压力容器常见腐蚀破坏的机理及预防措施_王岚

压力容器常见腐蚀破坏的机理及预防措施
王岚姜德林
（齐齐哈尔市特种设备检验研究所，黑龙江齐齐哈尔１６１００５）
腐蚀破坏是指压力容器材料在腐蚀性介质作用下，引起容器由厚变薄或材料组织结构发生改变、机械性能降低，使压力容器承载能力不够而发生的破坏，这种破坏形式称为腐蚀破坏。

压力容器腐蚀情况比较复杂，同一种材料在不同的介质中有不同的腐蚀规律：不同材料在同一种介质中的腐蚀规律也各不相同；即使同一种材料在同一种介质中因其内部或外部条件（如材料金相组织、介质的温度、浓度和压力等）的变化，往往也表现出不同的腐蚀规律。

因此，只有了解腐蚀规律，才能正确地判断各种腐蚀的危害程度，以便采取有效的预防措施。

1压力容器腐蚀的分类
１．１均匀腐蚀。

压力容器的均匀腐蚀是指容器器壁金属整个暴露表面上或者是大部分面积上产生基本相同的化学或电化学腐蚀。

遭受均匀腐蚀的容器是以金属的厚度逐渐变薄的形式导致最后破坏。

但从工程角度看，均匀腐蚀并不是威胁很大的腐蚀形式，因为容器的使用寿命可以根据简单的腐蚀试验进行估计，设计时可考虑足够的腐蚀裕度。

但是腐蚀速度与环境、介质、温度、压力等方面有关，所以每隔一定的时间需要对容器状况进行检测，否则也会产生意想不到的腐蚀破裂事故。

１．２局部腐蚀。

局部腐蚀是指材料表面的区域性腐蚀，这是一种危害性较大的腐蚀形式之一，并经常在突然间导致事故。

局部腐蚀有以下几种：（１）电偶腐蚀：只要有两种电极电位不同的金属相互接触或用导体连接，在电解质存在的情况下就有电流通过。

通常是电极电位较高的金属腐蚀速度降低甚至停止，电极电位较低的金属腐蚀速度增加，前者为阴极，后者为阳极。

（２）孔蚀：金属表面产生小孔的一种局部腐蚀。

孔蚀一般容易在静止的介质中发生，通常沿重力方向发展。

（３）选择性腐蚀：当金属合金材料与某种特定的腐蚀性介质接触时，介质与金属合金材料中的某一元素或某一组分发生反应，使材料中某一元素或某一组分被脱离出去，这种腐蚀称为选择性腐蚀。

选择性腐蚀一般在不锈钢、有色金属和铸铁等材料中发生。

（４）磨损腐蚀：由于腐蚀性介质与金属之间的相对运动，而使腐蚀过程加速的现象称为磨损腐蚀。

如冷凝器管壁的磨损腐蚀，腐蚀流体既对金属表面的氧化物产生机械冲刷破坏，又与不断露出的金属新鲜表面发生剧烈的化学或电化学腐蚀，故腐蚀速度较快。

（５）缝隙腐蚀：暴露于电解质溶液中的金属表面上的缝隙和其他隐蔽区域内常常发生强烈的局部腐蚀。

这种腐蚀与孔洞、垫片底面、搭接缝、表面沉积物、螺帽和铆钉下的缝隙内积存少量静止溶液有关。

一些经表面钝化形成致密氧化物的金属（如不锈钢、铝、钛等）容易产生缝隙腐蚀。

１．３晶间腐蚀。

金属的腐蚀局限在晶界或晶界附近，而晶粒本身的腐蚀较小的一种腐蚀形式称之为晶间腐蚀。

这种腐蚀造成晶粒脱落，使容器材料的机械强度和延伸率显著下降，但还保持原有的金属光泽而不易发现，故危害很大。

奥氏体不锈钢经常发生晶间腐蚀。

这种腐蚀往往发生在不锈钢由高温缓慢冷却或在敏感温度范围内（４５０￣８５０），晶粒中铬离子与过饱和的碳化合成碳化铬在晶间析出，由于铬的扩散速度较慢，这样生成碳化铬所需的铬必须从晶界附近获取，造成晶界附近区域含铬量降低，即所谓的“贫铬现象”，从而降低了不锈钢的耐蚀性能，导致晶间腐蚀。

