压力容器腐蚀的全面控制

原创 胡伟明  2020-06-03 20:56:00  阅读 245 次 评论 0 条
摘要:

意义腐蚀是不可避免的,但腐蚀是可以被控制的。利用现有防腐蚀技术并实施科学管理,腐蚀损失至少可以降低1/4。腐蚀的全面控制是一项系统工程。我们必须将腐蚀控制内涵的理解,从几十年形成的耐蚀材料的选用、覆盖层保护、添加缓蚀剂、电化学保护等分散、孤立的含义,转变到从设计开始,贯穿于方案论证、结构设计、加工制造、贮运安装、操作运行、检修,直到设备、装置退役的全过程的“腐蚀控制系统工程”的概念上来。因此,要实现腐蚀的全面控制,必须实行腐蚀控制技术与腐蚀控制管理相结合。对可能出现的腐蚀问题应有预防手段,出了腐

意义

腐蚀是不可避免的,但腐蚀是可以被控制的。利用现有防腐蚀技术并实施科学管理,腐蚀损失至少可以降低1/4。

腐蚀的全面控制是一项系统工程。我们必须将腐蚀控制内涵的理解,从几十年形成的耐蚀材料的选用、覆盖层保护、添加缓蚀剂、电化学保护等分散、孤立的含义,转变到从设计开始,贯穿于方案论证、结构设计、加工制造、贮运安装、操作运行、检修,直到设备、装置退役的全过程的“腐蚀控制系统工程”的概念上来。因此,要实现腐蚀的全面控制,必须实行腐蚀控制技术与腐蚀控制管理相结合。对可能出现的腐蚀问题应有预防手段,出了腐蚀问题要有应急处理措施,事后应有杜绝办法,全过程地对腐蚀进行控制、监测、管理、治理、评估、检验、验收等工作,防患于未然,将可能发生的腐蚀事故消灭在萌芽之中,尽可能延长压力容器的使用寿命,最大限度地减少由于腐蚀造成的损失。

1:设计和加工制造中的腐蚀控制

(1)防腐蚀设计。

防腐设计是指在设计阶段,为防止腐蚀而采取的措施,其中包括材料的正确选择、材料性能的分析、成本核算、对材料试验和腐蚀试验提出要求、结构的强度核算是否满足防腐蚀的要求、结构及部件的形状设计是否符合防腐蚀的要求、材料制造加工方法的选择、对装置在操作中材料性质可能变化的预防措施、材料的腐蚀损耗或破坏,以及设计阶段的预期寿命、装置的维修性等。

防腐设计要综合考虑下列内容:

①材料的选择。

由于容器一般都接触各种带腐蚀性的介质,而且介质种类繁多,因其温度、浓度、压力不同,腐蚀行为也不同,如果材料选择不当,对使用影响很大,特别表现在装置的长周期、安全运转和跑、冒、滴、漏问题方面。因此,在设计中如何掌握好恰当的关系,一方面使初投资不致增加很多,同时在开工以后又不会因为腐蚀问题而导致计划外频繁停车以及维修更换费用昂贵,这是一件很重要的事,需要设备设计人员仔细、多方案对比分析,才能完成。

②防腐蚀措施的选择及其设计。

采用设备衬里、涂层、复合材料、电化学保护或缓蚀剂等防腐蚀技术时,在设计上要根据介质的特性、温度、浓度、压力、流速以及结构等选择合适的防腐蚀措施。当然也还要考虑到各种方法在经济上的合理性。

③防腐蚀结构设计。

结构形式对腐蚀,特别是局部腐蚀,如冲刷腐蚀、磨蚀、振蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀等关系很大。应采用对防止腐蚀有利的结构。

④防腐蚀强度设计。

在腐蚀介质作用下,一般地考虑安全系数和许用应力是不够的,还要考虑环境对强度的影响,并进行必要的校核,特别像腐蚀疲劳破坏时更为明显。

⑤制造加工方法对防腐的影响。

在设计时,要对制造过程提出技术条件和要求,例如焊接过程,会对以后的耐蚀性产生很大影响,再如加工过程产生的残余应力如何消除等都属于这个范畴。


(2)设备寿命的概率和可靠性分析

设计时要确定设备的预定寿命,由于腐蚀是设备耗损和质量降低的原因之一,因此设计预期寿命要准确,必须对以往实际使用实绩进行收集和统计分析,或者用相关或已知的数据,通过一定的方法进行推算。这方面内容也已逐步增多。

除按上述内容合理地防腐蚀设计外,关键是考虑防腐蚀技术上的可行性、经济上的合理性及管理上的可靠性,三者应权衡并顾。


(3)局部腐蚀的控制。

局部腐蚀的危害最大,而且常常无先兆,难预测。有人就化工设备作调查,在造成设备破坏的事例中,均匀腐蚀或全面腐蚀只占8.5%,其余均为局部腐蚀所致。局部腐蚀往往是由于设计失误或制作失误所造成的。下面简述在设计和加工制造环节中控制各种形态局部腐蚀的措施。

