石油化工静设备应力腐蚀开裂成因与防护措施

曹春红

（中安联合煤化有限责任公司煤化工分公司，江苏 淮安 223000）

机械设备的破坏中，应力及腐蚀损坏占很大的比重，尤其是石油化工领域内，腐蚀破坏的比例甚至可超过50%，这其中便有因石油化工的工作环境的特殊性的因素加成。日本也对国内的腐蚀损坏进行了调查统计，发现其中应力腐蚀损坏在17 年全年设备腐蚀损坏的比例达到了42.2%。由此可见，应力腐蚀破坏在机械设备尤其是石油化工中的损坏比例达到了很大的比例。由此可见，石油化工设备中，对设备腐蚀应力损坏的预防，也应提到一个较为重要的地位，本文对石油化工设备中的应力腐蚀损坏的机理进行了基本分析，在对设备分析中应避免出现这种情况。

1 应力腐蚀开裂的定义

应力开裂是材料微观变形中的一种方式，而其中的应力腐蚀是因金属材料或其他合金材料在具有腐蚀性物质存在的情况下，该物质对金属材料内部原子间具有一定的作用，使得该原子周围的电子丢失，进而使得金属物质的原子结合力大幅度降低，随着拉力的增大，最终使得金属物质发生断裂等宏观形变，称此变形为应力腐蚀变形。

应力腐蚀断裂在宏观变形上一般表现为脆性断裂，一般形变是沿着材料晶界进行断裂变形，若材料具有拉应力作用，也有其他具有腐蚀性物质存在于晶界间，同时，金属材料可被腐蚀性物质腐蚀，便可发生材料应力腐蚀变形。

2 石油化工静设备的特殊工况

应力腐蚀开裂在石油化工行业具有较高的占比，主要有以下三个原因：首先，石油化工静设备通常在高温高压高腐蚀环境下工作；其次，石油化工设备由金属进行制备，或者合金制备，可发生一定的电化学反应；最后，石油化工静设备在制造和使用过程中易产生拉应力。

3 石油化工静设备应力腐蚀开裂成因

3.1 存在拉应力

石油化工设备在制造及工作的过程中，总是会存在拉应力，因此，对设备会造成一定的损害。一般而言，对设备具有拉应力或者存在拉应力的有两种，一种是设备在制造过程中存在的残余应力，加工过程总是会存在着残余应力。第二种是设备加工完成后存在的工作应力，其由外界提供或者设备运行过程中的自身运动拉力。残余应力引起的设备安全事故一般可占据到应力破坏的总占比有80%，而加工应力或者说外界应力引起的事故占据了另外的20%，理应引起我们的重视。

当然，我们对残余应力进行分析可知，设备中残余应力主要是设备焊接应力，除此之外，还有设备组装过程中由外界荷载或者温度变化引起的其他应力，也会对设备产生较为严重的影响。

3.2 特定的金属或合金成分

石油化工设备在使用过程中，其环境中存在着高温、湿润及富含其他化学物质，极易发生腐蚀损坏，故而对化工设备的制造材料具有较高的要求，除了低合金高强度钢、碳素钢等材料外，还包括不锈钢等材料，并可以加入其他微量元素，使得材料抗腐蚀能力增强。

3.3 改变腐蚀环境

由于石油化工设备使用的环境的特殊性，其极易发生腐蚀损坏，原油于管道中流动时，会给管道创造一个高温、湿润且具有腐蚀性物质的环境，因此，使得管道容易发生化学反应，造成管道内腐蚀应力升高，增加其破坏变形的概率，基于此背景进行考虑，可采取以下几种方法降低其应力腐蚀强度。

（1）保持材料表面清洁。注意防止腐蚀介质浓缩，这需要在外包之前对罐体进行清洁处理，例如，采用高压水洗去除污垢等。

（2）使得罐体处于干燥状态。罐体中水的存在可使的罐体与其他腐蚀性物质或者空气发生电化学反应，罐体因此而处于腐蚀应力较大的状态，基于此，在罐体冷却及运输过程中，应保持罐体的干净，清洁。当然，这也是目前所面临的一大问题。

