金属设备腐蚀分析

蚀
动
结
构
设
计
不利
有利
11
影响金属腐蚀的因素 设备结构因素
防 6.高速流体管道三通设计－－采用流线型过渡结构 腐 蚀 结 构 设 计
不好
较好
较好
高流速管道接头
12
影响金属腐蚀的因素
设备结构因素
防 7.螺栓联接
腐
蚀
结 构
不正确
正确
正确
设
计
积存栓污头物朝、上水等 栓头朝下 腐蚀性介质
加塑料保护盖 13
的
改变
材料表面特性和力学状态
2021/4/16
1
影响金属腐蚀的因素 设备结构因素
1.保温、保冷和绝热
烟囱的保温绝热
防 露点腐蚀
腐 露点：工艺气体在降温过程达到相变点产生液态结露。
蚀 烟气中含有SO2。当含硫烟气处于脱硫工况时，在强制
结
氧化环境作用下，烟气中的SO2首先与水生成H2SO3及
构
H2SO4，再与碱性吸收剂反应生成硫酸盐沉淀分离。
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腐蚀失效类型的特征及产生条件
均匀腐蚀与局部腐蚀的区别
危害性：
均匀腐蚀：速率可测、破坏易防－－腐蚀裕量
局部腐蚀：局部腐蚀速率远远高于全面腐蚀、
破坏无先兆、危害性大。
事故比例(日本十年化工机械破坏事例统计)：
均匀腐蚀：8.5%
局部腐蚀：88%（应力腐蚀45.6%，孔蚀21.6%，
腐蚀疲劳8.5%，晶间腐蚀4.9%，
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腐蚀失效类型的特征及产生条件
孔蚀(点蚀、小孔腐蚀)
避免方法： 从材料上考虑如何降低有害杂质的含量，加入
适量的能提高抗孔蚀能力的合金元素。 设法降低介质中的尤其是卤素离子的浓度； 结构设计时消除死区，防止溶液中有害物质的
浓缩； 采用阴极保护。
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腐蚀失效类型的特征及产生条件
局部腐蚀
➢ 缝隙腐蚀：在零件表面很小的间隙或裂缝处 产生的腐蚀现象。 避免方法：要求零件表面光滑，无裂缝，焊 缝根部无裂缝。
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石油化工设备的腐蚀特征 一氧化碳气体腐蚀
腐蚀特点 ❖ 在某一压力下，在某一温度范围内，腐蚀速
率达最大值，超出该范围后，却又不再腐蚀。 CO气体腐蚀的压力与温度范围
当压力升高，腐蚀温度范围扩大，并向高温侧移动。23
石油化工设备的腐蚀特征
一氧化碳气体腐蚀
H2和CO气体同时存在的条件下，选材建议：
电偶电池 41
腐蚀失效类型的特征及产生条件
局部腐蚀
石墨化腐蚀：
➢ 铸铁中含有网状石墨，发生腐蚀时石墨为腐 蚀电池阴极，铁素体组织为阳极。
➢ 铁发生选择性溶解，留下石墨残体骨架。从 外形看并无多大的改变，但机械强度严重下 降，极易破损。
➢ 灰铸铁构件、管道在水中和土壤中极易发生 这种腐蚀破坏。
42
❖ 高温下从循环气中分解出来的氮，扩散到钢 材中形成又硬又脆的氮化物，导致氮化腐蚀， 使钢的冲击韧度大大降低。
❖ 能抗氮腐蚀的钢材，也能耐氢腐蚀。 ❖ 采用奥氏体铬镍铜可耐氮的腐蚀。
29
腐蚀失效类型的特征及产生条件
腐蚀失效类型
全面腐蚀 均匀腐蚀
局部腐蚀
1.点蚀
2.氢腐蚀
3.交变应力作用下的腐蚀疲劳
石油化工设备的腐蚀特征 氢的腐蚀
第二阶段
❖氢与钢材组分发生化学反应。
❖压力增加， Fe、C分解成铁和甲烷 ；温度升 高，加速脱碳反应速率。
❖ 氢造成钢内部脱碳和产生甲烷气体，气态甲
烷导致内部诱发微裂纹，甚至在钢材表面产
生鼓泡。
19
石油化工设备的腐蚀特征 氢的腐蚀
❖ 敏感性与温度、氢分压、合金材料有关； ❖ 氢蚀发生的决定因素：环境温度和氢分压 ❖氢蚀反应发生在钢材表面时表现为表面脱碳 ，
(b)
不好
好
3
影响金属腐蚀的因素
设备结构因素
1.保温、保冷和绝热
防 腐 蚀 结 构 设 计
烟囱的保温绝热
不好
好
4
影响金属腐蚀的因素 设备结构因素
1.保温、保冷和绝热
防 腐 蚀 结 构 设 计
(a)
不好
壳体底部排液管
(b)
