蒸壓釜的腐蝕與防護

苗源

（廣東省特種設備檢測研究院韶關檢測院，廣東 韶關 512023）

蒸壓釜的腐蝕與防護

苗源

（廣東省特種設備檢測研究院韶關檢測院，廣東 韶關 512023）

蒸壓釜又稱蒸養釜，廣泛應用于建材、化工、橡膠等行業，如保溫石棉板、灰砂磚、高強度石膏、加氣混凝土砌塊、微孔硅酸鈣板、混凝土管樁、煤灰磚等建筑材料的高溫高壓蒸養養護。在蒸壓釜的防腐蝕設計上，主要是采用縮短設計壽命、增加腐蝕余量的辦法來克服嚴重的腐蝕問題。這種增加壁厚來延長使用壽命的被動方法，對均勻腐蝕會有一定的效果，但對點狀的電化學腐蝕效果不大。因此，蒸壓釜的設計、制造及使用單應認真應對解決金屬腐蝕問題，在制造和使用環節采取有效措施防止或減緩腐蝕的發生，延長設備使用壽命，減少因嚴重腐蝕帶來的安全隱患。

蒸壓釜；腐蝕；防護

蒸壓釜是容積較大、重量較重的一種Ⅰ類或Ⅱ類大型壓力容器，筒體、釜蓋一般采用Q345（16MnR）鋼板，釜體法蘭、釜蓋法蘭一般采用16Mn整體鍛造加工，釜體由筒體和釜體法蘭焊接組成，釜蓋由釜蓋法蘭、傘齒板、球冠封頭焊接而成。釜體法蘭與釜蓋法蘭圓周均布的釜齒相嚙合，即可關閉蒸壓釜。釜體底部鋪設有導軌，供蒸養小車進出和停放。釜內還設置有蒸汽分配管，使蒸汽沿釜體縱向均勻分配。釜體外側布置有進汽、排汽、排凝結水及安全閥、壓力表等各種管座。

蒸壓釜工作介質一般為飽和蒸汽，設計壓力1.0～1.6MPa,最高工作壓力0.9～1.5MPa，設計溫度0～250℃，內徑φ1.65～3.5m，長度按需要可達30m或更長。蒸壓釜在正常使用工況下，設計壽命為15年。其壓力不高，但體積龐大，蓄積的能量較大，一旦發生事故，后果非常嚴重，曾發生過蒸壓釜爆炸死亡10人的特大傷亡事故。蒸壓釜事故發生率比較高，占壓力容器事故總數的近1/3，最主要原因多與快開門聯鎖保護裝置有關。2014年廣東省特檢院對某市全部在用的137條蒸壓釜進行了核查，發現100臺存在安全聯鎖保護問題，比例高達73%，并經廣東省質量技術監督局發出了警示特種設備安全風險的通報，特別強調對蒸壓釜使用企業的安全聯鎖保護裝置加強維護保養，對安全聯鎖保護裝置配備不齊或者失效的，應當立即停止使用。2016年制定了廣東省地方標準《蒸壓釜快開門聯鎖裝置安全技術條件》（DB44/T 1830－2016），該標準對蒸壓釜快開門設置了多重聯鎖裝置，可有效防止快開門帶來的安全隱患。

在對我市蒸壓釜全面檢驗時，除快開門聯鎖裝置普遍存在缺陷外，還發現蒸壓釜底部普遍存在大量的腐蝕情況，更有嚴重的腐蝕深度已超過壁厚的一半，現僅針對其中某使用單位的4條腐蝕情況較為嚴重的釜進行分析并提出處理意見。

1 蒸壓釜的運行參數及腐蝕情況

蒸壓釜由某鍋爐廠于2005年5月生產，設計壓力1.4MPa，最高工作壓力1.3MPa，設計溫度197.3℃，內徑2000mm，總長22300mm，壁厚16mm，腐蝕余量4mm。該釜停用時間較多，于近期進行全面檢驗時發現在釜的底部存在大量腐蝕坑，大多處在兩條軌道之間，最深處均處在軌道周圍及下部，腐蝕坑形狀不規則，深度超過腐蝕余量4mm的有20余處，最大深度達9mm，深度4mm以下腐蝕坑大量存在，四條蒸壓釜情況基本一致，見圖1、2。