（3）使管道所处环境中腐蚀性物质的浓度处于较低的状态。具有腐蚀性的环境中，含有较高的氯离子等酸性离子，因此，可通过降低腐蚀性介质中的这些酸性离子而使得介质的腐蚀性降低。不同材料可发生腐蚀破坏的酸性离子含量不同，一般而言，像316L 不锈钢在130℃温度环境中，发生腐蚀性破坏的氯离子含量为10%，2205 双相钢在相同温度下时，其发生腐蚀反应的氯离子含量却为5%。由此可见，不同材料所能承受腐蚀损坏的酸性离子含量具有不同的数值。

（4）可使用一种脱氧剂来减缓或者避免管道材料腐蚀。金属材料在发生腐蚀破坏的过程中，会发生电化学反应，而氧气的存在，会大幅使得腐蚀效率提高，基于此背景，可使用一种脱氧剂，将环境中的氧气含量降到尽可能低的程度，避免其发生电化学反应，一般可在管道表面涂油漆将金属与空气进行隔绝。

（5）添加减缓腐蚀剂。管道材料在使用过程中，因为存在着一定的腐蚀剂，使得材料腐蚀性大幅提高，因此，可以添加一些化学物质作为缓腐蚀剂，将腐蚀效率大幅降低。

4 应力腐蚀开裂的防护

在石油化工领域，应力腐蚀使得管道材料损害较大，减少设备的使用寿命，造成较为严重的后果，因此，采取一定的措施将设备的腐蚀应力降低很有必要。

4.1 合理选材优化设计结构

材料根据其构成原子外层电子的活泼性，具有不同程度的反应强度，因此，针对管道设备的不同使用环境，可使用不同的材料进行石油化工设备的制造，便可较大程度地增加材料及设备的抗腐蚀性。如在含有大量酸性离子的液体中，应避免使用钢材类等制备设备，也可以较大程度的降低设备的腐蚀应力，减少设备发生损害的概率。

4.2 文明施工控制残余应力

对于机械设备而言，其加工制造过程中会产生残余应力之外，安装过程也会产生误差，并导致应力的产生。在设备安装时，焊接是一个必不可少的步骤，而焊接应力也会对设备的使用寿命有着很大的影响。一般可使用热处理工艺，如，正火、退火等方式来消除设备的残余应力。

（1）组装过程的质量控制。因为设备安装过程中会产生较大的安装应力，造成石油化工设备使用寿命降低的很重要的因素，因此，在设备安装过程中，按照安装技术规范来安装设备，严格控制安装质量，将安装误差降到最低，设备的应力破坏也会因此降到最低。

（2）焊接过程的质量控制。石油化工设备的应力与设备材料有关，也与设备安装应力有关，设备的安装过程一般伴随着焊接过程。如果在设备制造过程中，只是注重于设备材料的选择，而忽视设备安装过程的应力控制，尤其是焊接过程的应力控制，也会造成很严重的后果。一般而言，焊接过程中应视所焊接母材的不同选择不同的焊接材料。在焊接时，应制定合理的工艺流程，控制材料晶粒颗粒的大小，也可避免应力集中。

4.3 石油化工设备日常使用中的维护

设备的使用寿命，除了和其制造、安装过程有关系外，设备在后续的生产过程中，需要按照制定的操作规范来对设备进行管理维护，这也是对设备进行管理的最后一道工序，可以通过以下几点来进行维护：

根据设备的实际工况进行设备的维护和保修，使得设备应在其额定工作电压、适当温度以及其他规定的技术要求方面进行维护，也应减少设备非正常操作时间，使得设备可正常运行。

针对设备的运行情况及技术情况，制定较为符合且全面的设备检查项目，尤其是针对设备中具有较为危险的部件进行重点检查，及时发现设备运行过程中的不安全因素，从而避免造成较大的损失。

在设备检修过程中，要根据施工要求进行文明施工，从而避免不必要的二次损伤，检查完毕后，可对设备进行必要的修复。

5 结语

应力腐蚀开裂在石油化工静设备在安装使用、设计制造、日常维护的整个使用周期中，较为普遍的存在着。这些条件的互相作用，促成了石油化工静设备应力腐蚀开裂的发生，是应力腐蚀开裂在石油化工静设备腐蚀破坏中占比最高的原因，同时，对于石油化工静设备的应力腐蚀开裂破坏，应高度重视，从设备设计、制造、安装到使用等各个环节严格按照标准规范施工，进而减少因应力腐蚀破坏造成的损失。