压力容器的腐蚀与防护
摘要:本文主要针对压力容器材料的腐蚀情况进行了详细的说明。
然后针对常见的几种腐蚀形态，从材料选取、加工制造、热处理等方面提出防护措施。
关键词:压力容器，腐蚀，防护，检查
Abstract: this paper mainly for pressure vessels material corrosion a detailed instruction. Then for several common corrosion form, from material selection, the processing manufacture, heat treatment put forward the protection measures.
Keywords: pressure container, corrosion protection, check
压力容器是化工生产中广泛使用并很重要的特种设备，在高温、高压、磨损或介质对金属腐蚀等不利条件下操作，腐蚀是压力容器一大危害。
据有关压力容器事故资料统计表明，由于腐蚀发生爆炸事故的占66.7％。
金属腐蚀原因比较复杂，影响因素之多。
因此，对金属腐蚀的规律性有所了解，有助于分析形成压力容器的腐蚀原因和对其在运行过程中出现的缺陷性质作出正确的判断，以便采取相应的防腐措施，提高压力容器的安全使用性。
1压力容器的腐蚀与防护
1.1压力容器腐蚀的定义及存在环境
绝大多数压力容器都由金属材料构成，压力容器与环境的反应而引起的材料的破坏或变质，称为压力容器的腐蚀。
压力容器运行的环境条件：
(1)溶液、气体、蒸汽等介质成分、浓度和温度
(2)酸、碱及杂质的含量
(3)应力状态(工作应力、残余应力)
(4)液体的静止状态或流动状态
(5)混入液体的固体颗粒的磨损和侵蚀
(6)局部的条件差别(温度差、浓度差)，不同材料接触状态
(7)温度的周期性变化、热冲击及PTS
(8)化学反应及反应生成物的情况
(9)高温、低温、高压、真空、冲击载荷、交变等应力
1.2金属腐蚀的分类
金属腐蚀有几种不同的分类方法。
按腐蚀机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀；按腐蚀环境可分为化学介质腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀等；还有一种分类方法是分为湿腐蚀和干腐蚀。
有液体存在时产生的是湿腐蚀，干腐蚀是环境中没有液相或在露点以上，腐蚀剂通常是蒸汽和气体。
金属腐蚀比较直观、实用的分类方法是：根据金属腐蚀破坏形态来分类，有下列几种：均匀腐蚀、应力腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、选择性腐蚀、氢致开裂、缝隙腐蚀、腐蚀疲劳和磨耗腐蚀等。
(1)均匀腐蚀也称全面腐蚀，是在压力容器全部暴露表面或大部分面积上发生化学或电化学反应而均匀地进行的腐蚀。
均匀腐蚀会导致压力容器壳壁和封头变薄，最后强度不足而报废。
均匀腐蚀的腐蚀速率可以通过测量剩余壁厚测出，因而在设计时可以考虑腐蚀裕度，从而保证不会在有效设计周期内整体壁厚不足而引起失效。
均匀腐蚀的防护：1、正确选用金属材料和制定合理的加工工艺。
选择对介质有耐蚀性的材料，且表面加工的越光滑，抗蚀性越强。
2、选择合理的结构设计，避免把电位差别很大的不同金属材料互相接触而产生电偶腐蚀。
3、减少介质中的有害成分。
4、覆盖层保护，使金属材料与周围介质隔离。
(2)应力腐蚀，金属或合金在拉应力和一定的腐蚀性介质共同作用下发生的腐蚀破裂。
典型的应力腐蚀：
○1碱脆
低碳钢或普通低合金钢与热碱溶液的组合，在工作应力与残余拉应力的协同作用下，产生应力腐蚀，并导致严重的断裂事故。
溶铁反应过程：3Fe+7NaOH→Na3FeO3•2Na2FeO2+7H
Na3FeO3•2Na2FeO2+4H2O→7NaOH+ Fe3O4+H
7H+H→4H2
3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2
碱脆的控制措施：a、选用适当的碳钢。
从强度、塑性和碱脆敏感性三个方面综合考虑。
b、尽量降低装配时产生残余内应力的因素，如错边、角变形，并防止生成空虚和不紧密的接缝，尽量采取措施降低焊接残余应力。
c、加入缓蚀剂。
常用的有Na3PO4、NaNO3、NaNO2 、Na2SO4等。
○2硝脆
