浅析压力容器应力腐蚀及其控制措施

金国栋 肖佳

【摘要】文章首先阐述了压力容器应力防腐工作的意义，然后分析了影影响压力容器应力腐蚀的因素，最后对压力容器应力腐蚀的防护与监测方法进行了探讨。

【关键词】压力容器，腐蚀防护，控制措施

中图分类号：TL75文献标识码： A

一、前言

近年来，我国石油化工工程虽然取得了飞速发展，但依然存在一些问题和不足需要改进，在建设社会主义和谐社会的新时期，加强对压力容器应力腐蚀的防护与监测，对确保石油行业的安全性有着重要意义。

二、压力容器应力防腐工作的意义

压力容器主要应用于石油化工行业，由于其盛装着易燃、易爆、有毒或腐蚀性介质，并且长期承受高温高压作用，是危险性较高的特种设备，在生产和使用中的失效形式比较复杂，易发生事故。压力容器的应力腐蚀断裂是指金属在拉应力和特定的腐蚀性介质共同作用下发生的断裂破坏。SCC所引起的破坏在事先往往没有明显的变形预兆而突然发生脆性断裂，其危害性相当大。因此，研究压力容器的应力腐蚀断裂对确保压力容器安全运行是十分必要的。

石油行业一直是国民经济的支柱产业之一，对于工业发展意义非凡。但是近年来，我们国家频频爆出设备防腐工作不到位，造成天然气泄漏、石油泄漏以及爆炸等不良新闻，给国民经济造成了重大的经济损失，也对社会安定产生了不小的影响。

就防腐工作的重要性而言，我们不仅仅要看到巨大的经济损失，还要看到能源的严重浪费等现象。一来压力容器应力一旦腐蚀，将会造成天然气、石油等化工产品泄漏，造成重大的安全隐患，而且会带来巨大的经济损失；二来，能源一旦耗费，将是无法换回的，还会对环境造成严重的破坏，对于生态环境以及人们的生活都会带来巨大威胁。因此，化工防腐可谓意义重大，做好了防腐工作，不仅能够节约大量的能源，提高社会经济效益，还能带来良好的社会效益，对人们的生活与生态环境的保护都是具有重要作用的。

三、影响压力容器应力腐蚀的因素

影响压力容器应力腐蚀的因素不外乎内在因素与外界环境因素两个方面。从影响腐蚀的机理来说，腐蚀的种类可分为许多种，按照腐蚀机理可以分为电化学腐蚀与化学腐蚀；按照腐蚀破坏形式又可以分为均匀腐蚀与局部腐蚀；而按照腐蚀环境则又可以分为，高温腐蚀、湿腐蚀、土壤腐蚀、沉淀腐蚀、碱腐蚀、酸腐蚀、钒腐蚀、氧腐蚀、盐腐蚀、环烷酸腐蚀、氢腐蚀、硫化氢腐蚀、连多硫酸腐蚀、海水腐蚀、硫化氢-氯化氢-水型腐蚀、硫化氢-氢型腐蚀、硫化氢-氧化物-水型腐蚀等。因此，压力容器应力腐蚀的原因可以说是多种多样。其内在原因与外在环境因素的作用机理是有很大差异的。就电化学腐蚀而言，压力容器应力一般是金属制品，而金属制品之所以发生电化学腐蚀就是因为金属制品的表面与化工产品中的离子型的导电介质发生了一系列的电化学作用，而使得压力容器应力的金属表层遭到化学破坏，从而引起压力容器应力的腐蚀。这种电化学的腐蚀机理就是金属与离子型导电介质形成了阴阳极，从而形成了离子电流，不断侵蚀压力容器应力，危害极大。

而外界环境因素，则主要指的是压力容器应力处于大气污染比较严重的环境里，因为空气中的一些硫氧化物等挥发性的酸性物质，加上一些工业的粉尘，对设备的表面产生了一定的侵蚀，从而引起了设备表层的腐蚀与破坏。这些介质主要是通过潮湿环境形成了腐蚀性极强的无机酸，因而对设备破坏极大，诱发了设备的腐蚀。

四、压力容器应力腐蚀的防护与监测方法

为了保证装置的长周期运转，除了稳定操作参数、改善设备材质和合理使用防腐蚀添加剂之外，对装置进行全天候监控是非常重要的。

1．装置故障的诊断方法

装置故障的监测和诊断，分在运转过程中和停工状态进行监测和诊断两种情况，各种现象的监测和诊断方法。连续运转中三个主要腐蚀故障特征及评价方法。运转中的种种腐蚀现象，前人已做了归纳并提出了相应的检测方法。但这些方法都有一定的适用范围，而且检测精度也相差较远，有的尚未工业

