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壓力容器全面腐蝕的控制

2021-08-11 10:28:39 作者：工業(yè)小南點(diǎn) 來源：工業(yè)小南點(diǎn) 分享至：

3.6 壓力容器全面腐蝕的控制

壓力容器全面腐蝕控制的目的在于減少壓力容器殼體及其他承壓元件的金屬材料因全面腐蝕而造成的損耗，防止其破壞，延長使用壽命，確保安全運(yùn)行。

控制壓力容器全面腐蝕的方法很多，應(yīng)針對腐蝕的原因，采用不同的防護(hù)方法，常用的控制方法有：正確選用金屬材料和制定合理的加工工藝，合理設(shè)計(jì)設(shè)備結(jié)構(gòu)，工藝或介質(zhì)組分調(diào)整，加緩蝕劑、阻垢劑、中和劑，電化學(xué)保護(hù)和覆蓋層保護(hù)等。

選材

設(shè)計(jì)壓力容器時，選材是首要問題，材料的耐蝕性能與其所接觸的介質(zhì)有著密切的關(guān)系。例如含Cr13%（mass）以上的各種不銹鋼，在大氣、水或具有氧化性的HNO3溶液中是完全耐蝕的，但在非氧化性的HCl、稀H2SO4中不耐蝕。因此，在選擇金屬材料時，首先要掌握該金屬預(yù)期的使用環(huán)境，大多數(shù)金屬和合金材料在一些常用介質(zhì)中的耐蝕性能可在腐蝕手冊中查到，但是，工業(yè)上選用材料時，除了考慮耐腐蝕性能外，還要考慮一些其他因素，如可獲得性、經(jīng)濟(jì)性、力學(xué)、冷熱加工和焊接性能等。

同一臺設(shè)備的不同部位的腐蝕環(huán)境可能不同，可以根據(jù)具體情況，選用不同的耐蝕材料。如石油儲罐，罐底長期處于浸水狀態(tài)，沉積水中含有大量的氯化物、硫化物、氧、酸類物質(zhì)，成為較強(qiáng)的電解質(zhì)溶液，產(chǎn)生了電化學(xué)腐蝕。油罐氣相部位存在二氧化碳腐蝕、硫腐蝕，硫腐蝕以元素硫和硫化氫為主，在濕H2S或與酸性介質(zhì)共同存在時，腐蝕速度會增加。油罐的儲油部位，罐壁上粘結(jié)了一層相當(dāng)于保護(hù)膜的原油，因而腐蝕速率較低，一般不會造成危險。

防腐保溫層、隔熱層須用低氯材料，防止其吸水后溶解腐蝕性組分，對金屬產(chǎn)生腐蝕。

選擇適當(dāng)抗熱腐蝕的合金，通過在合金中添加一些合金元素來促進(jìn)穩(wěn)定的氧化物的生成，可降低金屬的熱腐蝕。

使用耐蝕性好的材料，可以減少腐蝕，提高設(shè)備的使用率和可靠性。如尿素設(shè)備的襯里，上世紀(jì)70～80年代，包括我國進(jìn)口的十幾套大化肥的高壓尿素設(shè)備，尿塔的襯里多用S31603奧氏體不銹鋼，當(dāng)時的尿素裝置設(shè)備的大檢修的周期為1年1次。80年代后期，尿素設(shè)備的襯里材料大多更換為25-22-2超級不銹鋼，耐蝕性有所增強(qiáng)，尿素裝置設(shè)備的大檢修的周期延長到2～3年。200kt·a-1甲醇裝置變換水洗塔材質(zhì)原為碳鋼，在投入運(yùn)行6-7a后，大修時對該設(shè)備進(jìn)行了塔體壁厚檢測后發(fā)現(xiàn)，塔體中有多處壁厚為24mm，相對原壁厚38mm減薄相當(dāng)嚴(yán)重；在筒體部位有20多處鼓泡和大片的環(huán)狀裂紋，且在塔底氣液兩相處和每層塔盤上方的50mm處居多，大的鼓泡其直徑約為150mm，中間鼓起，裂紋呈放射線狀；將此設(shè)備材質(zhì)改為16MnR+304 L復(fù)合板，有效地減緩了設(shè)備腐蝕問題。

