淺談壓力容器材料的腐蝕與防護

殷亞芳 馬建東

（1.中核新能核工業工程有限責任公司，山西 太原030012；2.太原重工軌道交通設備有限公司，山西 太原 030002）

在化工生產中，壓力容器是一種不可替代的重要的設備。 在壓力容器的運行和使用過程中，長期處于高溫和高壓的條件下，使得壓力容器極易發生腐蝕和破損，進而影響壓力容器的正常使用，甚至出現重大工業事故，造成人員傷亡。因此，研究壓力容器的腐蝕和防護對于工業生產安全的意義十分重大。

1 金屬腐蝕的特點及分類

在壓力容器的使用過程中，金屬腐蝕是最常見的腐蝕形式，但是金屬腐蝕的原理和腐蝕狀況極為復雜，這也是困擾壓力容器安全生產的一項重大難題。 目前，我們根據金屬腐蝕現象主要從金屬腐蝕的過程、溫度和破壞形式三方面將其分類，值得注意的是，這幾種分類方式存在共通點和重疊點。 下面具體介紹這幾種分類方式：

1.1 根據金屬腐蝕的過程分類

根據金屬腐蝕的大致過程，我們將其分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩個過程。

（1）化學腐蝕。 化學腐蝕是金屬與離子溶液發生化學反應的一種腐蝕，腐蝕過程是一種置換反應過程，沒有電流的產生，只有元素化合價的變化。 化學腐蝕還可以分為氣體腐蝕和溶液腐蝕，氣體腐蝕是指的是金屬表面在高溫氣體下的腐蝕，而溶液腐蝕指的是金屬在不導電的非電解質溶液中發生化學腐蝕。

（2）電化學腐蝕。電化學腐蝕與化學腐蝕相比，最重要的不同在于它存在電子的轉移和電流的產生， 這種原理與原電池的工作原理類似，是化工生產中一種最常見的化學腐蝕形式。 金屬在通電的電解質溶液的反應都屬于電化學腐蝕。

1.2 根據反應的溫度分類

影響化學反應的重要的因素除了反應物的濃度和催化劑等，最不可忽略的就是溫度的變化對于化學反應速率的影響。溫度升高對于任何化學反應都會產生加快反應的效果。根據反應的溫度可以將腐蝕分為常溫腐蝕和高溫腐蝕。

（1）常溫腐蝕

常溫腐蝕就是在常溫條件下發生的金屬腐蝕現象的化學反應。我們常見的常溫腐蝕現象包括鐵制品在大氣中的生銹腐蝕，建筑物在水中發生腐蝕等。金屬制品在酸堿溶液中發生的腐蝕既屬于常溫腐蝕也屬于電化學腐蝕。

（2）高溫腐蝕

顧名思義，高溫腐蝕指的就是化學反應發生在溫度較高的條件下的腐蝕，當然其中也包含化學腐蝕和電化學腐蝕。 為了更好地區分常溫腐蝕和高溫腐蝕，我們將溫度在100 攝氏度以上的反應歸為高溫腐蝕。高溫腐蝕常見于工業生產中，尤其是電鍍行業。例如電鍍過程中的高溫熔鋅溶液與鍍鋅容器壁間的反應就是高溫腐蝕的一個典型代表。

1.3 根據腐蝕的破壞形式分類

根據腐蝕的破壞形式一般都為金屬腐蝕。根據腐蝕破壞情況又將金屬腐蝕分為全面腐蝕、局部腐蝕和結構環境腐蝕三類。 金屬腐蝕一般從壓力容器的表面開始反應，逐漸向容器壁的內部深入腐蝕，最終引起容器的外部或內部結構的破壞，這是金屬腐蝕的一大特點。

全面腐蝕是金屬腐蝕發生在壓力容器的整個金屬表面，腐蝕時破壞連成一片。這種腐蝕一般情況下是不均勻腐蝕，當然，也存在各種細微條件的相同出現的均勻腐蝕現象。 與全面腐蝕相比，局部腐蝕是僅限于容器壁的一小部分發生嚴重的腐蝕而表面其他地方基本沒有損壞或者沒有損壞的現象。

從安全角度考慮，局部腐蝕往往比全面腐蝕更加危險。 這是因為全面腐蝕的特征明顯，并且由于腐蝕的速度相差不大，我們可以很容易的推算腐蝕的速度， 進而估算破壞所帶來的損失和更換設備的時間，達到設備利用的最大化。 相反的，局部腐蝕是設備的局部發生破壞，這種破壞往往是隱秘的，不容易發現，極易造成突發爆炸，造成重大的人員傷亡。此外，局部腐蝕的反應機理和反應條件更加復雜，所以無法確定其反應速率，這樣就會容易出現設備的突然損壞和事故的發生。

