压力容器的腐蚀与防腐

压力容器的腐蚀与防腐
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。

一、金属腐蚀的分类
金属和周围介质之间发生化学或电化学作用而引起的破坏称为腐蚀。

金属的腐蚀有两种：化学腐蚀与电化学腐蚀。

1、化学腐蚀
金属遇到干燥的气体和非电解质溶液发生化学作用所引起的腐蚀叫做化学腐蚀。

化学腐蚀的产物在金属的表面上，腐蚀过程没有电流。

钝化作用：如果化学腐蚀生成的化合物稳定、不易挥发和溶解，组织致密，称为钝化膜或钝化作用。

活化作用：如果化学腐蚀生成的化合物不稳定、易挥发或溶解，产物一层层脱落，不能保护金属，则称为活化作用。

（1）金属的高温氧化及脱碳
高温氧化：当温度在300~570℃时，铁和铸铁表面出现氧化皮
（ Fe3O4 和Fe2O3 ），附着在铁的表面，起保护膜的作用。

当温度高于570℃时，氧化皮主要是FeO，疏松易脱落，属常见氧化皮。

防治措施：为阻止或减弱FeO 的形成，在钢里加入适量的合金元素铬、硅或铝是冶炼抗氧化不起皮钢的有效方法。

脱碳：在高温（700℃以上）氧化的同时，钢还发生脱碳作用，反应如下：
FFe3C + O2==3Fe+CO2
FFe3C +CO2==3Fe+2CO
FFe3C +H2O==3Fe+CO+H2
影响：机械性能下降，表面硬度和抗疲劳强度急剧下降。

（2）氢腐蚀
在高温高压下会产生氢腐蚀。

铁碳合金在高温高压下的氢腐蚀分为氢脆和氢侵蚀两个阶段。

氢脆：氢与钢接触时被钢吸收，以原子状态溶入铁素体中形成固溶体。

特点：不反应，不改变机械性能，但材料变脆。

氢侵蚀：溶解在钢中的氢与渗碳体发生化学反应生成甲烷气，改变了钢材的组织。

反应式：
Fe3C+2H==3Fe+CH4
结果：形成局部高压，引起应力集中。

产生扩展裂纹，严重降低材料的机械性能。

压力升高，温度升高，氢气溶解力增强，氢腐蚀加剧。

防止方法：①降低含碳量，防止Fe3C 形成和析出；②加入Cr,Ti,Mo 形成稳定化合物，不与氢反应。

2、电化学腐蚀
定义：金属与电解质溶液间产化学作用而引起的破坏称电化学腐蚀。

特点：腐蚀中有电流产生
形成过程：金属在电解质溶液中，在水分子作用下，使金属本身呈离子化，当金属离子与水分子的结合能力大于金属离子与其它电子的结合能力时，一部分金属离子就从金属表面跑到电解液中，形成电化学腐蚀。

（1）原电池作用
因铁的电位较铜为负成为阳极，阳极反应失电子，铁溶解为离子，阳极放出的电子经导线到阴极（铜）。

但铜本身已平衡，无法接受电子，只得从溶液中吸收H+去平衡流过来的e+。

反应：
阳极（电位较高一侧）：Fe-2e Fe+
阴极：2H++2e-H2
（2）微电池和电化学腐蚀原理
由不同组织不同电位的结构形成的原电池叫微电池。

用微电池原理来说明电化学腐蚀的原理分为三步：
a、阳极反应，金属溶解：Me Me++e
b、电子移动，阳极过剩电子流向阴极：e 阳 e 阴
c、阴极反应：电子在阴极被吸收： e 阴+D [De]
阴极反应是吸收电子，分为以下几种情况：
i 当溶液中有电位高的金属离子存在时，这种离子吸收电子，还原为金属。

ii 当溶液呈酸性时，电子被游离的H+吸收，放出氢气。

iii 当溶液为中性时，溶液中氧吸收电子与水变成OH-。

（3）浓差电池与大电池
定义：同一种金属制成的容器中盛有同一种溶液，但与容器不同部位相接触的溶液浓度不同时，会因产生不同的电极电位而形成腐蚀电池，此腐蚀电池称为浓差电池。

阳极：与浓度较小的溶液相接触的部分
阴极：与浓度较大的溶液相接触的部分
（4）电化学腐蚀的条件
一个电化学腐蚀由三个环节组成，即：阴极反应、阳极反应、电子流动。

其中阻力最大的环节决定腐蚀速度。

电化学腐蚀过程须具备下列条件：
a) 同一金属上有不同电位的部分存在或不同金属间存在电位差；
b) 阴极、阳极互相连接；
c) 阳极和阴极处在互相连通的电解质溶液中。

二、影响金属腐蚀的主要因素
金属腐蚀过程取决于内在因素（如金属及合金成分、杂质含量和表面状态等）外部条件（如介质、温度、压力、介质浓度、流速等），而且这些因素互相影响，互相制约、关系复杂。

影响金属腐蚀的主要因素有以下几种：
1．金属及合金成分的影响
试验研究和生产实践证实，夹杂物会加速金属的腐蚀。

合金的腐蚀速度和合金含量有密切关系，
2．变形及应力的影响
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。