①点蚀的控制。

设计容器和管道等构件,特别是由不锈钢制成的构件,焊接后的构件表面应能酸洗以清除焊接氧化膜或铁鳞层等,使其表面状态具有较高的耐点蚀能力。同时,酸洗试剂应尽可能不含杂质;对于碳钢和低合金钢,可由工艺设计上采用从腐蚀介质中除氧的办法来避免由于充气电池造成的点腐蚀;容器出口管及容器底部的结构设计,应该力求使容器内部的液体可排净,以免残液滞留引起设备发生点蚀等局部腐蚀;焊接时应避免根部未焊透、有凹槽、未用气体保护焊等失误,以防止点腐蚀发生。

②缝隙腐蚀的控制。

几乎在一切可拆和不可拆的工件联接处都能发生缝隙腐蚀,特别是优先发生在不锈钢与绝缘体构成的缝隙里。设计时可加密封填料或绝缘片,实践证明聚四氟乙烯和某些塑料薄膜及构件具有密封或绝缘作用;若避免不了缝隙腐蚀,在条件允许的情况下把缝隙宽度扩大到1lmm已足够,随缝隙深度增加,缝隙宽度也应增加;壳体与法兰之间沿壳体内侧的缝隙应该焊死,与介质接触的内侧焊缝不允许有孔洞。当法兰下面有盲孔时,应先焊内侧焊缝以防止腐蚀介质进入缝隙。

③电偶腐蚀(双金属腐蚀)的控制

若要使不同的金属材料彼此联接在一起(混合结构),设计时应考虑金属之间彼此绝缘,以完全保护构件,使之不产生电偶腐蚀,可用绝缘套管、绝缘片、绝缘夹和绝缘膏使之完全绝缘;焊接不同材料时要注意尽可能使之形成大阳极和小阴极(如壳体的焊缝);通常也利用涂料或镀层避免电偶腐蚀。

④选择性腐蚀的控制

选择性腐蚀是指某些组织、晶界邻近区域或者某些合金成分优先产生的腐蚀,因此合理选用结构材料的加工工艺是避免出现选择性腐蚀的重要措施。材料热处理时要避免晶界析出沉淀相,以减少晶间腐蚀的可能性;除了要注意引起材料性能改变的热处理工艺之外,还要注意其他与热影响有关的加工方法,如钎焊、焊接、成型等;此外,还要考虑工作温度及其对构件的影响,以避免发生选择性腐蚀。

⑤应力腐蚀的控制

在应力腐蚀开裂条件下可选用对给定介质不敏感的材料,即选材是避免发生应力腐蚀开裂的措施之一。

材料受到的拉应力应尽可能小,尽可能通过退火消除材料的内部拉应力;采用合理的结构设计可以避免应力集中,如不要使焊缝应力和材料的截面变化应力叠加在一起;通过喷丸处理或其他方法可使材料表面产生压应力,以减小静应力的作用。

奥氏体钢构件与介质接触的表面应能酸洗(通常侵蚀掉3~5μm)以获取最佳表面状态,这个规则(酸洗)仅对抛光面有效。

伸入到容器里的进料管必须和壳体有足够大的距离。接管离液面应很小,或插入到溶液中。需要混合的液体不应沿壳体流下,否则壳体可能出现盐垢,在盐垢后面以及溶液浓缩区存在应力腐蚀开裂和点腐蚀的危险,因此设计时要充分注意这个情况。

列管式换热器内的管板和换热管之间连接有强度胀和强度焊。为避免缝隙腐蚀可采用贴胀以消除管板与换热管之间缝隙。需要注意的是胀管残留有冷变形和内应力,可见采用各种无缝焊接措施除可避免缝隙腐蚀,还可避免应力腐蚀破裂;由碳钢和低合金钢制造的管板对奥氏体不锈钢管有阴极保护作用,这种设计就抑制了由换热管和管板缝隙所产生的应力腐蚀。

⑥腐蚀疲劳的控制

若通过选用更耐腐蚀疲劳的材料,或通过减小介质的腐蚀性(如加缓蚀剂)均不能奏效,则可采用下列措施:

(a)限制并减小应力振幅;

(b)将腐蚀介质和金属表面用密封填料、有机涂层等隔开;

(c)阴极保护。

所列举的措施用于减小或延缓腐蚀疲劳,同时也可防止一般的疲劳断裂;避免局部应力过高的措施对防止或减轻腐蚀疲劳是有利的。若不能避免由构件外形所引起的应力集中,那么至少要避免使应力提高的各因素的叠加,例如焊缝不应处于材料截面变化区;通过喷丸也可改善材料耐腐蚀疲劳的能力;在搅拌器上安装伸出的扰流挡板对防止腐蚀疲劳是有效的。搅拌器内壁与带加强筋的挡板间焊接处应形成连续的焊缝以避免缝隙腐蚀。