１．４断裂腐蚀。

断裂腐蚀主要有应力腐蚀和疲劳腐蚀，它是材料在腐蚀介质和应力共同作用下产生的，二者缺一不可。

其中的应力可以是静载拉伸应力，也可以是交变应力。

（１）应力腐蚀：金属在拉应力和特定的腐蚀介质共同作用下发生的
断裂破坏。

这是一种极危险的腐蚀形态，往往在没有先兆的情况下发生局部腐蚀，裂纹一旦出现，它的扩展速度比其他局部腐蚀速度快得多。

其裂纹大体向垂直于拉应力方向发展，裂纹形态有晶间型、穿晶型或二者兼而有之的混合型。

（２）疲劳腐蚀：金属在交变应力和腐蚀介质的共同作用下产生的破裂。

这种破裂产生于振动部件，在动载荷应力作用下，所有的金属材料，即使是纯金属也会发生疲劳腐蚀。

疲劳腐蚀可以有多条裂纹，裂纹通常发源于一个深蚀孔，一般是穿晶型无分枝，通常呈锯齿形，尖端较钝。

１．５氢损伤。

由于氢渗进金属内部而造成金属性能恶化的现象称为氢损伤，也叫氢破坏。

由于氢的原子半径最小，最易渗入钢或其他金属内部，氢离子被还原生成初生态的氢，随后复合生成分子氢。

当初生态氢复合成氢分子的过程受到环境阻碍时，就促进了初生态氢向钢或其他金属内部渗透，引起渗氢。

氢损伤主要有氢鼓包、氢脆、脱碳、氢腐蚀。

2腐蚀破坏的机理
压力容器金属腐蚀虽有各种各样的形态和特征，但就其腐蚀机理来讲，通常分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。

