液氨储罐的腐蚀与防护

液氨储罐的腐蚀与防护集团标准化小组：[VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN]

银川能源学院

过程设备腐蚀与防护腐蚀分析报告

目录

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891kPa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O

2、CO

2

、N

2

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、O

2

和N

2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O

2

的液氨中,钢表面吸附O

2

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,O

2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N

2

时,由于N

2与O

2

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CO

2

则会导致全面腐蚀,其腐蚀机理为:

阴极反应公式：

O

2+2NH

4

+4e-→OH-+2NH

3

阳极反应公式：

2Fe→2Fe

2

++4e-整个反应公式：

O

2+2NH

4

+2Fe-→2Fe

2

++2OH-+2NH

在液氨储罐内有CO 2气体共存时,则将会生成碳酸铵，

2NH 3+CO 2-→NH 4CO 2NH 2

NH 4CO 2NH 2-→NH 4+NH 2CO 2-

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O 2液氨之中,由于钢表面会吸附O 2，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