好 5
影响金属腐蚀的因素 设备结构因素
1.保温、保冷和绝热
防 腐 蚀 结 构 设 计
化膜被冲刷，腐蚀加剧； ❖ 易发生发生部位：气液界面，闪蒸段，特别
是转油线、重沸器回流段、泵、管线产生涡 流的地方。
27
石油化工设备的腐蚀特征
硫化氢及硫化物腐蚀
耐腐蚀用钢
❖ 碳钢在H2S水溶液中生成的FeS，在温度＜50℃时， 生成的FeS疏松，没有保护性；当温度在100－
150℃，FeS具有一定的致密性，具有较好的保护性。
从而造成表面的硬度、强度下降。 ❖ 氢蚀反应发生在钢材内部时表现为内部脱碳
和开裂。
20
石油化工设备的腐蚀特征
氢的腐蚀
钢
材
抗
氢
蚀
能
力
的
影
响
因
素
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石油化工设备的腐蚀特征 一氧化碳气体腐蚀
❖ 在一般温度和压力下，CO体并不是一种腐蚀 性气体。
❖ 当压力和温度同时增大时，CO气体变成腐蚀 性气体。
❖ 与铁化合形成挥发性物质，使壁厚减薄。
影响金属腐蚀的因素
设备结构因素
防
8.不同断面的焊接
腐
蚀
结
构
设
计
不同断面焊接－－减小焊缝处应力
14
影响金属腐蚀的因素 设备结构因素
防 9.不同金属间的焊接 不要把与介质接触的器壁熔透
腐
－－避免组织变化
蚀
－－防止晶间腐蚀、选择性腐蚀
结
构
设
计
15
影响金属腐蚀的因素 设备结构因素
防 10.异种金属连接
腐
蚀
结
构
设
计
（a）
（b）
设计时可考虑在两段管之间加入一段可
更换的管, 此管由较活泼的金属制造。备件储
备考虑设置易损件, 以便及时更换。
16
石油化工设备的腐蚀特征
高温、高压下腐蚀性介质对材质及其性能的影响
氢腐蚀 一氧化碳气体腐蚀 硫化氢及硫化物腐蚀 氮腐蚀
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石油化工设备的腐蚀特征 氢的腐蚀
第一阶段
影响金属腐蚀的因素
腐 设备结构因素
蚀 是
• 应力
➢ 应力腐蚀破裂(拉应力)
从 ➢ 腐蚀疲劳(交变应力)
绘 ➢ 磨损腐蚀(剪切应力)
• 表面状态与几何形状
➢点蚀 ➢缝隙腐蚀 ➢浓差电池腐蚀
图
板 • 异种金属组合
开
➢ 电偶腐蚀 ➢ 电位低的被腐蚀
始
• 结构设计不合理
➢ 沉积物排放 ➢ CL-浓缩产生点蚀、缝隙腐蚀
36
腐蚀失效类型的特征及产生条件
局部腐蚀
➢ 振动裂纹腐蚀：在有切口或应力集中的表 面，再加振动的作用，在腐蚀条件下会产 生腐蚀现象。
➢ 避免方法：先分析振动产生的原因，并设 法消除。在结构上消除切口和应力集中源 或将有应力集中的表面用喷丸、液压等方 法强化。
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腐蚀失效类型的特征及产生条件
局部腐蚀
局部腐蚀
异种金属 组合因素
➢ 异种金属腐蚀：相互接触的两种金属之间有 一定的电化学势差，由于介质的作用形成局 部电解，引起腐蚀。
避免方法：合理选用材料、采用电化学势差 较小的金属组合、把两种金属隔离等。
40
腐蚀失效类型的特征及产生条件
异种金属腐蚀
异种材料组合-----接触部位局部腐蚀： 电位较低的金属，溶解速度 电位较高的金属，溶解速度 电偶腐蚀、接触腐蚀、双金属腐蚀 －－两种不同电极构成的宏观腐蚀电池
力学因素
➢产生条件： 腐蚀性流体、相对运动速度较 高、流体中含固体颗粒等。
➢与磨损的区别：磨损腐蚀过程金属仍以金属 离子形式溶入溶液，而磨损是以粉末形式脱落。
➢举例：离心泵叶轮、搅拌器、阀门、弯头、 换热器入口管等。
➢形式分类：湍流腐蚀、空泡腐蚀(汽蚀)、微
振腐蚀等。石化装置常见前两种。
39
腐蚀失效类型的特征及产生条件
1) Cr钢：30%
钢材腐蚀不受
Cr-Ni钢：Cr 2.5%，Ni：25% CO气体的压力
锰青铜：5%
和温度的影响
2) Cr：13%与17%，钢材耐CO的腐蚀性能稍 差一些，但价格便宜，故常被采用。
3) 18-8型不锈钢的耐腐性较差，要适当避开腐
蚀最剧烈的温度范围，否则不够稳定。
24