２．１化学腐蚀：是指容器金属与周围介质直接发生化学反应而引起的金属腐蚀。

在化工生产中，压力容器主要有以下四种化学腐蚀：（１）高温氧化：金属在高温下与介质或周围环境中的氧作用而形成金属氧化物的过程称金属的高温氧化。

例如，钢在空气中加热，在较低的温度（２００￣３００℃）下表面出现可见的氧化膜，氧化速度随温度的升高而加快，当温度达８００￣９００时氧化速度显著增加。

（２）高温硫化：金属在高温下与含硫介质作用生成硫化物的过程称高温硫化。

硫化作用较氧化作用更强。

硫化物不稳定、易剥离、晶格缺陷多、熔点低，而且与氧化物、硫酸盐及金属生成不稳定价的低熔点共晶物，因此在高温下易造成材料破裂。

（３）钢的渗碳及脱碳：高温下某些硫化物与钢铁接触时发生分解生成游离碳，渗入钢内生成硫化物称渗碳，它降低了钢材的韧性。

钢的脱碳是由于钢中的渗碳体在高温下与气体介质作用被还原成脱碳反应，结果使得钢表面渗碳体减少，而导致金属表面硬度和疲劳极限降低。

（４）氢腐蚀：钢受高温高压氢的作用引起组分的化学变化，使钢材的强度和韧性下降，断口呈脆性断裂，这种形象叫氢腐蚀。

氢腐蚀的机理是氢分子扩散到钢的表面，分解为氢原子或氢离子而被化学吸附，扩散到钢材内部在空穴处生成甲烷。

甲烷的扩散能力低，随着反应继续进行，甲烷逐渐积聚，形成局部高压，引起应力集中并发展为裂纹。

２．２电化学腐蚀。

容器金属在电解质中，由电化学反应引起的腐蚀称为电化学腐蚀。

电化学腐蚀的机理是微电池的存在造成微电池腐蚀。

绝大部分压力容器是由碳钢或不锈钢制造的。

它们含有杂质。

当其与电解质接触时，由于夹杂物的电位高成为微阴极，而铁的电位低，成为微阳极。

这就形成许多微小的电池。

它所造成的金属腐蚀为微电池腐蚀。

3腐蚀破坏事故的预防
３．１根据介质选用合适厚度的抗腐蚀材料的容器。

３．２对奥氏体不锈钢容器应严格控制氯离子含量，并避免在不锈钢敏感温度下使用，防止破坏不锈钢表面的钝化膜和防止晶间腐蚀的产生。

３．３选用有防腐隔离措施的容器，以避免腐蚀介质对容器壳体产生腐蚀。

如在容器内表面涂防腐层，在容器内加衬里，或采用复合钢板制造容器，以防止介质的腐蚀等。

３．４选用结构合理、设计制造质量符合国家标准和要求的容器。

容器由于结构不合理、焊接工艺不合理、焊接质量差、强行
摘要：压力容器已广泛应用于石油、化工等行业，是石油化工装置不可缺少的重要设备，它不仅承受介质的压力，还常常受到容器内其它介质腐蚀的影响，稍有不慎，极易发生安全事故。

本文简单介绍压力容器的腐蚀破坏形式、腐蚀机理、预防措施，以确保压力容器的安全运行。

关键词：压力容器；腐蚀；机理；预防
（下转25页）
作者简介：王岚（１９７７－），女，工程师，齐齐哈尔市特种设备检验所检验员。

组装、表面粗糙等都会造成较大的残余应力，最终可能
导致容器腐蚀破裂。

３．５使用中采取适当的工艺措施降低腐蚀速度。

如在中性碱溶液
中，避免介质直接冲刷容器壳体及受压部件；在容器使用、维修中避免
机械损伤，避免或减小外部附加应力等。

参考文献［１］张广琳，姜德林．压力容器应力腐蚀及其控制措施探析［Ｊ］．民营科技，２００９（４）：２，２８．［２］于斐．压力容器的应力腐蚀及控制［Ｊ］．管道技术与设备，２００５（２）：３４－３５．［３］杨洲，李明君，高磊．浅析压力容器应力腐蚀及其控制措施［Ｊ］．石油化工设备，２００７（８）增刊：４１－４２．对磨盘山水库上坝路边坡稳定性分析计算
李亚男１夏元亮２
（１、长春市水利勘测设计研究院，吉林长春１３００６２２、黑龙江省水利水电总公司，黑龙江哈尔滨１５００００）
1工程概况磨盘山水库靠近吉林省舒兰县，距哈尔滨市区２１０ｋｍ。

磨盘山
水库总库容５．２３×１０８ｍ３，最大坝高４０ｍ，坝型为粘土心墙堆石坝。

是一座以城市供水为主、兼具防洪功能的大（Ⅱ）型水库。

在水库施工开挖过程中，由于施工开挖在溢洪道桩号０＋２０￣０＋８０段形成高约７ｍ的反坡临空面，临空面以上山体坡度５０度左右。

由于该临空面的存在，上部山体可能成为不稳定边坡。

为了查明边坡工程地质条件，需对边坡岩体风化程度和节理裂隙发育情况进行调查，评价边坡的稳定性，为边坡加固治理提供地质依据。

调查工作主要布置了下列工作：１．１地质勘察。

通过坑探、测绘等手段，查明强风化岩体的厚度和分布、边坡节理裂隙发育程度，进行节理裂隙统计，确定有无对边坡稳定不利的节理组合。

１．２工程测量。

在溢洪道桩号０＋２０￣０＋８０段，自截流沟开始至边坡边缘，间隔１５ｍ布置了三条测量剖面，以便设计时能够较准确的估算处理工作量。

2工程地质条件调查区属于坝下游右岸的低山区，山坡坡度５０°左右。

原地面覆盖次生林木，现由于开挖覆盖了爆破弃渣。

２．１地层岩性。

探坑揭露岩性自上而下为：（１）人工填土：杂色，厚度０．４５￣０．９０ｍ，主要由开挖时施工爆破残留的岩屑及岩块组成，岩屑呈土状，岩块体积由２×３×３ｃｍ左右的碎石为主组成，最大１０×２０×４０ｃｍ。

