孫博

摘 要：壓力容器是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備。若壓力容器出現(xiàn)腐蝕，那么將極易造成故障，并引發(fā)非常嚴(yán)重的后果，表現(xiàn)為：材料過(guò)度浪費(fèi)、生產(chǎn)成本增加、風(fēng)險(xiǎn)升高、安全隱患增加。為此，企業(yè)應(yīng)高度重視壓力容器的腐蝕問(wèn)題，對(duì)其影響因素加以全面分析，提出合理的控制措施。

關(guān)鍵詞：壓力容器；應(yīng)力腐蝕；影響因素；控制措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.051

在工業(yè)生產(chǎn)中主要用到的設(shè)備為壓力容器，并廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域之中，包括：石油領(lǐng)域、化工領(lǐng)域、冶金領(lǐng)域、食品領(lǐng)域、制藥領(lǐng)域、環(huán)境工程領(lǐng)域、能源領(lǐng)域、宇航工程領(lǐng)域、海洋開(kāi)發(fā)領(lǐng)域等。應(yīng)力腐蝕斷裂指敏感金屬或者合金在相應(yīng)的施加的外應(yīng)力、殘余應(yīng)力與相應(yīng)的腐蝕介質(zhì)的一同作用下，這就使得特殊斷裂方式產(chǎn)生，這屬于壓力容器使用過(guò)程中出現(xiàn)的一種最危險(xiǎn)損傷。所以，企業(yè)需要深入探究壓力容器的應(yīng)力腐蝕，采取相應(yīng)措施保障壓力容器的安全運(yùn)行。

1 壓力容器應(yīng)力腐蝕的影響因素

1.1 力學(xué)因素

壓力容器承受的拉應(yīng)力包括負(fù)載應(yīng)力與殘余應(yīng)力，其中殘余應(yīng)力有：（1）由于不合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而出現(xiàn)應(yīng)力集中，（2）因焊接而出現(xiàn)殘余應(yīng)力，（3）因金屬冷加工變形而出現(xiàn)殘余拉應(yīng)力。一旦壓力容器承受的拉應(yīng)力高于臨界應(yīng)力，那么將會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕斷裂情況。

1.2 環(huán)境因素

金屬或者合金的應(yīng)力腐蝕斷裂敏感性均會(huì)受到環(huán)境溫度與介質(zhì)中相關(guān)成分的濃度、pH值、溶解氧等的影響。當(dāng)特征介質(zhì)的濃度不斷增加，那么則更容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕斷裂。在多種工作環(huán)境中，壓力容器具有多種應(yīng)力腐蝕斷裂的溫度限制。若小于溫度限制，那將不會(huì)出現(xiàn)腐蝕斷裂，若高于臨界溫度，就會(huì)加快壓力容器的腐蝕斷裂。同時(shí)，應(yīng)力腐蝕也在極大程度上受pH值的影響，造成這一情況出現(xiàn)的原因?yàn)椋核嵝匀芤簳?huì)讓低碳鋼的硝脆的速度加快，且水溶液呈酸性的硝酸鹽類均能促使硝脆。對(duì)于不銹鋼的應(yīng)力腐蝕斷裂，當(dāng)pH值逐漸降低，那么應(yīng)力腐蝕速度將不斷加快。若壓力容器所處的環(huán)境為熱水和高溫水之中，溶解氧將直接決定著應(yīng)力腐蝕斷裂。

1.3 冶金因素

冶金因素包含著金相組織、合金元素、夾雜物的偏析與含量、熱處理等。首先，介紹合金元素的影響，在同一個(gè)腐蝕環(huán)境中，不同金屬會(huì)出現(xiàn)與其相應(yīng)的應(yīng)力腐蝕敏感性，在不同的腐蝕環(huán)境中，同一種金屬也會(huì)出現(xiàn)與其相應(yīng)的應(yīng)力腐蝕敏感性。在合金中金屬的占比不同，那么其應(yīng)力腐蝕敏感性也會(huì)存在不同。通過(guò)合理組合金屬和腐蝕環(huán)境，可在極大程度上降低或者杜絕應(yīng)力腐蝕出現(xiàn)的幾率；其次，介紹金相組織的影響，對(duì)于奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼而言，在應(yīng)力腐蝕方面，奧氏體不銹鋼最為敏感，同奧氏體一起存在少數(shù)鐵素體，能大大提升材料抗應(yīng)力腐蝕性。最后，介紹夾雜物的偏析與含量的影響，合金材料中存在的夾雜物和偏析，將在一定程度上降低晶界的電位，使得應(yīng)力腐蝕電池的陽(yáng)極得以形成，場(chǎng)所對(duì)應(yīng)力腐蝕的敏感性[1]。

