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防止腐蝕對壓力容器的危害 日期:2019.07.05
1 腐蝕的定義

腐蝕是一種物質由於與環境作用引起的破壞或變質。

金屬由於環境介質的化學或電化學作用而遭受的破壞叫金屬腐蝕。

壓力容器絕大部分是由於金屬材料製造的。金屬腐蝕對壓力容器的危害性是不言而喻的。金屬腐蝕的原因比較複雜,同一種材料在不同介質中有不同的腐蝕規律,不同材料在同一種介質中腐蝕規律也各不相同,即使同一種材料在同一種介質中因其內部或外部條件的變化,往往又會表現出不同的腐蝕規律。

2 金屬腐蝕的分類

金屬腐蝕有幾種不同的分類方法。按溫度可分為低溫腐蝕和高溫腐蝕;按腐蝕環境可分為化學介質腐蝕、大氣腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕等;還有一種分類方法是分為濕腐蝕和幹腐蝕兩種。有液體存在時產生的是濕腐蝕,金屬在水溶液或電解質中的腐蝕絕大多數屬於這一類;幹腐蝕是環境中沒有液相或在露點以上,腐蝕劑通常是蒸汽和氣體,這一類腐蝕往往和高溫聯係在一起。合成氨生產中的高溫變換爐氣體對筒體和封頭材料的腐蝕就是一例。

比較直觀實用的分類方法是根據金屬腐蝕破壞形態來分類,有以下幾種:

(1)全麵腐蝕(2)孔蝕(3)應力腐蝕破裂(4)晶間腐蝕(5)磨蝕(6)腐蝕疲勞(7)氫損傷。

3 常見腐蝕的形態

(1)全麵腐蝕

全麵腐蝕是常見的腐蝕形態。在金屬全部曝露的表麵或大部分麵積上產生基本均勻的化學或電化學反應稱為全麵腐蝕或均勻腐蝕,例如一塊鋼或鋅浸入稀硫酸中,通常是在全部表麵上以均勻的速度溶解。不鏽鋼在強酸,強堿中,一般也呈現出全麵腐蝕特征。

遭受全麵腐蝕的設備,是以金屬的厚度逐漸減薄的形式而最後破壞。從工程角度看,全麵腐蝕並不是威脅很大的腐蝕形態,因為設備的壽命可以根據簡單的腐蝕試驗進行評估,設計時可以考慮足夠的腐蝕裕度。但要注意的是在使用過程中,腐蝕速度往往因環境因素的變化而發生變化,因此需要以適當的時間間隔,周期性地進行一些必要檢測,否則也會發生意想不到的腐蝕事故。

防止全麵腐蝕最常用的方法是針對特定腐蝕環境選擇合適的金屬或合金材料。在腐蝕介質中添加緩蝕劑也是一種行之有效的防腐方法。另外,在設備表麵塗鍍耐蝕保護層也是較為常用的防護方法。

(2)孔蝕

集中在金屬表麵個別小點上深度較大的腐蝕稱為孔蝕也叫小孔腐蝕或點蝕。

孔蝕是破壞性和隱患最大的腐蝕形態之一。它使壓力容器穿孔破壞,因為孔蝕很小,又常被腐蝕物遮蓋,故常常難以發現。不鏽鋼容器在含氯離子介質中使用時,非常容易遭受孔蝕破壞。

防止孔蝕的方法主要是選擇耐孔蝕的金屬材料製作壓力容器。

(3)應力腐蝕破裂

應力腐蝕破裂時受拉應力的材料和特定的腐蝕介質的共同作用而產生的一種脆性破壞,而且往往一些高韌性的金屬材料。如低碳鋼,鈷鎳奧氏體不鏽鋼等,容易產生這樣的脆性破壞。所以應力腐蝕破裂對壓力容器的安全性危害很大。

防止應力腐蝕破裂的方法有:

進行消除應力的熱處理,一般采用500-600℃保溫2小時來消除壓力容器中的殘餘應力以達到防止應力腐蝕破裂的目的;表麵噴丸處理,產生應力腐蝕破裂必須是拉應力,噴丸處理使表麵產生壓應力是防止應力腐蝕破壞的有效方法;利用外電源或犧牲陽極施加陰極保護。

(4)腐蝕疲勞

金屬受腐蝕介質和交變應力同時作用而產生的破裂,稱為腐蝕疲勞。

腐蝕疲勞的機理是:在交變應力作用下,金屬產生滑移台階,提供了孔蝕的活性點。孔蝕的產生導致初始裂紋,其尖端的陽極溶解,形成穿晶裂紋。這些裂紋在交變應力作用下擴展而造成腐蝕疲勞裂紋。

防止腐蝕疲勞的方法有:

提高材料抗孔蝕的能力,如加入耐孔蝕的合金元素等;提高金屬材料本身的疲勞強度;采用表麵噴丸、噴砂、氮化等使表麵產生壓應力的處理,可以明顯地提高腐蝕疲勞抗力;采用陰極保護。

(7)氫損傷

由於氫滲入金屬內部而造成金屬性能的惡化稱為氫損傷。氫損傷包括:氫脆,氫鼓包,脫碳,氫腐蝕。

4 防止壓力容器腐蝕的措施

(1) 合理選材

壓力容器材料的選用對其使用壽命有重要的影響。然而,合理選材是一項細致的工作,須從多方麵進行綜合考量。

選材時弄清壓力容器所處的介質、溫度及壓力情況。高溫時還要考慮材料的熱強度和熱脆性。工程上對金屬材料的耐蝕性,通常在年腐蝕率為0.1--0.5㎜ 。此外,特別要注意材料的耐局部腐蝕的性能。

從防腐蝕的角度考慮,各種腐蝕手冊中列有常用介質的選材和腐蝕圖,在設計和製造壓力容器時,參考選材圖的數據進行選材。

(2)設計合理的結構

壓力容器在設計時除了要考慮結構強度外,如何避免不合理的結構引起各種局部腐蝕破壞,對提高壓力容器的使用壽命,保證安全運行都是十分重要的。

容器設計時要注意加強吊耳、支柱、人孔等處的保溫措施,防止冷凝液腐蝕;要避免由於死角而引起積聚沉澱物的腐蝕;容器底部出口設計要考慮將液體排淨,以防止殘留液的腐蝕。

(3)製造安裝

容器的腐蝕和製造安裝工藝有很大關係,因此必須嚴格各種加工工藝操作。

(4)維修管理

為保證壓力容器長周期安全運行,應嚴格執行有關規程和條例;要根據設備檢修規定,切實做好定期檢驗工作;對在用壓力容器中允許存在的缺陷必須複查,及時掌握其在運行中缺陷的發展和腐蝕情況,以便分析原因,采取適當的補救措施,防止設備繼續腐蝕。

(5)陰極保護

陰極保護有兩種方法:外加電流法,就是采用一台直流電源,把要保護的設備接在直流電源的負極上,電源的正極和一個輔助電極相連。電路接通後,電源便給金屬設備以陰極電流,設備的電位將向負極方向移動,既陰極極化。這就是外加電流法的陰極保護;犧牲陽極法,這種方法的原理同上,所不同的是采用一個電位比要保護的金屬電位更負的材料作為陽極,讓它腐蝕,從而保護了設備。

綜上所述,腐蝕是壓力容器的一大危害。因此,了解腐蝕規律,對分析壓力容器損壞原因,采取必要的防護措施,提高壓力容器的使用壽命,保證壓力容器的安全運行都是十分重要的。
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