范曉勇郭旭陳魯元李健（.榆林學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院， 陜西 榆林 79000；.兗州煤業(yè)榆林能化公司， 陜西 榆林 79000）

壓力容器的腐蝕及其控制措施

范曉勇1郭旭2陳魯元2李健1
（1.榆林學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院， 陜西 榆林 719000；2.兗州煤業(yè)榆林能化公司， 陜西 榆林 719000）

腐蝕是金屬材料與周圍環(huán)境發(fā)生自然反應(yīng)所造成的損害，會(huì)導(dǎo)致材料磨損、流體泄露等，腐蝕危害龐大驚人，經(jīng)濟(jì)成本浪費(fèi)難以估計(jì)，尤其衍生的事故風(fēng)險(xiǎn)，危機(jī)人員安全，因此防腐工程刻不容緩。探討壓力容器防腐課題所涉及的內(nèi)容及其腐蝕控制方法，以期進(jìn)行深入研究，降低企業(yè)腐蝕成本的風(fēng)險(xiǎn)。

腐蝕；防蝕；腐蝕環(huán)境；壓力容器

0 引言

壓力容器是承裝液體或氣體并承受一定壓力的密閉容器，或內(nèi)部存可產(chǎn)生壓力的流體，或受外壓的容器等。腐蝕、破裂、磨損、沖蝕、物理?yè)p壞等均為壓力容器常見失效模式之一。壓力容器及其附件等常因材料的腐蝕、劣化、變形、裂痕等，產(chǎn)生災(zāi)害事故，大多數(shù)是由腐蝕引起的。腐蝕為生產(chǎn)界目前面臨的嚴(yán)重迫切需解決的課題，因腐蝕會(huì)造成材料浪費(fèi)、成本增加、經(jīng)濟(jì)損失、企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)升高等等，均屬不利正常生產(chǎn)的負(fù)面因素。一個(gè)結(jié)構(gòu)完好的壓力容器，常因使用期間忽視腐蝕問題而導(dǎo)致使用年限降低或破壞失效，造成危險(xiǎn)，在實(shí)際中必須深刻認(rèn)識(shí)，采取措施加以防范。

1 壓力容器的腐蝕環(huán)境

壓力容器種類繁多，其構(gòu)造、功能及特性雖各有不同，但因壓力容器多以金屬材料制作，其暴露于大氣中受水汽、硫化氫等腐蝕因素影響，且大多數(shù)壓力容器的服役環(huán)境比較苛刻，比如存在低溫、高壓、高溫、流體環(huán)境中，都是腐蝕產(chǎn)生的主要因素。

壓力容器的結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期自然環(huán)境因素（風(fēng)吹、日曬、雨淋、空氣、水、土壤等）與操作條件（壓力、溫度、流體等）兩者交互作用之下，容易產(chǎn)生產(chǎn)生疲勞、老化、應(yīng)力腐蝕、銹蝕、氫脆及焊接品質(zhì)劣化等失效問題。

大氣環(huán)境對(duì)金屬腐蝕有明顯影響，例如金屬腐蝕率普遍隨雨水酸度增大而升高。再者壓力容器內(nèi)存在各種流體，部分流體具有腐蝕性質(zhì)，因此產(chǎn)生腐蝕及脆化等。石化煉油工業(yè)設(shè)備及地下管線、儲(chǔ)槽、壓力容器等常有腐蝕或氫脆問題發(fā)生，特別是在有水與硫化氫的環(huán)境中，石化工業(yè)設(shè)備材料的氫脆問題容易出現(xiàn)。

2 壓力容器腐蝕的探討

對(duì)壓力容器而言，其構(gòu)件多為金屬材料，在使用期間或操作過程中，受到環(huán)境應(yīng)力及操作應(yīng)力等因素影響，在與各種因素交互作用下，發(fā)生磨損、腐蝕、疲勞現(xiàn)象，使材料強(qiáng)度慢慢退化，壓力容器的壁厚減薄，增加結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低的隱患，依其腐蝕機(jī)理可分為：

