淺析壓力容器應力腐蝕及其控制措施

金國棟 肖佳

【摘要】文章首先闡述了壓力容器應力防腐工作的意義，然后分析了影影響壓力容器應力腐蝕的因素，最后對壓力容器應力腐蝕的防護與監測方法進行了探討。

【關鍵詞】壓力容器，腐蝕防護，控制措施

中圖分類號：TL75文獻標識碼： A

一、前言

近年來，我國石油化工工程雖然取得了飛速發展，但依然存在一些問題和不足需要改進，在建設社會主義和諧社會的新時期，加強對壓力容器應力腐蝕的防護與監測，對確保石油行業的安全性有著重要意義。

二、壓力容器應力防腐工作的意義

壓力容器主要應用于石油化工行業，由于其盛裝著易燃、易爆、有毒或腐蝕性介質，并且長期承受高溫高壓作用，是危險性較高的特種設備，在生產和使用中的失效形式比較復雜，易發生事故。壓力容器的應力腐蝕斷裂是指金屬在拉應力和特定的腐蝕性介質共同作用下發生的斷裂破壞。SCC所引起的破壞在事先往往沒有明顯的變形預兆而突然發生脆性斷裂，其危害性相當大。因此，研究壓力容器的應力腐蝕斷裂對確保壓力容器安全運行是十分必要的。

石油行業一直是國民經濟的支柱產業之一，對于工業發展意義非凡。但是近年來，我們國家頻頻爆出設備防腐工作不到位，造成天然氣泄漏、石油泄漏以及爆炸等不良新聞，給國民經濟造成了重大的經濟損失，也對社會安定產生了不小的影響。

就防腐工作的重要性而言，我們不僅僅要看到巨大的經濟損失，還要看到能源的嚴重浪費等現象。一來壓力容器應力一旦腐蝕，將會造成天然氣、石油等化工產品泄漏，造成重大的安全隱患，而且會帶來巨大的經濟損失；二來，能源一旦耗費，將是無法換回的，還會對環境造成嚴重的破壞，對于生態環境以及人們的生活都會帶來巨大威脅。因此，化工防腐可謂意義重大，做好了防腐工作，不僅能夠節約大量的能源，提高社會經濟效益，還能帶來良好的社會效益，對人們的生活與生態環境的保護都是具有重要作用的。

三、影響壓力容器應力腐蝕的因素

影響壓力容器應力腐蝕的因素不外乎內在因素與外界環境因素兩個方面。從影響腐蝕的機理來說，腐蝕的種類可分為許多種，按照腐蝕機理可以分為電化學腐蝕與化學腐蝕；按照腐蝕破壞形式又可以分為均勻腐蝕與局部腐蝕；而按照腐蝕環境則又可以分為，高溫腐蝕、濕腐蝕、土壤腐蝕、沉淀腐蝕、堿腐蝕、酸腐蝕、釩腐蝕、氧腐蝕、鹽腐蝕、環烷酸腐蝕、氫腐蝕、硫化氫腐蝕、連多硫酸腐蝕、海水腐蝕、硫化氫-氯化氫-水型腐蝕、硫化氫-氫型腐蝕、硫化氫-氧化物-水型腐蝕等。因此，壓力容器應力腐蝕的原因可以說是多種多樣。其內在原因與外在環境因素的作用機理是有很大差異的。就電化學腐蝕而言，壓力容器應力一般是金屬制品，而金屬制品之所以發生電化學腐蝕就是因為金屬制品的表面與化工產品中的離子型的導電介質發生了一系列的電化學作用，而使得壓力容器應力的金屬表層遭到化學破壞，從而引起壓力容器應力的腐蝕。這種電化學的腐蝕機理就是金屬與離子型導電介質形成了陰陽極，從而形成了離子電流，不斷侵蝕壓力容器應力，危害極大。

而外界環境因素，則主要指的是壓力容器應力處于大氣污染比較嚴重的環境里，因為空氣中的一些硫氧化物等揮發性的酸性物質，加上一些工業的粉塵，對設備的表面產生了一定的侵蝕，從而引起了設備表層的腐蝕與破壞。這些介質主要是通過潮濕環境形成了腐蝕性極強的無機酸，因而對設備破壞極大，誘發了設備的腐蝕。

四、壓力容器應力腐蝕的防護與監測方法

為了保證裝置的長周期運轉，除了穩定操作參數、改善設備材質和合理使用防腐蝕添加劑之外，對裝置進行全天候監控是非常重要的。

1．裝置故障的診斷方法

裝置故障的監測和診斷，分在運轉過程中和停工狀態進行監測和診斷兩種情況，各種現象的監測和診斷方法。連續運轉中三個主要腐蝕故障特征及評價方法。運轉中的種種腐蝕現象，前人已做了歸納并提出了相應的檢測方法。但這些方法都有一定的適用范圍，而且檢測精度也相差較遠，有的尚未工業