化应用，需要慎重选用。例如，不锈钢应力腐蚀开裂，精确测量其开裂深度是十分困难的，有时只好等到发现泄漏才停工检修。又如超声波探伤测定板厚，也只有等到停工才能验证其测定精度。故障的发生常常是腐蚀和材料变质等的化学现象与机械现象(疲劳和破坏)相互影响而导致的，需要综合考虑。

2．开发耐蚀材料

耐蚀材料的开发研究是防腐蚀技术进步的突破口，人类各个时期的技术进步无不与其息息相关。耐蚀材料主要分为金属材料、高分子材料、无机非金属材料。

金属及合金材料是结构材料中的主体，其中钢铁占据主要地位，但是，钢铁的耐蚀性能具有局限性。具有高性能的合金及有色金属材料的开发和应用发展迅速，在一定程度上解决了局部腐蚀及特殊环境下的腐蚀问题。如含钼高的耐蚀合金，双相不锈钢，高纯铁素体不锈钢，镍基合金，低合金钢，钛及钛合。耐蚀非金属材料目前国内外耐蚀非金属材料在化工生产中应用非常广泛。非金属材料具有优良的耐蚀性能，而机械性能可以通过增强等途径来弥补，在某些领域已有发展为取代钢材的趋势。

3．电化学保护

电化学保护是指利用外部电流使金属(包括合金)腐蚀电位发生改变以降低其腐蚀速率的防腐蚀技术。电化学保护可分为阴极保护和阳极保护。电化学保护技术在化工防腐蚀领域中已引起广泛的重视和应用，是一种有效的、既经济又实用的防腐蚀手段。阴极保护是在金属表面上通入足够的阴极电流，使金属电位变负，并使金属溶解速度减小。被保护设备的结构形状一般不宜太复杂，结构复杂的设备在靠近辅助阳极部位电流密度大，远离辅助阳极部位电流密度小，得不到足够的保护电流。甚至不起保护作用，产生所谓“遮蔽现象”。阴极保护主要用在水和土壤中的金属结构上，但一般必须用于设备结构简单、介质腐蚀性不太强的环境中。阴极保护除可防止一般的均匀腐蚀外，还可以防止一些材料的点蚀、晶间腐蚀、冲击腐蚀、选择性腐蚀等。阳极保护是将被保护的金属构件与外加直流电源的正极相连，在电解质溶液中使金属构件阳极极化至一定电位，使其建立并维持稳定的钝态，从而阳极溶解受到抑制，腐蚀速度显著降低，使设备得到保护。对于没有饨化特征的金属，不能采用阳极保护。

4．缓蚀剂

缓蚀剂是一种在很低浓度下，能使金属在腐蚀性介质中的腐蚀速度大大降低的物质。这种物质可以是一种化合物或几种化合物组成的复合物质。在化工行业中，缓蚀剂主要用于防止工业冷却水系统的腐蚀和化工设备、管道及锅炉等的化学清洗(酸洗)时的腐蚀。也有少量用于生产过程中的工艺性防腐。工业冷却水系统用的缓蚀剂化工生产过程中，工业冷却水用量很大，且于曝气而在冷却水中溶入了大量的溶解氧，导备腐蚀较为严重。由于腐蚀也使水质变坏，耗费量宝贵的水资源，可见采用缓蚀剂防腐蚀具有重的经济效益和社会效益。

5．进行合理的化工设备选材

化工设备的合理选材不仅能够节约成本，还能提高设备的抗腐蚀作用。因为，材料在使用环境中的腐蚀，将关系到设备和装置的可靠性以及使用寿命，因此，合理选材十分重要。因此，化工设备的选材就意义非凡，我们在设备的制造时，要同时考虑各类金属材料和各类非金属材料的合理选择，避开材料使用过程中的各种力学性能的极限（如弯曲应力、应变应力的极限值等），材料在介质环境中的耐腐蚀性能，最后充分考虑材料加工工艺的性能与经济性能比等。

五、结束语

通过对新时期下，浅析压力容器应力腐蚀问题的分析，进一步明确了压力容器应力腐蚀的防护与监测方向，为石油设备的优化完善奠定了坚实基础，有助于提高压力容器应力的安全性能。

参考文献

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[2]吴永昌.化工设备常见腐蚀与防腐[M].经营管理者，2010

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