圖1 釜體底部的點腐蝕

圖2 導軌部位的局部腐蝕

2 腐蝕原因

蒸壓釜每蒸養一次需要12 ～ 16h，釜內介質的溫度、壓力隨工作過程呈周期性變化。在一次工作過程中溫度從室溫緩慢升到195℃，保溫幾小時后再緩慢降到室溫。同時釜內蒸汽壓力也從常壓升到1.3MPa，經過穩壓再降至常壓。在蒸壓釜通入蒸汽蒸養期間，釜壁金屬溫度相對進入的飽和蒸汽溫度較低，釜壁會有冷凝水析出，釜內蒸養材料表面也會有大量冷凝水析出，大量的冷凝水就會聚積在釜的底部，使釜底與釜頂部產生較大的溫差。頂部因溫度較高而膨脹伸長量較大，底部因相對溫度較低，膨脹伸長量較小，結果使底部不但承受釜內工介質壓力帶來的應力外還要附加上更大的拉應力，嚴重時蒸壓釜會出現一種所謂的“香蕉效應”，造成釜體變形，中部向上凸起。當上下壁溫度差大于40℃時，就會出現復合應力之和大于材料屈服極限的情況。從蒸養車上散落下來的一些加氣混凝土制品等的碎塊長時間浸泡在釜底部凝結水中，并堆積在軌道周圍及釜底。由于加氣混凝土等蒸養制品在蒸養過程中會釋放出一些具有腐蝕性的氣體，并且釜內溫度及壓力高低大小變化頻繁，在周期性變化的熱應力、拉應力和成份復雜的凝結水等的共同作用下，極易產生應力腐蝕和金屬疲勞等共同作用下的腐蝕，比單純的腐蝕復雜得多、條件惡劣得多。

加氣混凝土砌塊在蒸汽養護時,高溫高壓的飽和蒸汽通入釜內,在低溫混凝土砌塊表面放出熱量 ,形成凝結成水 ,少部分凝結水可滲入到砌塊的孔隙中，也有少部分蒸汽可直接進入多孔的混凝土砌塊內部，形成凝結水，并溶解 Ca(OH )2，成為 SiO2與 Ca(OH)2之間水熱合成反應的介質，大部分水分則會經砌塊表面落入蒸壓釜底， 經砌塊表面凝結而落入釜底的凝結水必然帶走部分溶解的Ca(OH)2和少量溶解度較低的硅酸鹽水化礦物等。由于蒸壓釜安裝處于水平位置，在凝結水排放不暢通的情況下，釜體內的冷凝水在沉積時間內不能循環,經不斷的沉積和升溫、降溫過程，并在釜內呈氣 — 液相狀態，冷凝水中含有已溶解的 Ca(HO)2和其他物質不斷濃縮，在高溫高壓下，蒸壓釜內壁與呈高濃度堿性的冷凝水接觸，釜內產生較強烈的電化學腐蝕—堿腐蝕。碳鋼在66℃以上的高濃度苛性堿液中就會產生嚴重的腐蝕，溫度達到93℃時，腐蝕速率非常大，且濃度越高，腐蝕越嚴重。在溶解氧、拉應力和疲勞的共同作用下，腐蝕速度進一步加大。

腐蝕機理為：

因此 ,在陽極附近氧化成的二價鐵離子 ,進一步氧化成高價鐵離子 ,當高價鐵離子在堿性溶液里析出時 ,降低了水中鐵離子的濃度 ,從而使鋼鐵溶解得更快。

因此，破壞了金屬表面的鈍化膜，加速了堿腐蝕過程的持續發生，使腐蝕的程度不斷加大。

在蒸壓釜內除凝結水的堿腐蝕外還存在汽空間的氧腐蝕，這種氧腐蝕可以發生在釜內所有部位，釜體內頂部往往較為嚴重，是釜內空氣中的氧和鍋爐給水中溶解的氧共同作用的結果，這種腐蝕起初為帶有銹蝕色的斑點，后期逐漸擴展為氧腐蝕坑。這種氧腐蝕的速度比堿腐蝕要小的很多。

