液氨储罐的腐蚀与防护

银川能源学院

过程设备腐蚀与防护腐蚀分析报告

院系石油化工学院

专业班级过控1301班

报告题目液氨储罐的腐蚀与防护

学生姓名尹仁杰

学生学号1310140150

指导老师王斌

上交时间2016.11.30

审阅人

目录

1.液氨储罐的危害 (1)

2.液氨的性质 (1)

3.液氨储罐的腐蚀特征 (1)

4.液氨储罐腐蚀分析 (1)

5.影响腐蚀的原因 (2)

5.1与空气接触 (2)

5.2 应力腐蚀 (2)

5.3 温度因素 (3)

6.腐蚀发生的部位 (3)

7.腐蚀防护方法 (3)

7.1应力腐蚀防护 (3)

7.2大气腐蚀防护 (4)

7.3其他方面防护 (4)

8.结论 (5)

液氨储罐的腐蚀与防护

摘要

氨是一种重要的化工产品和工业原料,广泛应用于炼油、化工、农业、制药、制冷等工业。为便于储存和运输,合成氨厂生产的产品氨通常是将氨气加压或降温处理成液氨,液氨储罐作为一种特殊的压力容器,在这些行业也广泛使。

关键词液氨储罐腐蚀防护

1.液氨储罐的危害

液氨储罐作为一种特殊的压力容器在合成氨厂中使用十分广泛。多年来的实践发现,液氨储罐很少发生强度破坏,大多数是由腐蚀裂纹引起的腐蚀破坏。液氨储罐容易发生应力腐蚀，将会导致储罐爆炸。

2.液氨的性质

氨作为化工产品集工业原料, 广泛应用工业之中，氨无色气体，有特异的刺激臭味，易于液化，在20℃下891 k Pa 即可发升液化，并放出大量的热；在温度变化时，液氨体积变化系数很大，液氨相对密度0.771，液氨的熔点为-77.7 ℃，沸点为-33.35 ℃，液氨临界温度132.44 ℃，液氨蒸气相对密度达到0.597。

3.液氨储罐的腐蚀特征

通过对各类液氨储罐的开罐检查发现,储罐内表面焊缝区的腐蚀裂纹比较严重,且多数出现在环焊缝上,裂纹断口没有塑性变形,呈现出典型的脆性裂纹特征。裂纹多数为浅而长的表面裂纹,且有明显的分支,主干裂纹与焊缝方向垂直,尤其在手工电弧焊的引弧处和收弧处、T型接头处及封头环缝与筒体纵焊缝交叉部位,裂纹更严重。磁粉检测发现,焊缝裂纹呈树枝状,主干裂纹多呈线性,分支较短,端部较尖锐,根部稍宽。

4.液氨储罐腐蚀分析

储罐里面的液氨是经过加压或降温而转化成的液化气,它的操作压力就是大气温度下的饱和蒸气压。操作温度和操作压力随气候变化而波动。《压力容器安全技术监察规程》规定,无保温或保冷、盛装低压液化气体的常温储罐,设计温度均取50℃,最高工作压力取所装介质在50℃时的饱和蒸气压力。而广东地区夏天的最高室温一般不会超过40℃, 40℃下氨的饱和蒸气压为1.55MPa,通常操作压力为0.8~1.2MPa,故储罐一般不会因超载而发生强度破坏。由于

液化气的膨胀系数非常大,为水的数十倍,如果液体充满储罐,储罐内的压力就不再是蒸气压,而是液体的膨胀压力。储罐的工作压力直接受温度的影响,温度每升高1℃,液氨储罐的压力就可升高1.316～ 1.875MPa,温度只要升高3～5℃,储罐就会因严重超载而爆炸。因此,《压力容器安全技术监察规程》规定了储罐在不同充液温度下的装量系数,以保证储罐内有足够的气体空间。如果储罐在投入使用前抽气不完全,就很容易使空气掺杂在里面。液氨在充装、排料及检修等过程中,也会受到空气的污染,储罐焊缝处存在由于操作压力引起的拉应力和焊接残余应力。在拉应力状态下,碳钢在被空气污染的液氨环境中很容易发生应力腐蚀破坏。