（1）化學(xué)性腐蝕：在有機(jī)溶劑中的腐蝕反應(yīng)、均勻腐蝕等。

（2）電化學(xué)腐蝕：陽(yáng)極發(fā)生腐蝕，陰極則不發(fā)生。

（3）腐蝕及機(jī)械性損耗兩者共同作用：腐蝕反應(yīng)同時(shí)伴隨著應(yīng)力，侵害程度高于單獨(dú)的腐蝕作用，且不易預(yù)期，如沖蝕，應(yīng)力腐蝕破裂，腐蝕疲勞等。

腐蝕依據(jù)腐蝕形態(tài)分為全面腐蝕和局部腐蝕。全面腐蝕為全表面均一的腐蝕，使材料表面厚度均勻減小，材料強(qiáng)度降低；局部腐蝕是材料表面各位置的腐蝕量及腐蝕形態(tài)有差異，其表面呈不規(guī)則凹凸分布，金屬總損失量小，但腐蝕深度大，會(huì)造成快速穿孔。如孔蝕使材料表面發(fā)生微小、局部、集中、成凹洞狀小孔的腐蝕，有晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕、氫脆、疲勞腐蝕等。

3 壓力容器的防范與保護(hù)

壓力容器經(jīng)多年使用之后，為使其繼續(xù)保持安全運(yùn)行，防腐工作顯得非常重要，壓力容器的防腐方法有：適當(dāng)選擇耐腐蝕材料、金屬母材表面被覆蓋有機(jī)或無機(jī)材料、添加環(huán)境腐蝕抑制劑、設(shè)計(jì)厚度增加腐蝕裕度、護(hù)面金屬、搪瓷、玻璃內(nèi)襯，電化學(xué)保護(hù)等。

現(xiàn)實(shí)所使用的壓力容器，是在大小不一的隨機(jī)負(fù)荷與腐蝕環(huán)境同時(shí)交互作用下的環(huán)境中運(yùn)行，防腐方法雖多種多樣，但需靈活應(yīng)用。如為了抗大氣腐蝕，提高低合金鋼的耐蝕特性，可在鋼鐵中添加一些微量的合金元素，例如銅、鉻、磷、鈦等，以增加鐵層的致密性、附著性及連續(xù)性，進(jìn)而阻止腐蝕的擴(kuò)散速度，達(dá)到防蝕效果。

允許容器發(fā)生均勻腐蝕時(shí)，結(jié)構(gòu)防蝕設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)厚度可考慮腐蝕裕度及安全系數(shù)，也可采用減少金屬與侵蝕性環(huán)境接觸的時(shí)間來降低腐蝕。比如壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上盡量避免沉積或聚集水、灰塵、雜質(zhì)等；腐蝕性液體的蒸汽對(duì)金屬的侵蝕高于母液本身，可設(shè)置排氣孔或回流等設(shè)計(jì)。

包覆防蝕法使在金屬表面包覆一層其他金屬或非金屬耐腐蝕材料。如采用鍍鋅板、塑膠、橡膠等包覆，使原金屬得以防蝕。

抑制腐蝕法是通過技術(shù)方法將金屬所處環(huán)境的腐蝕因素去除，以達(dá)到防蝕的目的。如去除空氣中的水分，或?qū)⑺腥苎跞コ蛲度敕牢g藥劑，抑制腐蝕進(jìn)行。

陰極保護(hù)法是對(duì)欲防蝕的金屬，由外部通以電流，強(qiáng)制使其成為陰極，而不致使該金屬表面起陽(yáng)極反應(yīng)，如船舶外側(cè)、地下管線等常使用此法。陰極防蝕是目前針對(duì)存在土壤環(huán)境與水下環(huán)境結(jié)構(gòu)物最有效的防蝕方法。應(yīng)用陽(yáng)極保護(hù)法，使鋼鐵結(jié)構(gòu)物維持在鈍態(tài)的特性，來遏止結(jié)構(gòu)物的腐蝕，適用對(duì)象包括長(zhǎng)途輸油氣管線、地上或地下式儲(chǔ)槽、碼頭、混凝土鋼筋等。

