壓力容器腐蝕與防護(hù)探究

藍(lán)智偉（福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院漳州分院， 福建 漳州 363200）

壓力容器腐蝕與防護(hù)探究

藍(lán)智偉（福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院漳州分院， 福建 漳州 363200）

本文論述了腐蝕對(duì)壓力容器的危害、腐蝕的分類(lèi)及防腐措施，為壓力容器設(shè)計(jì)、制造、使用管理、檢驗(yàn)提供參考。

壓力容器；腐蝕；防護(hù)

腐蝕破壞是壓力容器失效的常見(jiàn)形式之一。壓力容器的腐蝕是由于容器受到使用介質(zhì)及外部環(huán)境的化學(xué)或電化學(xué)作用（包括機(jī)械因素共同作用）而發(fā)生的損傷或者破壞。在發(fā)達(dá)國(guó)家，設(shè)備因腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失占GDP總值的1%～4%，每年約有30%的設(shè)備因腐蝕而報(bào)廢。腐蝕使壓力容器壁厚減薄，易發(fā)生泄漏事故或爆炸事故，造成人員、財(cái)產(chǎn)重大損失。

1　壓力容器腐蝕的分類(lèi)

（1）全面腐蝕 全面腐蝕也叫均勻腐蝕。腐蝕介質(zhì)對(duì)不形成保護(hù)膜的材料表面發(fā)生均勻腐蝕，使金屬壁厚均勻減薄直至失效，其危害性比局部減薄小。

（2）點(diǎn)蝕 點(diǎn)蝕是指容器本體表面鈍化膜被局部破壞，容器本體露出新鮮金屬表面并迅速溶解，其形態(tài)呈現(xiàn)為針狀或者點(diǎn)狀。點(diǎn)蝕是一種隱蔽性強(qiáng)、危害性大的局部腐蝕，產(chǎn)生點(diǎn)蝕的介質(zhì)常見(jiàn)于Cl-、Br-、I-或ClO4-等溶液。

（3）縫隙腐蝕 壓力容器焊接接頭缺陷處及其他隱蔽區(qū)域存在狹窄縫隙，當(dāng)電解質(zhì)溶液進(jìn)入時(shí)，縫內(nèi)金屬與縫外金屬構(gòu)成短路原電池，并且在縫內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈的離子交換產(chǎn)生局部減薄，這種腐蝕稱(chēng)為縫隙腐蝕。不銹鋼壓力容器對(duì)縫隙腐蝕特別敏感，尤其在含Cl-的溶液中。

（4）電偶腐蝕 電偶腐蝕是指異種電位的金屬材料直接接觸或者使用導(dǎo)線連接起來(lái)，并浸入電解質(zhì)溶液中，此時(shí)有電流流過(guò)構(gòu)成原電池。正電位的金屬（陰極）腐蝕速度降低，甚至完全停止；負(fù)電位的金屬（陽(yáng)極）腐蝕速度增加，產(chǎn)生局部減薄。

（5）晶間腐蝕 晶間腐蝕主要是晶粒沿著晶界向內(nèi)部擴(kuò)展的腐蝕。當(dāng)水中Cl-溶度超過(guò)25ppm時(shí)，奧氏體不銹鋼壓力容器容易產(chǎn)生晶間腐蝕，可使用304L不銹鋼材料代替防止晶間腐蝕產(chǎn)生，但會(huì)增加制造成本。

（6）應(yīng)力腐蝕 應(yīng)力腐蝕是指部分壓力容器金屬材料在特定腐蝕介質(zhì)及拉應(yīng)力的共同作用下，形成不斷擴(kuò)展的裂紋。焊縫的咬邊、引弧坑、封頭折邊段都是容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋的地方，檢驗(yàn)時(shí)可針對(duì)性檢查。

（7）磨損腐蝕 磨損腐蝕也叫沖蝕，它是由于金屬受到液流或者氣流的磨損與腐蝕介質(zhì)共同作用產(chǎn)生的破壞，常見(jiàn)于壓力容器介質(zhì)進(jìn)口直沖處及介質(zhì)走向突然變化處，設(shè)計(jì)時(shí)可設(shè)計(jì)擋流板防止流體沖刷。

（8）腐蝕疲勞 腐蝕疲勞是指交變應(yīng)力與腐蝕共同作用引起的損傷，常見(jiàn)于溫度變化產(chǎn)生周期熱應(yīng)力的換熱器管及容器，多以腐蝕疲勞裂紋的形態(tài)出現(xiàn)。