5.影响腐蚀的原因

5.1与空气接触

设备、管道的焊接质量、连接阀门、法兰、垫片、螺纹连接的安装质量问题，以及设备密封装置的损坏，储罐在投进使用前抽气不完全,使空气掺杂在里面；内部介质的热响应，液相温度未达到饱和温度为过冷状态，热量由储罐内壁传入后液体会沿容器壁面上升，与过冷液体混合。同时，在液氨充装、排料及检验等过程中, 也会受到空气的污染, 储罐焊缝处存在由于操纵压力引起的拉应力和焊接残余应力。在拉应力状态下,碳钢在被空气污染的液氨环境中很轻易发生应力腐蚀破坏。

5.2 应力腐蚀

空气中的O2、CO2、N2都会促进液氨对罐壁材料的腐蚀。不论是在气相或液相中,氨、O2和N2与碳钢或低合金钢组成了应力腐蚀环境,产生应力腐蚀(SCC)。其腐蚀的机理为:在含O2的液氨中,钢表面吸附O2形成氧膜,这使腐蚀电位保持在正值,当材料受拉力产生应变后,膜被破坏,暴露出来的新鲜表面(滑移阶)与氧膜的金属表面组成微电池,产生快速溶解。在没有其他杂质存在时, O2能在裸露金属表面上再成膜,抑制应力腐蚀的产生;而当液氨中同时溶有N2时,由于N2与O2在滑移阶上产生“竞争吸附” ,阻止部分裸露滑移阶的再钝化,从而增加钢的应力腐蚀断裂敏感性。上述有关应力腐蚀的条件,只要缺任何一种,应力腐蚀均不能发生。而空气中的CO2则会导致全面腐蚀,其腐蚀机理为:

阴极反应公式：

O2+ 2NH4+ 4e-→OH-+ 2NH3

阳极反应公式：

2Fe→2Fe2++ 4e-

整个反应公式：

O2+ 2NH4+ 2Fe-→2Fe2++ 2OH-+ 2NH

在液氨储罐内有 CO

气体共存时, 则将会生成碳酸铵，

2

2NH3+ CO2-→NH4CO2NH2

NH4CO2NH2-→NH4+ NH2CO2-

在该反应中，碳基甲酸氨对液氨储罐的碳钢会产生强烈腐蚀作用,加剧腐蚀破坏。在含O2液氨之中,由于钢表面会吸附O2，从而将会形成氧化膜, 为此导致腐蚀电位为正值, 当储罐材料在受到拉力变形后，膜就会被破坏,导致新鲜暴露的表面与氧产生溶解。

5.3 温度因素

储存温度也会对应力腐蚀产生影响, 0℃以上常温操纵的储罐,液氨储罐易发生应力腐蚀，同时，对于液氨储罐的应力腐蚀，在温度因素影响下，也会形成液氨储罐发生电化学腐蚀的过程，液氨储罐温度的升高，有助于液氨储罐腐蚀进行，低温液氨储罐在储存中，液氨氧含量会不断蒸发减少，而常温液氨储罐中，其液氨中氧含量也不会降低，故此，也会加剧液氨储罐腐蚀的发生。

6.腐蚀发生的部位

应用液氨储罐储存和运输氨，还将会面临液氨储罐腐蚀风险，并且对液氨储罐检验发现, 储罐很少会发生强度破坏, 大多是由腐蚀裂纹引起的腐蚀破坏。内、外介质腐蚀，容器壁厚减薄，外壁受大气的腐蚀作用，内壁为氨腐蚀。液氨储罐内的表面焊缝区，其腐蚀裂纹较为严重,呈现出脆性裂纹特征；裂纹多数为浅长表面裂纹,在手工电弧焊引弧处裂纹更严重。7.腐蚀防护方法

7.1应力腐蚀防护

由于SCC发生的三个基本条件是敏感材料、特定环境和拉应力，所以影响SCC的因素有冶金、环境和应力三个方面。因此，有效的防护方法就是消除这三个方面一切有害的因素。

(1)材料选择。

实践证明,材料强度越高,发生应力腐蚀的可能性越大。但不发生应力腐蚀的最低强度限与杂质含量及特性、应力大小、操作速度等因素有关。为了防止应力腐蚀,在综合考虑操作压力、残余应力以及安全性和经济性的情况下,应尽可能选用强度较低的钢材。

(2)采用合理的结构和焊接工艺。

结构上应避免焊缝过多、过于集中、焊缝不对称、焊缝交叉和焊接顺序不合理等造成的应力集中。制造时应避免强力组焊,防止咬边、错边等缺陷,并保证与介质接触的表面尽量光滑。制造完成后,应进行退火热处理以去除焊后残余热应力。正确的焊后热处理可以大大降低制造