提升压力容器防腐性能的有效策略

2018-03-02姬万荣杨虎生胡汝军张中勤王连杰袁哲

中国设备工程 2018年4期

姬万荣，杨虎生，胡汝军，张中勤，王连杰，袁哲

（1.玉门油田分公司机械厂；2.玉门油田分公司综合服务处；3.玉门油田分公司炼油化工总厂，甘肃酒泉 735200）

在化工设备中，压力容器是最为重要的组成部分，在生产中发挥了着非常重要的作用。如果压力容器出现腐蚀，不仅会影响正常的化工反应，还会引发重大的安全事故。在实际生产中，金属材料出现破裂与失效的重要因素之一就是腐蚀。在化工压力容器中难免会出现腐蚀现象，必须制定出科学的防腐策略，提升压力容器的防腐性能，保证压力容器拥有更长的使用寿命。

1 影响压力容器防腐性能的有关因素

1.1 材料特性产生的影响

压力容器的防腐性能在很大程度上是由材料本身的特性所决定，具体如下：一是电化学反应的速度会直接受到材料的化学性质、杂质等方面的影响，倘若容器内有比较多的惰性夹杂物，则金属腐蚀的速度要快很多。二是腐蚀速度还会受到金属材料表层的氧化状态与晶体结构的影响。一般来说，晶粒越为粗糙，腐蚀速度就越快。如果材料表层有氧化膜，则具有较好的耐腐蚀性。例如不锈钢材质，在腐蚀介质的影响下，焊缝位置会出现晶间腐蚀，腐蚀将渗透到金属内部，材料的强度将深受影响。在焊接的过程中，晶间腐蚀会在热影响区内出现。三是制造过程中，在冷却、煅烧等诸多工艺下，金属会有形变产生，并有极强的内应力，这也会导致金属被腐蚀的程度加深，特别是在H2S的影响下，容器极有可能因腐蚀而破裂。三是合金元素对压力容器的防腐性能也有非常大的影响。不同的钢材料内合金的具体状况不一样，因此其对H2S的敏感性也会不一样。

1.2 环境因素产生的影响

从实际情况看，化工生产中难免会出现腐蚀性介质，这些介质都有可能导致压力容器被腐蚀。一般情况下，金属容器对介质腐蚀能够产生一定的抵抗作用，然而倘若介质浓度、含氧量、酸碱度等均超出了容器的承受标准，或者是出现非常敏感的介质，则会引发极为严重的腐蚀。环境因素对压力容器防腐性能所产生的影响具体表现为：一是作业环境。在不一样的作业环境下，容器的耐腐蚀性有很大区别。例如，在超过限定稳定的情况下，腐蚀速度要快很多；在酸性情况下，低碳钢容器被腐蚀的速度非常快。酸性越强，则腐蚀速度越快；在高温的状态下，水中溶解氧含量会非常大，容器腐蚀速度会加快。二是介质温度。相关资料表明，在温度每上升10℃的情况下，化学反应速度会显著提升，提速1～3倍。高温能够使得介质的对流速度加快，介质电阻下降，从而加快电化学腐蚀。通常，随着介质温度的加快，腐蚀速度加快。三是压力。压力也会对金属的腐蚀性产生一定的影响，在压力提升的过程中，介质中气体的溶解度会加大，电化学反应的速度更快。四是pH值。酸碱环境对容器腐蚀有直接的影响。在不一样的酸碱环境下，介质中电解的离子含量不一样，进而影响到腐蚀情况。五是介质流动速率。越快的介质流速对流、扩散产生越为明显的影响，金属表层的保护膜会受到更为强烈的冲击，从而产生空泡等现象，使得容器出现严重的腐蚀。六是因操作不当而产生的腐蚀。相关工作人员没有严格依照操作流程而开展生产活动，从而使得容器被腐蚀。

2 提升压力容器防腐性能的有效策略

2.1 选择科学的材料

在对压力容器进行设计的过程中，应依据TSG21-2016《固定式压力容器安全技术监察规程》、GB150.1-150.4-2011《压力容器》来选材。在设计的过程中，应杜绝出现应力集中的情况，使得容器内的金属材料表层无缝隙与缺口，提升防腐蚀性能。从容器的实际用途及作业环境入手，使用具有优良耐腐蚀性能的材料。从实际情况看，碳钢是最为主要的化工压力容器材料，在要求较高的情况下，可以进一步使用铜材与钛材等。在选择压力容器材料的过程中，不仅要考虑耐腐蚀性，还要考虑介质的特性，如易燃性与毒性等。

2.2 增加缓蚀剂

缓蚀剂是一种极为特殊性的化学性材料，在金属的表层增加一定量的缓蚀剂，能够有效提高材料的力学性能，使材料具有更强的防腐蚀性。在某些盛有一定介质的金属材料内增加缓蚀剂，会有效地降低腐蚀速度，提高压力容器的防腐性能。由此可知，增加缓蚀剂是一种极具经济性的金属防腐技术，在提升压力容器防腐性能的过程中具有重要意义。缓蚀剂会对金属于介质环境下的电化学腐蚀有直接影响，对阴阳极反应有一定的抑制作用，降低金属电化学的腐蚀情况。常见的缓蚀剂有多种，具体为：一是氧化膜型的缓蚀剂。其自身为氧化剂，能够和金属产生一定的作用，在金属表层生成氧化膜，使得金属离子化得以降低。二是沉淀膜型缓蚀剂。在金属表层形成沉淀膜，借助缓蚀剂分子间的相互作用，减少腐蚀。三是吸附膜型缓蚀剂，此为有机缓蚀剂，能够优化金属表层的性质，提升金属的防腐蚀能力。

2.3 提高焊接质量水平

在压力容器材料腐蚀断裂中，焊接处的残余应力是非常重要的影响因素。在提升焊接质量水平的过程中，这些残余应力得到减少，焊缝区域的组织状况得以优化，容器的防腐蚀性能得以提升。现阶段，不锈钢材料经常使用电弧焊与氩弧焊进行焊接，不管何种工艺，都应严格依照钢结构焊接来规范进行，所选择的材料应是质检机构检测合格的材料。在焊接压力容器的过程中，应充分考虑材料的实际情况，进行一定的预热。在焊接工作结束后，还应该做好热处理工作，测试晶间腐蚀的状况，并进行一系列检测。

2.4 引入电化学防护策略

电化学防护的作用机理为：被保护金融材料成为原电池的阴极，从而对金融材料出现的阳极反应产生抑制作用，提升材料的防腐性能，具体方法为：一是牺牲阳极保护的方法。也就是说容器中固定铝锌等具有较强还原性的金属材料，金属容器相当于腐蚀电路的阴极，从而得到有效保护，提升防腐性能。这种方法多被应用到那些腐蚀性不强的介质之中。在强腐蚀性介质内，因为金属的消耗量会太大，所以缺乏经济性。二是外加电流阴极保护法。在容器外部增设直流电源，使得电子被强制性地自介质而向金属容器流动，容器成为阴极，从而得到保护。这种方法能够有较大的功率，所以应用范围更加广泛。在实际应用中，其还可以从具体情况出发而设置合理的电流流量，然而需要配置直流电源及相关附属装置，基础投资比较大，因此在实际应用中要充分考虑介质环境、防腐等级等因素。