天然气压力容器腐蚀原因及防范措施

陶文靖 薛丽英

【摘 要】压力容器是化工生产中广泛使用的一种重要的特征设备，由于化工工业的特殊性，压力容器会受到各种腐蚀，若其发生腐蚀现象将严重威胁到化工设备的安全运行。为了防止压力容器腐蚀，延长设备的使用寿命，本文分析了化工压力容器腐蚀的产生因素，并重点对腐蚀的预防措施进行了探讨。

【关键词】压力容器；腐蚀；防腐蚀

一、前言

压力容器是工业生产过程中不可缺少的一种设备，广泛应用于化工、炼油、机械、动力、纺织、冶金、核能及运输等国民经济部门。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，因此，压力容器是工业生产过程中危险性较高的特种设备。在压力容器实际操作过程中，腐蚀严重地影响着压力容器的安全运行和使用寿命，据有关资料统计表明，由于腐蚀发生爆炸事故的占 66.7%，甚至会引发爆炸事故造成人员伤亡和财产损失。化学腐蚀对压力容器的危害主要表现在：腐蚀会使压力容器发生早期失效或突然损坏，造成事故；腐蚀会使压力容器发生穿孔泄漏，造成介质流失，污染环境，甚至会使易燃介质发生爆炸或使有毒介质发生泄漏；腐蚀会使压力容器壁厚减薄，致使壳体不能满足强度要求，导致容器破裂失效。压力容器的腐蚀问题比较复杂，影响因素比较多，其中包括氢腐蚀、应力腐蚀、局部腐蚀以及均匀腐蚀，并且经常出现几种腐蚀共存的现象。

二、天然气压力容器腐蚀原因

1、材料本身。压力容器的腐蚀是压力容器与环境的反应而引起的材料的破坏或变质，因为绝大多数压力容器都是由金属材料构成。金属腐蚀的发生首先是由金属本身的化学性质决定的。实验研究和生产实践证实，合金的腐蚀速度与合金含量有密切关系，因此压力容器中的夹杂物会加速金属的腐蚀。其次，压力容器的金属表面光洁度对其腐蚀也有很大的影响，表面越粗糙，越易腐蚀；表面有氧化膜则耐腐蚀。金属的晶粒越粗，压力容器腐蚀越快；反之，则较慢。再者，压力容器金属在制造过程中的冷、热加工（如冲压、锻造、焊接等）变形，产生较大的内应力，内应力的存在会促使腐蚀过程的加速，在有硫化氢等场合还会引起应力腐蚀破裂。

2、环境因素。在企业生产过程中含有大量的 SO2、H2S 、CO2、卤化物、硫化物、氢氧化物及盐雾等有害物质，然而这些因素在高温以及潮湿的环境当中彼此发生了综合性反应，金属机械本身结构受到这些有害物质的影响发生了化学以及物理反应，最终在其本身产生了腐蚀的现象。另外，温度、压力和流动速度也是影响压力容器腐蚀的重要环境因素。介质的温度越高，压力越高，腐蚀越快。因为腐蚀是一种化学反应，温度升高加速了溶液的对流，扩散速度增大，使浓度极化降低，同时电解液电阻下降，所以使腐蚀电池的反应加快。一般来说，每升温 10℃，腐蚀速度就会增加 1-3 倍。此外介质的流动速度越快，腐蚀越快。

三、天然气压力容器腐蚀防范措施

1、主体材料的选用

在选择压力容器时，使用耐腐蚀材料，根据压力容器不同的用途和所处的介质、温度和压力情况，在压力容器的制作过程中，选择不同的材料组成耐蚀合金，或在金属中添加合金元素提高其耐蚀性可以防止或减缓金属的腐蚀。例如，在钢中加入镍制成不锈钢压力容器可以增强防腐蚀能力。总之，压力容器主体材料的选用不仅要根据容器的工作压力和工作温度及标准与规范的允许范围，而且还应特别注意介质特性对材料性能的影响。

2、提高焊接质量

提高焊接质量可以降低或消除焊接缝的残余应力，防止裂纹的产生，从而使焊缝的热影响区的金相组织与性能得到较好的改善。电弧焊和氩弧焊这两种焊接工艺时不锈钢材料最常采用的焊接方法。在焊接压力容器时应严格按照相关规定的要求选用合适的焊接材料和焊接工艺，而焊条等焊接材料的质量必须经有关部门检验且合格。同时，焊接者还应是经相关考试合格具有合格证书且技术较好的。在焊接前应对钢材的淬硬性、焊接厚度和使用条件等因素进行综合考虑并实现预热措施；为了防止化工压力容器出现超标缺陷，焊后应对其进行稳定化热处理，检查其外观，进行晶间腐蚀试验，此外还应根据设计图纸要求使用超声波探伤射线探伤。