2 簡(jiǎn)述壓力容器腐蝕

現(xiàn)如今，市面上存在多種多樣的壓力容器，其結(jié)構(gòu)與功能均存在較大的不同，但大多數(shù)屬于金屬材質(zhì)。若壓力容器長(zhǎng)時(shí)間暴露于大氣中，受到多種因素的影響極易造成腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。加之，若壓力容器處于氣溫過(guò)高、氣溫過(guò)低、壓力較大等工作環(huán)境中，均會(huì)造成腐蝕發(fā)生。同時(shí)，當(dāng)壓力容器受到自然環(huán)境因素與操作條件的共同作用，將極易產(chǎn)生焊接劣化、老化、銹蝕、應(yīng)力腐蝕、氫脆等現(xiàn)象，并嚴(yán)重影響壓力容器的使用性能。金屬腐蝕也在一定程度上受到大氣環(huán)境的影響，若隨著酸雨酸度的增大，金屬腐蝕率將不斷增高。此外，應(yīng)力腐蝕斷裂過(guò)程為：孕育階段——裂紋擴(kuò)展階段——失穩(wěn)斷裂階段，其中首孕育階段指因腐蝕而造成裂紋或者蝕坑出現(xiàn)的階段；裂紋擴(kuò)展階段指因裂紋源或者蝕坑處于最大應(yīng)力值，即單位面積可以承受最大載荷。

結(jié)合腐蝕的作用機(jī)制，我們將壓力容器的腐蝕劃分成幾類，具體指：化學(xué)性腐蝕具體指受到有機(jī)溶劑的影響，從而使得腐蝕反應(yīng)、均勻腐蝕情況發(fā)生；電化學(xué)腐蝕中的陽(yáng)極會(huì)出現(xiàn)腐蝕，而陰極則不會(huì)發(fā)生；機(jī)械性損耗指腐蝕反應(yīng)、應(yīng)力反應(yīng)一起作用，將會(huì)產(chǎn)生十分嚴(yán)重的后果，有可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂及沖蝕等。結(jié)合腐蝕的范圍，我們將壓力容器的應(yīng)力腐蝕劃分成全面腐蝕和局部腐蝕，其中全面腐蝕具體指所有表面出現(xiàn)腐蝕均勻情況，這就使得材料的表面厚度與強(qiáng)度大大降低，局部腐蝕指表面各個(gè)位置的腐蝕量、程度并不相同，且分布并不規(guī)則，雖金屬的整體沒(méi)有較大損失量，但存在較大的腐蝕深度，這種情況往往極易造成快速穿孔現(xiàn)象發(fā)生。

3 壓力容器應(yīng)力腐蝕的控制措施

3.1 合理選材

對(duì)于壓力容器的具體制造過(guò)程，相關(guān)人員必須規(guī)范其制造材料，對(duì)材料的選擇應(yīng)重視對(duì)壓力容器應(yīng)力腐蝕危險(xiǎn)的規(guī)范。結(jié)合壓力容器的具體應(yīng)用加以合理選材。若壓力容器主要應(yīng)用于高溫工作環(huán)境中，在選材過(guò)程中應(yīng)規(guī)范材料的強(qiáng)度和脆性條件，只有這樣才能夠讓材料性能即使處于高溫環(huán)境下仍擁有一定的穩(wěn)定性。在控制壓力容器應(yīng)力腐蝕時(shí)，對(duì)于材料的選擇應(yīng)對(duì)壓力容器的主材加以考量，且規(guī)范部分細(xì)小材料的選擇，只有這樣才能夠?qū)毫θ萜鞯恼w防腐蝕能力進(jìn)行提升。

3.2 設(shè)計(jì)合理的壓力容器結(jié)構(gòu)

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)人員應(yīng)做到：（1）焊縫需在一定程度上遠(yuǎn)離應(yīng)力集中處；（2）結(jié)構(gòu)不連續(xù)部分，需圓滑過(guò)渡；（3）杜絕選擇剛性較大的結(jié)構(gòu)；（4）杜絕選擇不定結(jié)構(gòu)。