在生产氮肥及硝酸盐工厂，出现低碳钢在浓硝酸盐中的应力腐蚀开裂或断裂的现象，称为“硝脆”。
是低碳钢的沿晶阳极溶解。
10Fe+6NO3-+3H2O→5Fe2O3+6OH-+3N2
随着硝酸盐水解时Ph值的降低，硝脆的趋势增加。
硝脆的控制措施：a、选择合适的含碳量0.20%。
b、冷轧钢材可减低硝脆的敏感性。
c、尽量降低钢中硫、磷、砷的含量。
d、尽可能降低硝酸盐的浓度。
e、尽可能降低硝酸盐的温度。
f、适当提高溶液的Ph值。
○3液氨引起的应力腐蚀
液氨应力腐蚀断裂属于穿晶型。
除NH3外，必须还要含有O2和N2。
在含氧的液氨中，钢表面吸附氧形成氧膜，当材料受拉力应变后，保护膜被破坏。
暴露出的新鲜表面(滑移台阶)与有氧膜的金属表面组成微电池，产生快速溶解。
在没有其他杂质存在时，O2能够在裸露金属表面上再成膜，抑制应力腐蚀破裂的产生，当氨中同时溶有N2时，有于O2和N2在滑移台阶上产生了“竞争吸附”，组织部分滑移台阶的再钝化，从而增加钢的应力腐蚀断裂敏感性。
氨脆的控制措施：a、选择强度低于540MPa的钢种。
b、充分回火和退火，消除残余应力。
c、储罐加保温层，将液氨低温保存(10℃以下)。
d、液氨中加入冷冻机油、菜籽油或硅油作为缓蚀剂。
(3)点腐蚀又称小孔腐蚀或孔蚀，常发生在易钝化金属或合金中，同时往往有侵蚀性阴离子(Cl-)与氧化剂共存的条件下。
点蚀的防护与控制：a、添加缓蚀剂。
一般来说，对金属或合金的全面腐蚀有缓蚀作用的化合物对点蚀也有抑制作用。
b、阴极保护。
将原本处于点蚀电位区的金属电位阴极极化到钝态电位区，即可使其处于“完全钝化”状态而得到保护，防止点蚀。
c、合理选择耐蚀性材料。
Cr、Mo、N等元素的含量越高，抗点蚀性能越好。
(4)晶间腐蚀。
当奥氏体钢经历相当于敏化温度条件的热处理时，便会沿晶
界析出碳化物。
由于碳较铬向晶界扩散的速度快，晶界及其邻近区域的铬就会被大量消耗而来不及补充，从而使晶界区域出现贫铬现象。
在腐蚀溶液中，不贫铬的晶粒处于钝化而贫铬的晶间区处于活态，晶间贫铬区相对一般含铬量正常的晶粒部位来说是阳极，在这种大阴极小阳极耦合加速效应影响下晶间腐蚀加速。
防止和控制奥氏体不锈钢晶间腐蚀的措施：a、降低C/N/P等有害杂质元素的含量，提高钢的纯净度。
b、添加少量稳定化元素，控制晶界吸附和晶界沉淀。
c、采用固溶处理，抑制在晶界析出碳化物。
d、在敏化温度以上进行稳定化处理。
e、对冷加工和敏化温度处理场合，先冷加工，后热处理。
f、增加晶界面积，分散沉淀相。
(5)氢脆。
在压力容器壳体材料和受压部件制造和装配过程中已进入的微量的氢，在应力(外加的或残余)的协同作用下，可以导致材料的脆化并促进开裂，成为氢脆或内氢脆。
控制措施：a、对于未出现裂纹的具有内氢脆趋势的材料，可以通过排氢处理，使材料恢复到未充氢时的水平。
b、采用适当的工艺及烘烤处理，降低钢中的含氢量。
c、若有可能，降低材料的强度或采用局部回火，降低关键部位的局部强度。
d、降低导致回火脆性的杂质，如硫、磷。
2压力容器的腐蚀检查
由于容器外壁的腐蚀通常是均匀腐蚀或局部腐蚀，所以用直观的检查方法就可以发现。
外壁有油漆防护层的容器，如果防护层完好，而且也没发现其它可疑迹象，一般不用清除防护层来检查金属外壁的腐蚀情况；对于外面有保温层或其它覆盖层的压力容器，如果保温层对器壁没有腐蚀作用，或者容器壳有防腐层，在保温层正常的情况下，也不需要拆除保温层，但是如果发现泄漏或者其它可能发生腐蚀的迹象，则应该在可疑之处拆除保温层进行全面检查。
直观检查后，如发现容器内壁或者外壁有均匀腐蚀或者局部腐蚀的情况，应测量被腐蚀的部位的剩余厚度，进而确定器壁的腐蚀厚度以及腐蚀速率。
发现腐蚀缺陷后要及时处理，一般原则是以下几个方面。
(1)当内壁发现晶间腐蚀或者断裂腐蚀时，要停止使用。
如果腐蚀是微小的，可以根据具体的情况，在进行适当处理之后再使用。
(2)发现分散点腐蚀时，如果不妨碍工艺操作的话(腐蚀深度要小于计算壁厚的一半)，可以对缺陷不作处理而继续使用。
(3)均匀腐蚀和局部腐蚀要遵照剩余厚度不小于计算厚度的原则再做缩小
检验间隔期限、继续使用、降压使用或判废的处理。
3结语
压力容器腐蚀对设备的安全使用有很大的威胁，不能忽视。
只要我们弄清楚腐蚀的原因，对此进行分析、讨论和研究，采取及时有效的防护措施，就可以减缓或者抑制由于腐蚀带来的破坏，确保设备安全的运行。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。