石油化工设备的腐蚀特征 硫化氢及硫化物腐蚀
高温氧化4.9%, 氢脆3.0%）
32
腐蚀失效类型的特征及产生条件
局部腐蚀
孔蚀(点蚀、小孔腐蚀)： ➢ 金属表面的不均匀性，如存在划痕、表面缺
陷，夹杂等点蚀源。 ➢ 介质中的卤素族阴离子和氧化剂同时存在。 ➢ 点蚀通常在静止的介质中发生。 ➢ 钝性金属容易产生点蚀。
腐蚀特征：腐蚀孔直径很小，沿深度扩展， 直至穿孔，表面上呈麻点状。
壳体支架
不好
好
6
影响金属腐蚀的因素 设备结构因素
1.保温、保冷和绝热 绝热层护板和绝热材料
防
腐
蚀
结
构
设
计
(a)
(b)
好
不好
7
影响金属腐蚀的因素
设备结构因素
2.容器排液接管
防
蒸发导致浓度增加
腐
蚀
(a)
(b)
(c)
(d)
结
不好
不好
不好
好
构
设
计
贮留液加剧点蚀
排液完全 8
影响金属腐蚀的因素
设备结构因素
❖ 含铬5%以上合金钢被高温硫化氢腐蚀后，能在钢材 表面形成三层垢壳，外层是多层的硫化亚铁，中间
是致密的Cr2O3，内层是致密比较稳定的尖晶石型化 合物FeCr2O4。
❖ 高硫油选材导则推荐:
< 24来自百度文库℃ 碳钢
> 240℃ Cr5Mo Cr9Mo Cr13 18-8 渗铝钢
28
石油化工设备的腐蚀特征 氮腐蚀
知识回顾
硫化物的类型有哪些， 与腐蚀有直接关系是哪种类型？
25 25
石油化工设备的腐蚀特征
硫化氢及硫化物腐蚀
含 硫 化 合 物 腐 蚀 类 型 26
石油化工设备的腐蚀特征
硫化氢及硫化物腐蚀
硫化物的腐蚀特点 ❖馏份越重，含硫越高，但腐蚀性不一定越大； ❖ 硫腐蚀与流速有关，超过30M/S腐蚀加剧； ❖ 和环烷酸一样，在涡流高的地方保护性的硫
设
在此阶段，工艺环境温度正好处于稀硫酸活化腐蚀温 度状态，其腐蚀速度快，渗透能力强，故其中间产物
计
H2SO3及H2SO4是导致设备腐蚀的主体。
烟气中所含NOX、吸收剂中的水及水中所含的氯离子对
金属基体也具有腐蚀能力。
2
影响金属腐蚀的因素 设备结构因素
1.保温、保冷和绝热
防
腐
蚀
结
构
设
计
(a)
烟囱的保温绝热
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腐蚀失效类型的特征及产生条件
局部腐蚀 缝隙腐蚀
几何因素
一般缝隙为0.025~0.1mm
工程结构：铆接板的结合面、螺纹连接、 螺母压紧板、法兰垫片结合面、设备底板
与基础的接触面等等。
有些缝隙是设计不合理造成的，有些从设 计上难以避免。
泥沙、污垢、灰尘等沉积在金属表面上，
无形中亦形成了缝隙。
防
3.塔体刚性圈
连接不可以转动的,能承受弯矩及 其它拉压力,为刚性连接.
腐
蚀
结
构
设
计
不好
较好
好
9
影响金属腐蚀的因素 设备结构因素
防
4.减轻腐蚀的结构
腐
在零件中相邻两壁之间应该有足够的空间
蚀
结
构
设
计
不好
较好
好
10
影响金属腐蚀的因素
设备结构因素
防 5.渐缩管设计过渡区－－避免磨损腐蚀
腐
过渡区很小
过渡区有利于液体流
4.拉应力下的腐蚀破裂
5.缝隙腐蚀
6.电偶腐蚀
7.晶间腐蚀
8.氢脆
9.石墨化腐蚀
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腐蚀失效类型的特征及产生条件
腐蚀失效特征
➢ 均匀腐蚀：设计时，要预先估计腐蚀速度， 给壁厚增加一定的余量，选择合适的耐腐蚀 材料或防腐蚀涂料，尽量减少设备暴露在腐 蚀环境中的面积，避免过分潮湿等。
➢ 局部腐蚀：在某些局部发生的腐蚀，往往造 成很深的腐蚀缺口而产生很大的应力集中， 因为不易发现而造成严重的事故和损失。
➢ 应力裂纹腐蚀：在拉应力作用下，机械零件 的应力集中部位产生腐蚀。 避免方法：设法减小或消除表面拉应力，在 表面预加压应力(如喷丸处理)。此外，采用 各种减小应力集中的结构，降低表面粗糙度， 提高焊缝质量(消除各种缺陷)等，都可以减 轻零件的腐蚀。
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腐蚀失效类型的特征及产生条件
局部腐蚀
磨损腐蚀