3.3 制造合理

在對(duì)壓力容器進(jìn)行制造時(shí)，可選擇熱加工成型，這樣能夠杜絕殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。如果必須選擇冷加工成型，可應(yīng)用噴丸、熱處理等手段，對(duì)殘余應(yīng)力加以冷加工。結(jié)合實(shí)際需求，可選擇整體發(fā)熱、局部熱處理，從而對(duì)應(yīng)力加以消除；通過(guò)選擇小規(guī)模焊接，可將輸出熱量大大減少，也可將焊接熱循環(huán)加以一定程度的縮短，從而避免不銹鋼制壓力容器焊縫的晶間腐蝕。在焊接不銹鋼與低合金高強(qiáng)度鋼過(guò)程中，相關(guān)人員應(yīng)選擇烘烤過(guò)的低氫焊條，確保周圍環(huán)境始終處于清潔干燥，這樣能夠避免水和水蒸氣到達(dá)熔池，進(jìn)而造成焊縫氫脆[2]。

3.4 改善環(huán)境

雖然我們不能夠?qū)r環(huán)境加以改變，但可以采取相應(yīng)手段改善環(huán)境，從而在一定程度上避免壓力容器出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕斷裂情況。以下介紹兩種改善環(huán)境的手段：（1）處理腐蝕介質(zhì)，選擇抗垢劑與緩蝕劑，從而對(duì)腐蝕進(jìn)行抑制，將壓力容器的抗腐蝕能力加以提高，借助將易造成腐蝕的有害成分加以脫出，從而對(duì)壓力容器腐蝕斷裂加以有效控制；（2）襯里防護(hù)，部分壓力容器的介質(zhì)的腐蝕性比較強(qiáng)，往往不容易找出適宜的耐熱金屬材料，材料價(jià)格可能高于相關(guān)部門的承受范

圍，對(duì)于這一現(xiàn)象，可選擇襯里的方式加以有效解決，一般而言，壓力容器使用的襯里包括不銹鋼、鈦、橡膠、聚四氟乙烯、玻璃鋼及搪玻璃等，相關(guān)人員需結(jié)合工作的壓力與溫度、容器內(nèi)的介質(zhì)特點(diǎn)等情況加以合理選擇，當(dāng)工作的壓力與溫度較高，最佳的選擇為鈦和不銹鋼作為襯里防護(hù)。

3.5 開(kāi)發(fā)耐蝕材料

對(duì)于壓力容器，由于金屬和合金材料在其中的占比比較大，這就使得腐蝕控制時(shí)，需進(jìn)一步開(kāi)發(fā)耐蝕材料，這就使得局部耐腐蝕、特殊環(huán)境中腐蝕問(wèn)題得以大大提高。現(xiàn)階段耐蝕非金屬材料在壓力容器中得以普遍應(yīng)用，其耐蝕性較好，借助一定手段能夠改進(jìn)其機(jī)械性能，并在今后將逐漸替換鋼材[3]。

3.6 電學(xué)保護(hù)

電化學(xué)保護(hù)屬于防腐蝕技術(shù)的一種，具體指陰極保護(hù)和陽(yáng)極保護(hù)。其中陰極保護(hù)指在金屬表面通入充足的陰極電流，這樣能夠使金屬溶解速度在極大程度上降低，這一保護(hù)手段最適宜應(yīng)用在結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的壓力容器與介質(zhì)腐蝕性較小的環(huán)境中，在預(yù)防常規(guī)均勻性腐蝕、沖擊腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕等方面可取得十分顯然的效果。陽(yáng)極保護(hù)指連接起外加直流電源的正極和被保護(hù)的金屬構(gòu)件，當(dāng)金屬構(gòu)件處于電解質(zhì)溶液中可獲得較為穩(wěn)定的鈍態(tài)，這就使得其腐蝕的速度大大降低，陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)不適用于無(wú)鈍態(tài)化特點(diǎn)的金屬。

4 結(jié)論

綜上所述，由于壓力容器應(yīng)力腐蝕嚴(yán)重威脅著設(shè)備的安全運(yùn)行，所以企業(yè)需對(duì)這一方面加以高度重視。為此，企業(yè)需要全面分析壓力容器應(yīng)力腐蝕，對(duì)設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)等環(huán)節(jié)加以嚴(yán)格管理與控制，從而將壓力容器的使用壽命加以延長(zhǎng)，杜絕安全事故出現(xiàn)，確保設(shè)備的安全運(yùn)行，促進(jìn)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的良好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]王帥.壓力容器應(yīng)力腐蝕發(fā)生因素及控制措施[J].中國(guó)高新區(qū)，

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[2]范曉勇，郭旭，陳魯元等.壓力容器的腐蝕及其控制措施[J].化工管理，2016（02）：179-180.

[3]楊洲，李明君，高磊.淺析壓力容器應(yīng)力腐蝕及其控制措施[J].石油化工設(shè)備，2007（S1）：41-43.