3、加保护层法

使用耐腐蚀的材料做隔离保护层喷涂在压力容器内壁上，可以保护金属容器不受腐蚀。而容器内外腐蚀层材料的基本特点应具备以下6个方面：①良好的电绝缘性能，防腐蚀层相对两面之间一定面积的电阻不应小于10000Ω·m2，耐击穿电压强度不得低于电火花检测仪检测的电压标准；②防腐层应具有一定的耐阴极剥离强度能力；③有一定的抗击穿强度，较好的弯曲性和耐磨性，针入度应确保涂层可抵抗较集中的负荷，与管道有良好的粘接性；④良好的稳定性，耐大气老化性能和化学稳定性能好，耐水性好，吸水率低，有足够的耐热性，确保其在使用温度下不变形，不流淌，不加快老化速度，耐低温性能好；⑤防腐层破损后易于修补；⑥抗微生物性能好。在容器内壁可以喷涂的保护层一般包括高温漆、高温涂料、塑料油漆、耐高温搪瓷，耐腐蚀性强的金属。普遍采用的防腐涂层有环氧型、改进环氧型、环氧酚醛型或钛纳米等系列的涂层。西安交通大学研制的等离子喷涂技术对金属进行内防腐，喷涂材料选用金属陶瓷，效果比较理想。

4、缓蚀剂法

缓蚀剂是一种投放在介质中的能减缓或阻止金属腐蚀的化学物质。在腐蚀性介质中加入少量能使金属腐蚀速度降低甚至完全抑止的物质称为缓蚀剂，缓蚀剂是一种方法简便、经济效果较好的防腐技术，目前已广泛用于石油、化工、机械、钢铁、动力和运输等工业部门，解决了不少严重的腐蚀问题。缓蚀剂的保护效果随着被保护金属和腐蚀环境而异，并且各种缓蚀剂有其一定的适用范围。只有选择正确、用量适当才能真正起到缓蚀的作用，否则无效。例如，对于钝化能力很弱的金属，采用阳极性缓蚀剂，不仅无效，反而会促进腐蚀；一些多种金属组合的结构，应该选择对几种金属能同时起保护作用的缓蚀剂，或者采用能分别抑制有关金属的复合缓蚀剂。必须注意的是，强酸中即使加有缓蚀剂，仍然有较大的腐蚀速度，所以一般只适用于除锈或去垢等短时间的酸洗场合，而不宜用作长期保护。

5、电化学保护

电化学保护是指根据电化学原理使金属设备成为腐蚀电池中的阴极，从而达到防止或减轻金属腐蚀的目的，它和其他防腐方法一样，有其局限性，但在一定条件下使用得当，则能获得良好的保护效果，且比较经济。其一般有牺牲阳极保护法和外加电流法两种。牺牲阳极保护法是指用电极电势比压力容器金属更低的铝、锌、合金等做阳极，并将其固定在被保护金属上，形成腐蚀电极；外加电流法一般用于土壤、河水中的金属设备，其是指将被保护金属与另一附加电极作为电池的两个极，使被保护的金属作为阴极，在外加直流点的作用下使阴极得到保护。

6、加强腐蚀检验

压力容器腐蚀很难进行判断，需要借助厚度测量来进行腐蚀程度的确定，对于分散的点状腐蚀来讲，它能够导致穿孔现象，在检验的时候要予以关注，按照《压力容器定期检验规程》的相关规定，腐蚀的没有超过壁厚的三分之一并且是在任意200毫米这一直径范围之内的，点状腐蚀的总面积小于等于4500平方毫米的，则是不会对定级产生影响的，如果和这些条件不相满足的，那么，就需要对其进行补焊。局部腐蚀是一种比较复杂的情况，需要注意的是，如果局部腐蚀中有晶间腐蚀、应力腐蚀以及石墨化等等的材质劣化类的情况，如果采用一般的补焊方法，是不能够从根本上来把问题解决的，如果有必要的话，需要对其采用挖补以及更换主要受压元件的措施来进行。

参考文献：

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