬會出現(xiàn)變形現(xiàn)象，從而產(chǎn)生較大的內(nèi)應力，進而加速金屬的腐蝕過程。

2.2 環(huán)境因素

在化工生產(chǎn)中，壓力容器會接觸到酸、堿、鹽、水、氧等具有一定腐蝕性的介質(zhì)，而不同的金屬材料對腐蝕介質(zhì)有其一定的適用范圍，如果在壓力容器適用過程中未合理地控制介質(zhì)的種類、化學成分、pH值、濃度、含氧量等，將會使壓力容器發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。由于腐蝕是一種化學反應，所以當介質(zhì)的溫度不斷升高時，壓力也會升高，同時金屬腐蝕速度也就越快，一般是每升溫10℃，金屬就會以1至3倍的速度發(fā)生腐蝕。

此外，由于壓力容器內(nèi)的介質(zhì)流速不斷增加，強化了物質(zhì)的擴散和對流，同時還會使腐蝕產(chǎn)物的脫落速度及保護膜被沖刷的速度不斷加快，以致產(chǎn)生漩渦、空泡等，從而引起嚴重的沖擊磨損和空泡磨損，所以，介質(zhì)的流動速度也會對金屬腐蝕產(chǎn)生影響，流動越快，腐蝕越易且快。

3 化工壓力容器的防腐蝕控制措施

化工設備在防腐方面所采取的有效防治措施有著比較多的方法，通常在處理的時候所采取的方法是改善金屬的基本本質(zhì)，將金屬和防腐介質(zhì)進行有效的相互隔離，或者直接采取表面處理法，筆者經(jīng)過總結(jié)分析，針對化工壓力容器的防腐蝕控制措施進行下文闡述。

3.1 壓力容器主材料的選擇

根據(jù)相關(guān)部門規(guī)定，化工壓力容器的設計和制造必須是一些通過并具有相關(guān)資格認證的定點單位。在設計化工壓力容器時應嚴格按照GB150及《容規(guī)》等進行選材，盡量減少應力集中，將可能引起腐蝕介質(zhì)積聚的缺口和縫隙消除，同時還要注意設備金屬的組織和結(jié)構(gòu)。而在制作壓力容器的過程中，應根據(jù)壓力容器的用途、所處的介質(zhì)、溫度和壓力情況，選擇相適應的合理的材料組成耐蝕合金，或者可以添加一些相適應的不同的合金元素于金屬中，可以以碳鋼為主，必要時須選擇不銹鋼、鈦材和銅材。以提高壓力容器的耐蝕性，從而防止或緩減壓力容器中金屬的腐蝕情況。如將鎳加入到鋼中可制成一個防腐蝕能力稍強的不銹鋼壓力容器。此外，在選材時除了要考慮介質(zhì)的腐蝕性，還應考慮介質(zhì)的易燃程度和毒性程度，如在易燃或中、高、低度危害介質(zhì)的環(huán)境中不可使用Q235-A.F等等。

3.2 緩蝕劑的選用

緩蝕劑是一種可防止或減緩設備腐蝕的化學物質(zhì)，同時也可以是幾種化學物質(zhì)的混合物。由于只要再金屬表面加入千分之幾或千萬分之幾甚至個別情況時只要百分之幾的用量，不僅可以保持金屬材料原來的物理機械性能不變，還可使在某介質(zhì)中金屬材料的被腐蝕的速度明顯得到降低或為零。正由于緩蝕劑這種良好的防腐蝕效果且使用緩蝕劑經(jīng)濟效益也較高，因而其常被用于壓力容器防腐蝕技術(shù)中。

3.3 提高焊接質(zhì)量

提高焊接質(zhì)量可以降低或消除焊接縫的殘余應力，防止裂紋的產(chǎn)生，從而使焊縫的熱影響區(qū)的金相組織與性能得到較好的改善。電弧焊和氬弧焊這兩種焊接工藝時不銹鋼材料最常采用的焊接方法。在焊接壓力容器時應嚴格按照相關(guān)規(guī)定的要求選用合適的焊接材料和焊接工藝，而焊條等焊接材料的質(zhì)量必須經(jīng)有關(guān)部門檢驗且合格。同時，焊接者還應是經(jīng)相關(guān)考試合格具有合格證書且技術(shù)較好的。在焊接前應對鋼材的淬硬性、焊接厚度和使用條件等因素進行綜合考慮并實現(xiàn)預熱措施；為了防止化工壓力容器出現(xiàn)超標缺陷，焊后應對其進行穩(wěn)定化熱處理，檢查其外觀，進行晶間腐蝕試驗，此外還應根據(jù)設計圖紙要求使用超聲波探傷射線探傷。