2 腐蝕的危害和防護的意義

腐蝕具有突發性和災難性等特點， 極易造成重大的經濟損失，造成重大的人員傷亡。此外，腐蝕會影響設備的外觀，還可能會造成生產出的產品不合格，影響產品的聲譽和銷路，更可能會造成環境污染，破壞生態環境。 還有可能造成其他貴重產品的損壞。

腐蝕產生的破壞時高度集中的，并且蝕孔的破壞很不均勻，由于應力結構等的影響，蝕孔是向重力方向發展，蝕孔口徑很小，并且表面往往覆蓋有固體沉積物，因此及其不容易被發現，隱藏危害巨大，蝕孔的出現是沒有任何預見性的，時間或長或短，這就使得腐蝕變得更加難以治理。所以，防止壓力容器的腐蝕能夠避免重大事發生、避免經濟損失和人員傷亡。

3 影響腐蝕的主要原因

腐蝕是化學反應和電化學反應的集合，所以影響化學反應的主要因素就是影響腐蝕的主要因素，包括金屬材料、溫度、PH 值、電解質溶液的流動狀態等。能夠發生鈍化的金屬更容易發生腐蝕，所以，與碳鋼相比，不銹鋼更加敏感。所以，腐蝕更容易發生在鈍態不穩定的金屬表面，鈍態越穩定的金屬，發生腐蝕的幾率就越低。溫度是影響腐蝕的另一個重要的因素，溫度越高，化學反應越快，腐蝕的速度就越快，設備破損就越快。 PH 值是影響腐蝕的另一個重要的原因，一般情況下，酸性溶液比堿性溶液更加容易腐蝕金屬，而中性溶液對于金屬設備來說無疑使最理想的。 電解質溶液的流動速度也會影響腐蝕的速度，越是穩定的條件就越容易發生化學反應，這是因為在不穩定的介質流動可以消除溶液間的差別，消除溶液間的不均勻性，減緩腐蝕的速率，避免腐蝕的發生。

4 防止壓力容器腐蝕的措施

4.1 涂層保護

涂層保護是避免腐蝕的一項最簡單易行的方法，原理是用有機涂料或者無機物的陶瓷將發生反應的金屬和溶液分隔開， 成本較低，工藝簡單，適應性廣，見效明顯。 但是這種方法要在設備投入使用前進行，并且維護時間短，所以后期二次維護和勞動量大。

4.2 電化學保護

電化學保護是非常適應于水下保護的一種防腐蝕方法，其原理是利用電化學反應的原理，用一種金屬保護壓力容器壁金屬和溶液進行反應，達到保護容器壁的效果。這種防護方法周期適中，但要耗費一定的電能，成本較高。 電化學保護包括金屬鍍層、陽極保護、陰極保護和緩蝕劑保護四種。金屬鍍層就是在壓力容器金屬表面鍍一層別的金屬作為保護層，這種方法的保護周期較長，維護工作量小，但是施工工藝較為復雜，并且成本極高，所以，這種方法使用于面積較小并且環境惡劣的設備保護。 陽極保護是應用很廣的一類保護方法，是利用微弱電流使得作為陽極反應的金屬鈍化，減緩反應的進行和金屬的消耗。 陰極保護就是使得金屬達到陰極極化，當陰極電勢足夠負的時候，金屬就可以避免氧化溶解，從而得到完全保護。 主要包括外加電流法和犧牲陽極法。緩蝕劑保護就是在溶液中加入一定的能夠明顯減少金屬和溶液反應的一種物質，緩蝕劑可以有效地減緩金屬的腐蝕，并且操作簡便，可以避免產品污染，防止脆裂事故的發生，但是現在的技術還不夠純熟，不能夠保證保護的實效性。

4.3 合理的管理保護

除了采用以上敘述的方法避免金屬的腐蝕之外，在設備的管理上還要進行加強，避免事故的發生，防患于未然。

5 總結

總之， 壓力容器材料的腐蝕和保護是化工業生產的重要技術難題，需要技術人員不斷地長期摸索和探究。

［1］施利炳.金屬的腐蝕與防護[J].物理測試,2003(03).

［2］亢永斌.淺淡化工設備的腐蝕與防腐措施[J].山西化工,2004(02).

［3］周宏.防腐材料在工程設計中的選用[J].浙江化工,2003(11).