蒸压釜的腐蚀与防护

苗源

（广东省特种设备检测研究院韶关检测院，广东 韶关 512023）

蒸压釜的腐蚀与防护

苗源

（广东省特种设备检测研究院韶关检测院，广东 韶关 512023）

蒸压釜又称蒸养釜，广泛应用于建材、化工、橡胶等行业，如保温石棉板、灰砂砖、高强度石膏、加气混凝土砌块、微孔硅酸钙板、混凝土管桩、煤灰砖等建筑材料的高温高压蒸养养护。在蒸压釜的防腐蚀设计上，主要是采用缩短设计寿命、增加腐蚀余量的办法来克服严重的腐蚀问题。这种增加壁厚来延长使用寿命的被动方法，对均匀腐蚀会有一定的效果，但对点状的电化学腐蚀效果不大。因此，蒸压釜的设计、制造及使用单应认真应对解决金属腐蚀问题，在制造和使用环节采取有效措施防止或减缓腐蚀的发生，延长设备使用寿命，减少因严重腐蚀带来的安全隐患。

蒸压釜；腐蚀；防护

蒸压釜是容积较大、重量较重的一种Ⅰ类或Ⅱ类大型压力容器，筒体、釜盖一般采用Q345（16MnR）钢板，釜体法兰、釜盖法兰一般采用16Mn整体锻造加工，釜体由筒体和釜体法兰焊接组成，釜盖由釜盖法兰、伞齿板、球冠封头焊接而成。釜体法兰与釜盖法兰圆周均布的釜齿相啮合，即可关闭蒸压釜。釜体底部铺设有导轨，供蒸养小车进出和停放。釜内还设置有蒸汽分配管，使蒸汽沿釜体纵向均匀分配。釜体外侧布置有进汽、排汽、排凝结水及安全阀、压力表等各种管座。

蒸压釜工作介质一般为饱和蒸汽，设计压力1.0～1.6MPa,最高工作压力0.9～1.5MPa，设计温度0～250℃，内径φ1.65～3.5m，长度按需要可达30m或更长。蒸压釜在正常使用工况下，设计寿命为15年。其压力不高，但体积庞大，蓄积的能量较大，一旦发生事故，后果非常严重，曾发生过蒸压釜爆炸死亡10人的特大伤亡事故。蒸压釜事故发生率比较高，占压力容器事故总数的近1/3，最主要原因多与快开门联锁保护装置有关。2014年广东省特检院对某市全部在用的137条蒸压釜进行了核查，发现100台存在安全联锁保护问题，比例高达73%，并经广东省质量技术监督局发出了警示特种设备安全风险的通报，特别强调对蒸压釜使用企业的安全联锁保护装置加强维护保养，对安全联锁保护装置配备不齐或者失效的，应当立即停止使用。2016年制定了广东省地方标准《蒸压釜快开门联锁装置安全技术条件》（DB44/T 1830－2016），该标准对蒸压釜快开门设置了多重联锁装置，可有效防止快开门带来的安全隐患。

在对我市蒸压釜全面检验时，除快开门联锁装置普遍存在缺陷外，还发现蒸压釜底部普遍存在大量的腐蚀情况，更有严重的腐蚀深度已超过壁厚的一半，现仅针对其中某使用单位的4条腐蚀情况较为严重的釜进行分析并提出处理意见。

1 蒸压釜的运行参数及腐蚀情况

蒸压釜由某锅炉厂于2005年5月生产，设计压力1.4MPa，最高工作压力1.3MPa，设计温度197.3℃，内径2000mm，总长22300mm，壁厚16mm，腐蚀余量4mm。该釜停用时间较多，于近期进行全面检验时发现在釜的底部存在大量腐蚀坑，大多处在两条轨道之间，最深处均处在轨道周围及下部，腐蚀坑形状不规则，深度超过腐蚀余量4mm的有20余处，最大深度达9mm，深度4mm以下腐蚀坑大量存在，四条蒸压釜情况基本一致，见图1、2。