使用耐蝕性好的材料，還有一個性價比的問題。對于不同的設(shè)備，不同環(huán)境介質(zhì)條件，不同的工況、對產(chǎn)品品質(zhì)的要求，需要考慮不同的材料，不同的防腐蝕措施，維持一個合理地性價比。

制定合理的加工工藝

進(jìn)行合理的熱處理和機(jī)械加工是改善金屬材料耐腐蝕性能的重要途徑。光潔的金屬表面抗腐蝕性能較好。

選擇合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

對于壓力容器的結(jié)構(gòu)部件，如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，如，容器內(nèi)流體介質(zhì)發(fā)生停滯和聚集、反復(fù)蒸發(fā)濃縮、金屬表面產(chǎn)生應(yīng)力等現(xiàn)象，即使應(yīng)用性能較優(yōu)良的材料，也會加速金屬材料腐蝕過程。因此，合理地設(shè)計(jì)壓力容器構(gòu)件也是其全面腐蝕控制的重要措施之一。

設(shè)計(jì)壓力容器結(jié)構(gòu)時應(yīng)特別注意以下幾個方面的問題：

壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)服從防腐蝕要求，如，容器排污或出口設(shè)計(jì)不當(dāng)，會在一些低凹處發(fā)生液體聚集現(xiàn)象，從而發(fā)生腐蝕。容器的器壁與底部的連接形式必須考慮，以免產(chǎn)生沉淀積聚物的死角，在某一部分有沉積物積聚時，須便于不斷清除沉積物，如圖3-27所示。直角就較圓角易于積聚，且不易清除沉積物。在設(shè)計(jì)大型壓力容器時，在其最低點(diǎn)應(yīng)有液體排放口，這樣在排放設(shè)備中的液體時就不會有殘余，同時也便于清洗設(shè)備。對管路和轉(zhuǎn)動部件的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮有最高的放氣口，以防止氣蝕的產(chǎn)生。

圖3-27 器壁與底部連接法

工藝介質(zhì)處理

對腐蝕介質(zhì)，可改變其化學(xué)組成以降低其腐蝕性，但這種方法只有在工藝允許、腐蝕介質(zhì)體積有限時采用。改變介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)以降低其腐蝕性有2個途徑：

① 減少介質(zhì)中的有害成分；

② 添加緩蝕劑、中和劑、鈍化劑等減緩腐蝕。

電化學(xué)保護(hù)

① 陰極保護(hù)，常用于地下壓力容器及管道的外防腐、容器的內(nèi)防腐，風(fēng)險小；

② 陽極保護(hù)，使用少，風(fēng)險大。

覆蓋層保護(hù)

主要作用在于壓力容器本體金屬與周圍介質(zhì)物理隔離。覆蓋層一般應(yīng)該滿足下列基本要求：

① 覆蓋層結(jié)構(gòu)緊密，完整無孔；

② 與底層金屬有良好的附著力（松襯除外）；

③ 有足夠的強(qiáng)度、硬度及耐磨性，能很均勻地分布在整個保護(hù)面上。

金屬表面處理

金屬構(gòu)件表面處理的方法有3種，機(jī)械處理、化學(xué)處理和電化學(xué)處理。壓力容器金屬構(gòu)件表面處理的主要目的在準(zhǔn)備給施加覆蓋層時，清除構(gòu)件表面上的氧化物、油脂和其他污物。或用在金屬容器和半成品入庫保存或投用前作為提高金屬抗腐蝕性。不銹鋼等耐蝕合金也可以進(jìn)行鈍化或預(yù)氧化處理、碳鋼和低合金鋼進(jìn)行釩化處理等轉(zhuǎn)化膜處理提高耐蝕性。

腐蝕監(jiān)測

工業(yè)中常用宏觀檢查、掛片、探針法（電阻探針、電位探針、線性極化探針、交流阻抗探針、電偶探針、電感探針、電流探針、氫探針、離子選擇探針）、腐蝕裕量監(jiān)測（又稱警戒孔監(jiān)視或哨孔監(jiān)視）、無損探測技術(shù)（UT、ET、熱成像等）等手段評價全面腐蝕的進(jìn)程。在均勻腐蝕的情況下，常用重量指標(biāo)和深度指標(biāo)來表示腐蝕速度。

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