3.4 電化學保護

電化學保護是指根據(jù)電化學原理使金屬設備成為腐蝕電池中的陰極，從而達到防止或減輕金屬腐蝕的目的，其一般有犧牲陽極保護法和外加電流法兩種。犧牲陽極保護法是指用電極電勢比壓力容器金屬更低的鋁、鋅、合金等做陽極，并將其固定在被保護金屬上，形成腐蝕電極；外加電流法一般用于土壤、河水中的金屬設備，其是指將被保護金屬與另一附加電極作為電池的兩個極，使被保護的金屬作為陰極，在外加直流點的作用下使陰極得到保護。

3.5 使用防腐材料

首先，油脂涂料。油脂涂料主要是利用干性油作為主要成膜物的一類涂料。其所具有的主要特點是容易生產(chǎn)，而且具有較好的涂刷性，對于所需要涂刷面也具有較好的潤濕性，并且在價格方面也較為低廉，這是其主要的優(yōu)點所在。但是，漆膜也具有干燥慢以及膜的性質(zhì)相對較軟，機械性能也比較差，也不具有較強的耐水性以等缺點；其次，生漆。生漆不僅具有較強的附著力以及漆膜堅韌，而且其所呈現(xiàn)出來的光澤也較為優(yōu)秀，并且對于土壤以及水和油性等腐蝕也具有一定的抵抗力。但是其存在的缺點是具有一定的毒性，對于人們的皮膚使得在使用中容易產(chǎn)生皮膚過敏，而且其對于強氧化劑以及堿性都比較差；然后，酚醛樹脂涂料。醇溶性酚醛樹脂涂料抗腐蝕性能較好，但是施工過程較為不便，而且其附著力和柔韌性相對較差，在實踐具體的應用中受到一定程度的限制。在日常的使用中可以延伸擴展到家庭用具以及門窗方面的涂裝，具有一定強度的附著力以及耐水耐熱，而且對于腐蝕性也有著較強的抵抗力；最后，環(huán)氧樹脂涂料。環(huán)氧涂料具有較好的附著力，在堿和油以及水等都有著較強的抵抗能力，但是其中不足的沒有較好的抗老化性。固化劑對于漆膜的性能通常有著一定程度的影響，在實際中所常用的固化劑有：脂肪胺及其改性物；芳香胺及其改性物；聚酰胺樹脂。

3.6 襯里防護

在選擇壓力容器金屬材料時，由于某些壓力容器內(nèi)介質(zhì)的腐蝕性會特別強，而市場上卻找不到合適的耐蝕金屬材料或者材料特別貴時，為了解決腐蝕問題一般會采用襯里防護方法。襯里的選擇應根據(jù)相關(guān)規(guī)定要求結(jié)合容器內(nèi)介質(zhì)的特性、溫度、壓力等情況，有不銹鋼、鈦、搪玻璃、聚四氟乙烯、玻璃鋼、橡膠等。如適用于溫度和壓力較高場合的不銹鋼、鈦襯里，它們具有施工困難和成本較高的特點；而某些非金屬材料襯里卻不能再較高的溫度和壓力環(huán)境中使用，因而會受到一定的限制。

3.7 表面覆蓋法

表面覆蓋法是指在金屬表面覆蓋一層緊密的防護層以隔離金屬與介質(zhì)，從而防止金屬被周圍介質(zhì)腐蝕。例如，在壓力容器鋼鐵表面涂油器，覆蓋搪瓷，鍍Zn、Sn、Cr、Ni等金屬，使鋼鐵制品不與水和空氣的接觸，阻止其被腐蝕。表面覆蓋法是一種普遍使用的防護方法。

3.8 加強管理維護

壓力容器的維護是最根本的防腐蝕措施。作為化工企業(yè)應嚴格執(zhí)行有關(guān)壓力容器的使用法規(guī)，并根據(jù)其檢修的有關(guān)規(guī)定，對壓力容器進行定期檢查、取樣，將壓力容器在運行過程中可能存在的缺陷的發(fā)展和腐蝕情況要牢牢掌握，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取相應的有效的補救措施，以防止設備繼續(xù)腐蝕。化工企業(yè)及技術(shù)人員不可忽視壓力容器的應力腐蝕現(xiàn)象，要弄清其破壞原因，分析和研究腐蝕形態(tài)并采取有效的防范措施，減緩或抑制腐蝕破壞，確保設備的運行安全。

4 結(jié)束語

總之，化工企業(yè)和社會其他企業(yè)之間相比較，其生產(chǎn)設備的防腐蝕速度通常會顯得更加的快，由此就需要根據(jù)實際情況采取全面有效的防治措施進行有力的加強控制，從而針對腐蝕破壞有著減緩作用，將設備的使用壽命進一步的加以有效的延長，對于工作人員而言也有著保護人生以及財產(chǎn)的作用，并且對于當今的化工企業(yè)以及與之相關(guān)生產(chǎn)領域都有著極其重要的現(xiàn)實意義。

［1］楊洲，李明君，王蕾.淺析壓力容器應力腐蝕及其控制措施[J].天然氣與石油，2009，2.

［2］何小洪.壓力容器的腐蝕與處理[J].科技資訊，2011，21.