（２）
印支期花岗岩（ηγ５１－３ｂ）：中粗粒花岗结构，块状构造，主要矿物成分为斜长石、碱长石、石英等，边坡岩体为弱风化状。

全风化厚度０．３５￣０．７５ｍ，风化带内岩体已崩解和分解为松散的砂状，岩体用锹
镐可以开挖，下部为强风化岩带，厚度０．９５￣１．０ｍ，
强风化带下部为弱风化。

２．２地质构造。

溢洪道０＋２０￣０＋８０段由于施工开挖形成高约７ｍ的反坡临空
面，临空面以上山体坡度５０度左右。

该段山体上部边界为截流沟，下部为临空面。

从节理统计图表
可以看出：走向１２０￣１３０°、
倾角３０￣４０°的节理相对发育。

临空面附近主要发育２组节理：（１）走向２０６度为平行于边坡，倾向坡内，倾角８０度左右，为剪节理，节理面平直光滑，延伸长度大；（２）走向１２３度平行于边坡，倾向坡外，倾角３３度左右，为张节理，节理面粗糙，张开宽度５￣１５ｍｍ，内充岩屑，延伸长度不大。

另外，根据溢洪道０＋１００￣０－６０剖面，在０＋８０和０＋４０处发育
两条断层Ｆ８、
Ｆ９。

Ｆ８断层走向１２９°、倾向６８°，倾角８０°；Ｆ９走向１３６°、倾向４６°，倾角５４°，与临空面走向近于垂直或相交。

两条断层构成了调查区的两侧边界。

3边坡稳定分析
３．１边坡稳定分析。

调查区上部边界为截流沟，下部为开挖上坝路形成的反坡（倾角８０°
）（临空面（节理面），两侧边界分别为Ｆ８、Ｆ９断层。

调查边坡岩体发育的三组节理组合将岩体切割成块状，由于近于水平向节理间距在１００ｃｍ左右，岩体呈厚层状结构。

三组节理中走向１２３°、倾向坡外、倾角３３°的一组节理面可能成为岩体的滑动面。

根据临空面节理统计及对节理面的观察，尚未发现连续的滑动面，说明整个山体处于相对稳定状态。

局部块体由于前缘的临空可能产生顺坡向滑动、坍塌等不良地质灾害的发生。

３．２稳定分析计算。

由于对该边坡未进行现场试验，因此，参考与该岩体物理力学性质指标接近的工程实例进行参数取值。

根据水利电力出版社《岩石力学参数手册》１９９１年第一版、第４３２页，欧阳海水库与磨盘山
水库的岩石物理力学指标接近，其与磨盘山水库物理力学性质指标对比见表１。

根据《水利水电工程地质手册》水利电力出版社第６５９页，表７－３－７的岩质边坡稳定计算公式，
在不计凝聚力的条件下，边坡稳定系数
ＫＣ＝ｔｇφ／ｔｇα式中：ＫＣ———边坡稳定系数，φ———内摩擦角，α———滑动面与水平面夹角；其中，ｔｇφ参考欧阳海水库的参数取０．６４，α取３３°，则：ＫＣ＝０．６４／０．６４９＝０．９９边坡稳定系数ＫＣ为０．９９＜１，说明边坡处于极限平衡状态。

4结论及建议４．１经初步分析计算，边坡下部弱风化岩体中已被节理切割成厚层状，
接近极限平衡状态，边坡稳定稳定系数较低，若遇强降雨或在其他外动力地质作用下，
局部块体、特别是前缘临空的岩体将产生滑落。

因此，建议对临空面上部进行适当削坡处理，并在临空面前端设置重力挡墙。

４．２截流沟以下、清除至弱风化面。

参考文献［１］岩石力学参数手册［Ｍ］．北京：
水利电力出版社，１９９１．［２］工程地质手册［Ｍ］．第四版．北京：中国建筑工业出版社，２００７．摘要：在磨盘山水库施工开挖过程中，由于施工开挖在溢洪道０＋２０￣０＋８０段形成高约７ｍ的反坡临空面，上部山体可能不稳定。

为此对边坡进行调查，评价边坡的稳定性，为边坡加固治理提供依据。

关键词：边坡；稳定性分析；节理面
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表１岩石主要物理力学性质指标对比表（上接51页）。