图1 釜体底部的点腐蚀

图2 导轨部位的局部腐蚀

2 腐蚀原因

蒸压釜每蒸养一次需要12 ～ 16h，釜内介质的温度、压力随工作过程呈周期性变化。在一次工作过程中温度从室温缓慢升到195℃，保温几小时后再缓慢降到室温。同时釜内蒸汽压力也从常压升到1.3MPa，经过稳压再降至常压。在蒸压釜通入蒸汽蒸养期间，釜壁金属温度相对进入的饱和蒸汽温度较低，釜壁会有冷凝水析出，釜内蒸养材料表面也会有大量冷凝水析出，大量的冷凝水就会聚积在釜的底部，使釜底与釜顶部产生较大的温差。顶部因温度较高而膨胀伸长量较大，底部因相对温度较低，膨胀伸长量较小，结果使底部不但承受釜内工介质压力带来的应力外还要附加上更大的拉应力，严重时蒸压釜会出现一种所谓的“香蕉效应”，造成釜体变形，中部向上凸起。当上下壁温度差大于40℃时，就会出现复合应力之和大于材料屈服极限的情况。从蒸养车上散落下来的一些加气混凝土制品等的碎块长时间浸泡在釜底部凝结水中，并堆积在轨道周围及釜底。由于加气混凝土等蒸养制品在蒸养过程中会释放出一些具有腐蚀性的气体，并且釜内温度及压力高低大小变化频繁，在周期性变化的热应力、拉应力和成份复杂的凝结水等的共同作用下，极易产生应力腐蚀和金属疲劳等共同作用下的腐蚀，比单纯的腐蚀复杂得多、条件恶劣得多。

加气混凝土砌块在蒸汽养护时,高温高压的饱和蒸汽通入釜内,在低温混凝土砌块表面放出热量 ,形成凝结成水 ,少部分凝结水可渗入到砌块的孔隙中，也有少部分蒸汽可直接进入多孔的混凝土砌块内部，形成凝结水，并溶解 Ca(OH )2，成为 SiO2与 Ca(OH)2之间水热合成反应的介质，大部分水分则会经砌块表面落入蒸压釜底， 经砌块表面凝结而落入釜底的凝结水必然带走部分溶解的Ca(OH)2和少量溶解度较低的硅酸盐水化矿物等。由于蒸压釜安装处于水平位置，在凝结水排放不畅通的情况下，釜体内的冷凝水在沉积时间内不能循环,经不断的沉积和升温、降温过程，并在釜内呈气 — 液相状态，冷凝水中含有已溶解的 Ca(HO)2和其他物质不断浓缩，在高温高压下，蒸压釜内壁与呈高浓度碱性的冷凝水接触，釜内产生较强烈的电化学腐蚀—碱腐蚀。碳钢在66℃以上的高浓度苛性碱液中就会产生严重的腐蚀，温度达到93℃时，腐蚀速率非常大，且浓度越高，腐蚀越严重。在溶解氧、拉应力和疲劳的共同作用下，腐蚀速度进一步加大。

腐蚀机理为：

因此 ,在阳极附近氧化成的二价铁离子 ,进一步氧化成高价铁离子 ,当高价铁离子在碱性溶液里析出时 ,降低了水中铁离子的浓度 ,从而使钢铁溶解得更快。

因此，破坏了金属表面的钝化膜，加速了碱腐蚀过程的持续发生，使腐蚀的程度不断加大。

在蒸压釜内除凝结水的碱腐蚀外还存在汽空间的氧腐蚀，这种氧腐蚀可以发生在釜内所有部位，釜体内顶部往往较为严重，是釜内空气中的氧和锅炉给水中溶解的氧共同作用的结果，这种腐蚀起初为带有锈蚀色的斑点，后期逐渐扩展为氧腐蚀坑。这种氧腐蚀的速度比碱腐蚀要小的很多。