3 腐蝕防護

由以上腐蝕原因可以看出，凝結水的沉積和濃縮、溶解氧的存在和應力的作用產生腐蝕的主要因素，所以要減緩腐蝕就應該從以上幾個因素加以防護。

3.1 冷凝水是腐蝕的關健因素

冷凝水不僅提供了腐蝕環境，而且還產生了釜體上下溫差應力，這種拉應力隨著溫度差的減小而降低，直至消失。所以蒸壓釜底部的排水系統設置和性能是很重要的，因此使用單位應制定切實可行的蒸壓釜操作規程，明確運行中冷凝水排放和停釜時對釜內料渣清理的要求。對釜內冷凝水經常積聚的部位和排水系統給予定時清理和檢查，以防止堵塞，確保排水暢通，保證阻汽排水裝置必須有效可靠。使用單位還要經常檢查基礎有無下沉等情況，防止釜體變形，造成冷凝水積存。如停釜時間較長，應對釜底徹底進行清理，采取封閉干燥保養等有效的防腐措施，防止停用期間的腐蝕發生。

在檢查中，發現多數使用單位的自動控制箱的功能缺失，對上、中、下壁溫的監測裝置失靈，無法正確顯示上下壁溫度，均要求進行修復，以便作業人員能夠通過對上下部溫度的比較判斷蒸壓釜的應力水平，當發生冷凝水排放受阻引起蒸壓釜嚴重上拱變形時，應采取緊急措施排放冷凝水，仍無效時應停止運行，并嚴格控制釜上下部溫差在小于40 ℃的范圍內。

3.2 減少釜內氧含量

蒸養車進出時，應快進快出，縮短開釜時間，減少空氣進入；提高蒸氣的品質，減少蒸汽中的氧含量；在通入蒸汽蒸養前應進行抽真空，適當提高真空度能夠有效減少釜內的含氧量，加快蒸汽進入坯體的速度和升溫速度，提高制品的蒸養質量。

3.3 進行防腐處理，抑制腐蝕電流的產生

由于蒸壓釜工作時介質處于高溫高壓狀態，釜壁表面的水分子很容易在高溫高壓的作用下透過有機防腐涂層到達金屬基體，使釜壁發生腐蝕，從而達不到防腐的效果。有試驗對各種防腐蝕涂層進行大量試驗，對試驗結果進行了分析比對，試驗結果顯示電弧噴涂金屬涂層比較適合蒸壓釜的腐蝕防護。

依據電化學防護原理，只有當陽極金屬的電極電位比蒸壓釜基體更負時，才能起到犧牲陽極保護釜體金屬的作用。按金屬活性程度，鋁和鋅的活性高于鐵，相對鋼材可以作為陽極，在電解質中它們會犧牲自己來保護下面的鋼材表面免受腐蝕。但鋅涂層的腐蝕電位隨溫度而發生明顯變化，很難適應釜內溫度的周期性變化。經過釜內兩個月的實驗表明，鋅涂層有大量鼓泡，用手輕輕一揭就從基體上揭下來了，但鋁涂層幾乎沒有腐蝕跡象，試驗表明150μm厚的鋁電弧噴涂層在蒸壓釜的工作環境下，可以起到防腐蝕20年以上。

4 結語

當前在蒸壓釜的防腐蝕設計上，主要是采用縮短設計壽命、增加腐蝕余量的辦法來克服嚴重的腐蝕問題，腐蝕余量一般取4mm。按該鍋爐廠生產的蒸壓釜核算，壁厚16mm，腐蝕余量就占去了25%的壁厚，不僅增加了鋼材消耗，而且還增加了蒸壓釜制造的難度和成本，同時也在設備運輸和安裝的工作中增加了大量的成本。這種增加壁厚來延長使用壽命的被動方法，對均勻腐蝕會有一定的效果，但對點狀的電化學腐蝕效果不大，在蒸壓釜中，往往會在腐蝕坑以外筒體壁厚幾乎無損失的情況下，就因底部的局部點腐蝕嚴重而使整臺設備報廢。

蒸壓釜的設計、制造及使用單位應認真應對解決金屬腐蝕問題，在制造和使用環節采取有效的措施防止或減緩腐蝕的發生，既可減少制造安裝成本，延長設備使用壽命，又可減少因嚴重腐蝕帶來的安全隱患，取得經濟效益和社會效益的雙豐收。

[1]蒸壓釜.JC/T720-2011.

[2]承壓設備損傷模式識別.GB/T30579-2014.

[3]張志軍，曹露春，殷惠光.蒸壓反應釜防腐蝕研究[J].腐蝕科學與防護技術，2007.(6).

TQ052.4

A

1671-0711（2017）05（上）-0039-03