3．介质的成分及浓度的影响
介质的成分和浓度对金属的腐蚀有较大影响。

一般金属材料对腐蚀介质均有一定的适用范围。

如碳钢在稀硫酸中会很快溶解，但在浓硫酸中很稳定；不锈钢在中、低浓度硝酸中很耐蚀，但不耐浓硝酸的腐蚀。

4．温度的影响
温度升高加速电化学腐蚀，因为温度升高加速了溶液对流，使浓度极化降低。

5．压力的影响
压力会促使金属腐蚀速度增大，这是由于电化学过程的气体浓度随压力增加而增大的缘故。

6．流速的影响
溶液流速的增加，强化了物质的扩散和对流，同时也加速了腐蚀产物的脱落，或冲蚀保护膜，当流速很高时还会引起磨损腐蚀，从而加速金属的腐蚀速度如热交换器和冷凝器管束进口端的冲击腐蚀就是流速加速腐蚀的典型实例。

如介质的pH 值，金属表面状态等，也会对金属腐蚀产生一定影响。

三、金属腐蚀破坏的形式
均匀腐蚀区域腐蚀、非均匀腐蚀、点腐蚀（局部腐蚀）、晶间腐蚀、表面下腐蚀
均匀腐蚀：整个金属表面均匀的腐蚀破坏，危害性较小。

局部腐蚀：个别地方腐蚀，危害性较大
四、压力容器的腐蚀与防腐措施
综上所述，可知压力容器的腐蚀是一个十分复杂的问题，受材料、结构设计、制造安装、工艺操作等多种因素影响，防止压力容器腐蚀的基本措施简述如下：1．合理选材
合理选材必须综合考虑和分析压力容器所处的介质、温度及压力情况。

高温时尚需考虑材料的热强度和热脆性。

材料的耐蚀能力，一般容器材料年腐蚀率为0.1～0.5mm。

同时还要考虑材料耐局部腐蚀如晶间腐蚀、孔蚀、应力腐蚀、缝隙腐蚀、氢损伤等性能。

在设计和制造压力容器时，可参考各种腐蚀手册中的常用介质选材图和腐蚀图。

2．设计合理的结构
压力容器设计时，应避免采用会引起电偶腐蚀、缝隙腐蚀、冲刷腐蚀、应力腐蚀等腐蚀破坏的不合理结构，如避免容器中出现死角引起积聚沉淀物的腐蚀，底部出口必须能排净残液，以防残留液的腐蚀等。

3．制造安装
（1）、制造过程：
1、冷加工引起的残余应力，对应力腐蚀破裂发生，有着重要影响，一项对奥氏体不锈钢制压力容器应力腐蚀破裂事故调查结果表明，压力容器冷加工残余应力造成的事故占压力容器应力腐蚀破裂事故总数的48.7％。

2、压力容器应制造应采用热加工成型。

必须采用冷加工成型时，应进行消除应力热处理或喷丸等以消除冷作残余应力。

对应力腐蚀倾向严重的压力容器，应进行整体消除应力热处理或有效的局部热处理。

3、当防止不锈钢制压力容器焊缝的晶间腐蚀，采用小规范焊接，使输入热量尽是少，并尽量缩短焊接热循环。

4、对高强度不锈钢和低合金高强度钢，焊接时应采用烘烤过的低氢焊条，焊接过程中，周围环境应保持清洁干燥，以防水和水蒸汽进入熔池导致焊缝氢脆。

5、要严格控制不锈钢制压力容器试压水中的氯离子含量不得超过25ppm，以防孔蚀和应力腐蚀。

（2）、安装过程：
在安装时应注意压力容器的防震设施以防止交变应力引起的腐蚀疲劳。

4．维护管理
严格执行有关法规，根据设备检修有关规定，切实做好定期检查、取样，掌握压力容器在运行中缺陷的发展和腐蚀情况，对发现的问题及时采取补救措施，防止设备继续腐蚀，延长使用寿命，确保压力容器安全运行。

5．1、衬覆保护层
（1）金属保护层
用耐腐蚀性较强的金属或合金覆盖在耐腐蚀性较弱的金属上。

如：电镀、喷镀、不锈钢衬里。

（ 2）非金属保护层
设备内部衬有非金属衬里和涂防腐涂料。

常用衬材：酚醛胶泥衬瓷板、瓷砖、不透性石墨板、水玻璃胶泥。

2、电化学保护
（1）阴极保护（牺牲阳极保护法）
范围：受海水、河水腐蚀的设备，各种运输管道。

外加电流阴极保护实质为整个金属设备被外加电流极化为阴极，而辅助电极为阳极
即辅助阳极。

常用的辅助阳极：废铁、硅铸铁、石墨。

（2）阳极保护
被保护的设备接阳极直流电源，金属表面生成钝化膜气保护作用。

此方法技术复杂，使用不多。

3、添加缓蚀剂
在腐蚀介质中加入少量物质，缓解腐蚀速度，此物质称缓蚀剂。

缓蚀剂有：重铬酸盐、过氧化氢、磷酸盐、亚硫酸钠、硫酸锌、硫酸氢钙（无机缓蚀剂）和生物碱、有机胶体、氨基酸（有机缓蚀剂）。

按使用情况分三种：
在酸性介质中：硫尿、若丁；
在碱性介质中：硝酸钠;
在中性介质中：重铬酸钠、亚硝酸钠、磷酸盐。