保護(hù)性涂裝是在金屬表面涂裝保護(hù)層使金屬在侵蝕性環(huán)境中不被腐蝕。保護(hù)性涂裝的成本低，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于采用抗蝕性材料，因此應(yīng)用最為廣泛。如采用阻隔性涂裝防止金屬與侵蝕性環(huán)境相接觸；犧牲性涂裝借本身所含金屬粉體發(fā)生腐蝕，保護(hù)底材金屬不發(fā)生腐蝕；含抑制劑的涂裝減緩金屬腐蝕反應(yīng)；高電阻的涂裝抑制電化學(xué)腐蝕發(fā)生。

4 腐蝕的監(jiān)測(cè)及評(píng)估

對(duì)腐蝕失效模式發(fā)生的軌跡加以分析，探討其結(jié)構(gòu)或材料破壞的機(jī)理并找出破損原因，研究有效改進(jìn)方法。通過檢測(cè)、評(píng)估，確認(rèn)結(jié)構(gòu)體的安全，可避免類似事故再次發(fā)生。其次為確保結(jié)構(gòu)安全性，并延長(zhǎng)使用壽命，為日后修補(bǔ)提供依據(jù)，應(yīng)對(duì)壓力容器進(jìn)行安全性及剩余壽命的評(píng)估，而腐蝕監(jiān)測(cè)是其中重要的一環(huán)。檢測(cè)容器的表面及鄰近設(shè)備的表面有沒有異常變色或腐蝕的痕跡，定期進(jìn)行腐蝕監(jiān)測(cè)，可預(yù)知或早期發(fā)現(xiàn)有沒有不可容忍的腐蝕損傷。比如以不同環(huán)境的二氧化硫濃度來探討碳鋼材料腐蝕行為，各種材料在不同腐蝕環(huán)境裂縫成長(zhǎng)行為并不一樣，由超聲波檢測(cè)可得壓力容器現(xiàn)有壁厚、殘余厚度及應(yīng)力分布狀況，結(jié)合應(yīng)力強(qiáng)度因子來評(píng)估結(jié)構(gòu)的安全性及剩余壽命。

5 結(jié)語(yǔ)

壓力容器的破壞現(xiàn)象并非單一原因造成，其生成過程及衍生結(jié)果均有差別，在壓力容器的破損分析時(shí)，可通過以破損部分的特征、金相、材質(zhì)等鑒定方法為主，結(jié)合冶金、破壞等理論，分析其產(chǎn)生的原因。壓力容器的腐蝕破壞問題關(guān)系到其構(gòu)造的安全性，值得深入探討。近年來腐蝕已逐漸受到社會(huì)各界重視，政府及工業(yè)界每年花費(fèi)龐大經(jīng)費(fèi)及人力投入防蝕工作，以避免發(fā)生重大損失，但實(shí)際成效并非十分理想，成果仍屬有限，今后相關(guān)研究仍有更大的努力空間，期盼提出切實(shí)有效的對(duì)策。

［1］李曉旭.論化工容器的防腐蝕措施研究［J］.山東化工，2015，（14）：142-143.

［2］藍(lán)智偉.壓力容器腐蝕與防護(hù)探究［J］.化工管理，2015，（13）：137.

［3］穆培磊，周華偉，王曉輝.論化工容器的防腐蝕措施研究［J］.化學(xué)工程與裝備，2013，（3）：87-88.

［4］馬朝陽(yáng).濕硫化氫環(huán)境中壓力容器應(yīng)力腐蝕對(duì)策［J］.石油化工設(shè)備，2008，37（6）：89-91.

［5］沈振英，駱浩.影響壓力容器金屬腐蝕的主要因素及防治對(duì)策［J］.科技視界，2013，（14）：47-48.

［6］毛衛(wèi)東.淺議化工壓力容器的防腐蝕管理［J］.科技與企業(yè)，2015，（9）：91.

范曉勇（1985-），男，碩士，講師，從事過程裝備腐蝕防護(hù)及安全節(jié)能技術(shù)研究。

陜西省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目（14JK1863）；榆林學(xué)院高層次人才啟動(dòng)項(xiàng)目（11GK29）