2　防腐措施

壓力容器的腐蝕涉及材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造安裝、工作參數(shù)等因素影響。為防止壓力容器腐蝕，可采取以下措施：

（1）選材及設(shè)計(jì) 不同材料在同種介質(zhì)環(huán)境中的腐蝕速度不同。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)請(qǐng)使用單位提供壓力容器的工作參數(shù)，選取符合工藝參數(shù)的材料。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免死角，盡量使介質(zhì)不處于靜態(tài)；避免使用異種金屬材料進(jìn)行直接組合。當(dāng)必須采用不同金屬材料時(shí)，應(yīng)選擇在電偶序中位置相近的金屬材料。壓力容器的設(shè)計(jì)必須嚴(yán)格依據(jù)現(xiàn)有的行業(yè)規(guī)范或者國(guó)家有關(guān)規(guī)定，同時(shí)設(shè)計(jì)者應(yīng)本著安全可靠，節(jié)約成本的原則，在滿足設(shè)計(jì)任務(wù)目標(biāo)要求的前提下提出切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案，滿足其功能需要。

（2）制造安裝 壓力容器的腐蝕與制造安裝工藝相關(guān)，應(yīng)嚴(yán)格按照符合標(biāo)準(zhǔn)的制造工藝卡操作。對(duì)有應(yīng)力腐蝕傾向的壓力容器，應(yīng)進(jìn)行熱處理以消除殘余應(yīng)力，如旋壓封頭。壓力容器制造中不允許強(qiáng)力組裝，同時(shí)要避免用重物亂錘亂打。焊接過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境應(yīng)保持清潔干燥，控制現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)速、溫濕度。在安裝時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)防振設(shè)施，以防止交變載荷引起的腐蝕疲勞。

（3）電化學(xué)保護(hù) 電化學(xué)保護(hù)是依靠外部電流的流入改變所需保護(hù)金屬的電位進(jìn)而降低腐蝕速度。電化學(xué)保護(hù)常在被保護(hù)的金屬上連接比其更活潑的金屬。活潑金屬作為原電池的負(fù)極被腐蝕，被保護(hù)的金屬作為原電池的正極被保護(hù)防止腐蝕。

（4）金屬防腐涂料 涂料的主要成分是釔系稀土微粉、復(fù)合α-陶瓷微粉、碳化硅等，在封閉高溫下精細(xì)加工成致密的陶瓷釉面，具有抗沖擊、有耐酸耐堿、附著力強(qiáng)、防水防油的特點(diǎn)。部分化工反應(yīng)罐可以采用這種金屬防腐涂料降低金屬腐蝕速度。

（5）襯里防護(hù) 由于使用介質(zhì)的強(qiáng)腐蝕性，且市場(chǎng)上可選的耐腐蝕材料貴而少，此時(shí)制造廠一般會(huì)采用襯里防護(hù)方法。防腐襯里效果的好壞關(guān)鍵在于襯里施工質(zhì)量的高低。襯里防腐層要求表面平整，光滑過(guò)渡，無(wú)尖角、砂眼、縫隙等缺陷。

（6）管理與維護(hù) 良好的使用管理及維護(hù)能有效的防止壓力容器腐蝕。正常使用過(guò)程中，工藝參數(shù)應(yīng)在容器設(shè)計(jì)參數(shù)范圍內(nèi)，不得隨意改動(dòng)，如需更改生產(chǎn)工藝，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)條件對(duì)設(shè)備新生產(chǎn)工藝防腐性能做一個(gè)合理評(píng)估。有經(jīng)驗(yàn)表明，腐蝕事故多數(shù)發(fā)生在新投產(chǎn)項(xiàng)目上。試車(chē)時(shí)由于操作參數(shù)波動(dòng)大，介質(zhì)成分、濃度不穩(wěn)定，人員操作技能不熟悉，往往對(duì)容器本體造成較大損傷。此外，壓力容器運(yùn)行中應(yīng)及時(shí)排污，不可超壓、超溫使用。停止運(yùn)行時(shí)，應(yīng)將殘液、廢渣等排除干凈，防止腐蝕容器本體。

3　結(jié)語(yǔ)

腐蝕對(duì)于容器的損傷巨大，只要我們弄清腐蝕的原因，采取及時(shí)有效的對(duì)策，就可以減緩并抑制腐蝕進(jìn)一步擴(kuò)大，確保設(shè)備安全的運(yùn)行。

［1］龔敏.金屬腐蝕理論及腐蝕控制［M］.化學(xué)出版社，2009.

［2］叢日升.淺談壓力容器的腐蝕［J］.皮革化工，2003，3（21）：999-1001.