3 腐蚀防护

由以上腐蚀原因可以看出，凝结水的沉积和浓缩、溶解氧的存在和应力的作用产生腐蚀的主要因素，所以要减缓腐蚀就应该从以上几个因素加以防护。

3.1 冷凝水是腐蚀的关健因素

冷凝水不仅提供了腐蚀环境，而且还产生了釜体上下温差应力，这种拉应力随着温度差的减小而降低，直至消失。所以蒸压釜底部的排水系统设置和性能是很重要的，因此使用单位应制定切实可行的蒸压釜操作规程，明确运行中冷凝水排放和停釜时对釜内料渣清理的要求。对釜内冷凝水经常积聚的部位和排水系统给予定时清理和检查，以防止堵塞，确保排水畅通，保证阻汽排水装置必须有效可靠。使用单位还要经常检查基础有无下沉等情况，防止釜体变形，造成冷凝水积存。如停釜时间较长，应对釜底彻底进行清理，采取封闭干燥保养等有效的防腐措施，防止停用期间的腐蚀发生。

在检查中，发现多数使用单位的自动控制箱的功能缺失，对上、中、下壁温的监测装置失灵，无法正确显示上下壁温度，均要求进行修复，以便作业人员能够通过对上下部温度的比较判断蒸压釜的应力水平，当发生冷凝水排放受阻引起蒸压釜严重上拱变形时，应采取紧急措施排放冷凝水，仍无效时应停止运行，并严格控制釜上下部温差在小于40 ℃的范围内。

3.2 减少釜内氧含量

蒸养车进出时，应快进快出，缩短开釜时间，减少空气进入；提高蒸气的品质，减少蒸汽中的氧含量；在通入蒸汽蒸养前应进行抽真空，适当提高真空度能够有效减少釜内的含氧量，加快蒸汽进入坯体的速度和升温速度，提高制品的蒸养质量。

3.3 进行防腐处理，抑制腐蚀电流的产生

由于蒸压釜工作时介质处于高温高压状态，釜壁表面的水分子很容易在高温高压的作用下透过有机防腐涂层到达金属基体，使釜壁发生腐蚀，从而达不到防腐的效果。有试验对各种防腐蚀涂层进行大量试验，对试验结果进行了分析比对，试验结果显示电弧喷涂金属涂层比较适合蒸压釜的腐蚀防护。

依据电化学防护原理，只有当阳极金属的电极电位比蒸压釜基体更负时，才能起到牺牲阳极保护釜体金属的作用。按金属活性程度，铝和锌的活性高于铁，相对钢材可以作为阳极，在电解质中它们会牺牲自己来保护下面的钢材表面免受腐蚀。但锌涂层的腐蚀电位随温度而发生明显变化，很难适应釜内温度的周期性变化。经过釜内两个月的实验表明，锌涂层有大量鼓泡，用手轻轻一揭就从基体上揭下来了，但铝涂层几乎没有腐蚀迹象，试验表明150μm厚的铝电弧喷涂层在蒸压釜的工作环境下，可以起到防腐蚀20年以上。

4 结语

当前在蒸压釜的防腐蚀设计上，主要是采用缩短设计寿命、增加腐蚀余量的办法来克服严重的腐蚀问题，腐蚀余量一般取4mm。按该锅炉厂生产的蒸压釜核算，壁厚16mm，腐蚀余量就占去了25%的壁厚，不仅增加了钢材消耗，而且还增加了蒸压釜制造的难度和成本，同时也在设备运输和安装的工作中增加了大量的成本。这种增加壁厚来延长使用寿命的被动方法，对均匀腐蚀会有一定的效果，但对点状的电化学腐蚀效果不大，在蒸压釜中，往往会在腐蚀坑以外筒体壁厚几乎无损失的情况下，就因底部的局部点腐蚀严重而使整台设备报废。

蒸压釜的设计、制造及使用单位应认真应对解决金属腐蚀问题，在制造和使用环节采取有效的措施防止或减缓腐蚀的发生，既可减少制造安装成本，延长设备使用寿命，又可减少因严重腐蚀带来的安全隐患，取得经济效益和社会效益的双丰收。

[1]蒸压釜.JC/T720-2011.

[2]承压设备损伤模式识别.GB/T30579-2014.

[3]张志军，曹露春，殷惠光.蒸压反应釜防腐蚀研究[J].腐蚀科学与防护技术，2007.(6).

TQ052.4

A

1671-0711（2017）05（上）-0039-03