化工压力容器腐蚀影响因素及防腐策略 雷延国

化工压力容器腐蚀影响因素及防腐策略雷延国

发表时间：2018-04-04T16:54:19.523Z 来源：《基层建设》2017年第34期作者：雷延国

[导读] 摘要：化工压力容器一般是采用金属材料制作而成的，其在化学环境下和压力环境下容易产生腐蚀或破裂，从而严重影响工作安全和使用寿命。

河南省义马气化厂河南 472300

摘要：化工压力容器一般是采用金属材料制作而成的，其在化学环境下和压力环境下容易产生腐蚀或破裂，从而严重影响工作安全和使用寿命。化工人员在实际工作操作的过程中需要对压力容器实施防腐蚀技术处理，从而为工作的安全性提供保障。

关键词：化工；压力容器腐蚀；影响因素；防腐策略

1化工压力容器常见腐蚀类型

1.1物理腐蚀

物理腐蚀是指构成容器的金属材料在物理溶解作用下所产生的损坏，这种腐蚀与化学或电化学反应无关，仅是一个物理变化的过程。例如，用来盛放熔融金属的钢制容器会缓慢地被熔融金属所溶解，日积月累就会造成明显的物理腐蚀。

1.2化学腐蚀

化学腐蚀是指容器表面的金属材料与化学物质接触而发生直接的化学反应，最终引起容器的损坏。引发化学腐蚀的一般是干燥气体或非电解质溶液，发生腐蚀时，金属原子直接与氧化剂进行电子交换而完成氧化还原反应，期间不会产生电流。

1.3电化学腐蚀

电化学腐蚀是造成化工压力容器腐蚀的最主要原因，其破坏性比物理腐蚀和化学腐蚀要大得多，这是因为化工生产中的电解质溶液非常常见，为电化学腐蚀提供了良好的电解质环境。根据电化学机理，发生电化学腐蚀需要阴极和阳极，两者之间会构成电流回流。在电化学腐蚀过程中，位于阳极的金属失去电子并以离子形态进入电解质溶液，而金属中的剩余电子在阴极被氧化剂所捕获。电化学腐蚀既可以是单一的电化学过程，也可以与机械作用、生物作用等共存，形成一个极为复杂的反应过程。

2化工压力容器防腐蚀的策略

2.1合理选用材料

设计化工压力容器时，应严格依据ＴＳＧ２１—２０１６《固定式压力容器安全技术监察规程》以及ＧＢ１５０．１～１５０．４—２０１１《压力容器》的相关规定进行选材，设计时应尽可能避免或减小应力集中，并且确保容器的金属材料表面不存在缺口和缝隙，以免因介质积聚而引起腐蚀。需要结合容器具体用途和工作环境（如温度、压力、介质性质等），选择耐蚀性较强的合金材料。一般情况下，化工压力容器材质以碳钢为主，部分对材质要求较高的可以使用不锈钢、铜材或钛材。耐蚀性并非压力容器选材的唯一标准，介质的毒性、易燃性等也是需要考虑的重要因素。例如，Ｑ２３５－Ａ．Ｆ不宜用作易燃介质容器的材料，Ｑ２３５Ｂ与Ｑ２３５Ｃ不宜用作毒性等级为极危或高危介质容器的材料。在压力容器设计中，除了应严格按规定等进行选材外，还应特别注意介质对主体材料的影响。如在湿Ｈ２Ｓ应力腐蚀环境中使用的化工容器用碳钢及低合金钢（包括焊接接头）应符合下列要求：①化学成分。母材的ｗ（Ｍｎ）≤１．６５％、ｗ（Ｎｉ）≤１％（尽可能少）、ｗ（Ｓｉ）≤１．０％；焊缝金属的ｗ（Ｃ）≤０．１５％、ｗ（Ｍｎ）≤１．６％、ｗ（Ｓｉ）≤１．０％、ｗ（Ｎｉ）≤１．０％（尽可能不含）。②母材及焊接接头硬度不大于ＨＢ２３５。再如应力腐蚀环境中使用的介质为液氨的低碳钢和低合金高强度钢（包括焊接接头）应符合ＨＧ２０５８１—１９９８《钢制化工容器材料选用规定》的规定。而对于高温氢腐蚀环境，应根据Ｎｅｌｓｏｎ曲线选择碳钢或用Ｃｒ－Ｍｏ低合金钢。