化應用，需要慎重選用。例如，不銹鋼應力腐蝕開裂，精確測量其開裂深度是十分困難的，有時只好等到發現泄漏才停工檢修。又如超聲波探傷測定板厚，也只有等到停工才能驗證其測定精度。故障的發生常常是腐蝕和材料變質等的化學現象與機械現象(疲勞和破壞)相互影響而導致的，需要綜合考慮。

2．開發耐蝕材料

耐蝕材料的開發研究是防腐蝕技術進步的突破口，人類各個時期的技術進步無不與其息息相關。耐蝕材料主要分為金屬材料、高分子材料、無機非金屬材料。

金屬及合金材料是結構材料中的主體，其中鋼鐵占據主要地位，但是，鋼鐵的耐蝕性能具有局限性。具有高性能的合金及有色金屬材料的開發和應用發展迅速，在一定程度上解決了局部腐蝕及特殊環境下的腐蝕問題。如含鉬高的耐蝕合金，雙相不銹鋼，高純鐵素體不銹鋼，鎳基合金，低合金鋼，鈦及鈦合。耐蝕非金屬材料目前國內外耐蝕非金屬材料在化工生產中應用非常廣泛。非金屬材料具有優良的耐蝕性能，而機械性能可以通過增強等途徑來彌補，在某些領域已有發展為取代鋼材的趨勢。

3．電化學保護

電化學保護是指利用外部電流使金屬(包括合金)腐蝕電位發生改變以降低其腐蝕速率的防腐蝕技術。電化學保護可分為陰極保護和陽極保護。電化學保護技術在化工防腐蝕領域中已引起廣泛的重視和應用，是一種有效的、既經濟又實用的防腐蝕手段。陰極保護是在金屬表面上通入足夠的陰極電流，使金屬電位變負，并使金屬溶解速度減小。被保護設備的結構形狀一般不宜太復雜，結構復雜的設備在靠近輔助陽極部位電流密度大，遠離輔助陽極部位電流密度小，得不到足夠的保護電流。甚至不起保護作用，產生所謂“遮蔽現象”。陰極保護主要用在水和土壤中的金屬結構上，但一般必須用于設備結構簡單、介質腐蝕性不太強的環境中。陰極保護除可防止一般的均勻腐蝕外，還可以防止一些材料的點蝕、晶間腐蝕、沖擊腐蝕、選擇性腐蝕等。陽極保護是將被保護的金屬構件與外加直流電源的正極相連，在電解質溶液中使金屬構件陽極極化至一定電位，使其建立并維持穩定的鈍態，從而陽極溶解受到抑制，腐蝕速度顯著降低，使設備得到保護。對于沒有飩化特征的金屬，不能采用陽極保護。

4．緩蝕劑

緩蝕劑是一種在很低濃度下，能使金屬在腐蝕性介質中的腐蝕速度大大降低的物質。這種物質可以是一種化合物或幾種化合物組成的復合物質。在化工行業中，緩蝕劑主要用于防止工業冷卻水系統的腐蝕和化工設備、管道及鍋爐等的化學清洗(酸洗)時的腐蝕。也有少量用于生產過程中的工藝性防腐。工業冷卻水系統用的緩蝕劑化工生產過程中，工業冷卻水用量很大，且于曝氣而在冷卻水中溶入了大量的溶解氧，導備腐蝕較為嚴重。由于腐蝕也使水質變壞，耗費量寶貴的水資源，可見采用緩蝕劑防腐蝕具有重的經濟效益和社會效益。

5．進行合理的化工設備選材

化工設備的合理選材不僅能夠節約成本，還能提高設備的抗腐蝕作用。因為，材料在使用環境中的腐蝕，將關系到設備和裝置的可靠性以及使用壽命，因此，合理選材十分重要。因此，化工設備的選材就意義非凡，我們在設備的制造時，要同時考慮各類金屬材料和各類非金屬材料的合理選擇，避開材料使用過程中的各種力學性能的極限（如彎曲應力、應變應力的極限值等），材料在介質環境中的耐腐蝕性能，最后充分考慮材料加工工藝的性能與經濟性能比等。

五、結束語

通過對新時期下，淺析壓力容器應力腐蝕問題的分析，進一步明確了壓力容器應力腐蝕的防護與監測方向，為石油設備的優化完善奠定了堅實基礎，有助于提高壓力容器應力的安全性能。

參考文獻

[1]王敏.化工設備防腐方法淺析[M].化工設備與管道，2002

[2]吳永昌.化工設備常見腐蝕與防腐[M].經營管理者，2010

[3]汪功成.淺談化工設備的腐蝕與預防[M].新疆化工，2010