2.2添加缓蚀剂

缓蚀剂是一种或一组特殊的化学物质，具有减缓容器腐蚀的效果。只要在金属材料的表面添加极少量的缓蚀剂（一般为千万分之几至千分之几），就能够使材料的力学性能得到很好地保持。在盛放某些介质的金属材料中添加特定的缓蚀剂，甚至可以使材料的腐蚀速度降至接近０。因此，添加缓蚀剂是一种非常经济的金属防腐技术，是化工压力容器防腐的理想选择之一。缓蚀剂主要是影响金属在介质中发生电化学腐蚀，通过覆盖在金属表面，抑制表面的阳极反应和阴极反应，减缓金属的电化学腐蚀。另外还有抑制压力容器物理化学腐蚀的缓腐蚀剂，主要有氧化膜、沉淀膜以及吸附膜３种。氧化膜型缓蚀剂就是指其本身就是氧化剂，可以与金属发生作用，在金属表面形成紧密的氧化膜，阻碍金属离子化，从而减缓金属的腐蚀。沉淀膜型缓蚀剂就是在金属表面生成沉淀膜，可以通过缓蚀剂分子之间相互作用生成，也可以通过缓蚀剂与腐蚀介质中的金属离子作用生成，一般是在阴极区形成并且覆盖在其表面，阻断金属与介质之间的离子作用，减缓金属的腐蚀。吸附膜型缓蚀剂一般为有机缓蚀剂，其在腐蚀介质中对金属表面有良好的吸附性，可改变金属表面的性质，抑制金属的腐蚀。

2.3改善焊接质量

金属材料焊接部位的残余应力是导致腐蚀断裂的重要因素，通过提高焊接质量，可以有效消除残余应力，改善焊缝区域的金相组织，进而提高其耐蚀性。目前，不锈钢材料焊接中应用最广泛的两种工艺是电弧焊与氩弧焊，无论采用哪一种工艺，都必须遵循钢结构焊接规范的相关要求。焊条等焊接材料要选择适用且经过相关质检机构检测之后的材料。压力容器焊接前，需充分考虑金属材料的淬硬性、焊缝厚度等因素，并做好预热工作。为避免容器产生超标缺陷，焊接完毕后还需及时进行相应的热处理，并进行晶间腐蚀测试，最后进行超声波检测与射线检测。

2.4采用电化学防护

电化学防护的基本原理是将待保护的金属材料变为原电池中的阴极，以抑制金属材料的阳极反应，减缓其腐蚀进程，包括两种方法：①牺牲阳极保护法，即将还原性较强的铝、锌等金属材料固定在容器上充当阳极，使金属容器变为腐蚀电路的阴极而受到保护。②外加电流阴极保护法，即通过外加直流电源的方式，强制电子从介质流向金属容器，使容器作为阴极被保护起来。采用外加电流保护法的关键在于低电压、大电流，且必须持续不间断供电。牺牲阳极保护法比较适宜于腐蚀性不太强的介质，如中性盐溶液，在强腐蚀介质中，由于活泼金属材料的消耗太大，故经济性较差。而外加电流阴极保护法是利用外加电源进行保护，可以有很大的功率，因此比牺牲阳极保护法适用范围更广。外加电流阴极保护法还可以根据保护情况随时调节电流大小，但需要配备一套直流电源和附属的电器装置，基本投资远高于牺牲阳极保护法，所以应综合考虑介质环境、防腐等级要求、经济性等因素选用电化学保护方法。外加电流阴极保护法广泛应用于地下管