⑦磨损腐蚀的控制

设计时应选用耐磨损腐蚀的材料;减小流动速度;不要使液体流动受到障碍(水力学措施);用涂层和镀层保护材料表面;多相流动中,在结构上尽量减少颗粒流动,以便减轻设备和管道磨损腐蚀。

⑧空泡腐蚀(汽蚀)的控制

设计结构合理的流道,减小材料表面的振动振幅或者最好同时减小振幅和频率,可以减轻或避免液体中形成气泡;在受到空泡腐蚀的情况下,要尽可能选用硬度大并有足够的延展性、组织均匀、表面光滑、耐蚀性强的材料。但若这种材料的耐蚀性是由于形成表面保护膜而提高,则在增大机械负荷的情况下,这种耐蚀性对防止空泡腐蚀是无效的。还可采用金属覆盖层(如镀铬等)作为防护措施。


2.贮运和安装中的腐蚀控制

运输、库存和安装中要充分重视构件和设备的腐蚀控制,否则在这些环节中造成的腐蚀及腐蚀隐患将危及设备投产后的安全运行。

(1)贮运中的腐蚀控制

运输通常指不同气候条件下的陆地运输和海洋运输,贮存包括在不同气候条件下的工业大气或海洋大气中存放。贮运中的主要腐蚀因素有空气湿度较高、降雨、盐水(海水)喷溅、空气污染或者冰雹、冰霜、带砂石的风暴、太阳辐射、灰尘等。

运输和库存期间可通过采取临时性防腐蚀措施达到腐蚀控制目的。临时性防腐蚀措施应能有效防止运输和库存期间由于环境造成的腐蚀损伤,并要尽可能耐机械应力作用。临时性防腐蚀方法:

①临时涂层。

临时涂层包括可剥离涂层、干漆涂层、蜡类涂层、脂类涂层、油类涂层。

②槽浴与充填

通过外部浸浴或内部充填保护剂或二者兼用,使受保护的表面和设备上的部件周围充满防腐蚀的气态或液态介质,这种方法称槽浴和充填。

③包装防护

包装的主要任务是保护设备及其防护层不受机械损伤。包装不仅包括外部,也包括设备内部机械防护措施。

④库存防护

库存点应不受水淹,尽可能远离腐蚀性污染源,即远离灰尘、污染性气体和蒸汽。

(2)安装中的腐蚀控制

安装不合理会造成设备或构件应力集中,成为应力腐蚀开裂的隐患。此外,安装时要严格按设计要求进行,如联接异种金属部件时切记采取绝缘措施等。

对于非金属材料衬里设备,如橡胶衬里、玻璃钢衬里、砖板衬里及防护涂层,防腐施工、制作后,不要再进行焊接、打孔等,否则会破坏防护层的完整性而造成局部腐蚀隐患。


3.操作运行中的腐蚀控制

操作运行中,严格遵循操作规程、控制好设计的工艺参数(如温度、压力、浓度、流速等)是腐蚀控制的关键,因为设备的防腐蚀措施是预先根据操作工艺条件设计的,若介质浓度、温度发生较大变化,或甚至生产介质改变,都有可能造成原设计的防腐蚀措施失效。

对于采用添加缓蚀剂的设备,应按设计要求控制好介质中的缓蚀剂浓度而确保较高的缓蚀率。采用电化学保护的设备,应控制好技术参数以确保高保护率,否则会适得其反。例如,阳极保护时,控制的阳极电位若处于活化区会导致设备电解腐蚀,处于过钝化区也会加速腐蚀。阴极保护时,阴极电位若太负会造成钢铁设备因渗氢而氢脆。


4.检修中的腐蚀控制

当生产装置停车准备检修时,应除去设备中的积液和腐蚀产物、垢物,以防止大修期间局部腐蚀的发生和加剧。对设备、构件的腐蚀部位,尤其是应力腐蚀、点蚀等局部腐蚀较重的部位要拍照或录像,测量腐蚀深度、广度、裂纹长度等,详细记录相关资料并存档。通过现场腐蚀破坏的情况,结合设备档案所记载的资料,如介质、温度、防腐蚀措施及以往施工、检修情况、设备的使用时间、材质及原始厚度等,对腐蚀原因进行细致的综合分析,制定正确的检修和改造方案。

对于金属设备,更换局部构件时要注意与原设备材质一致,避免发生电偶腐蚀,若需采用异种金属构件时要进行绝缘:焊接用的焊条也要与本体材质相同,以防止电偶腐蚀;对于不锈钢材料,焊接时应采取能减少热量输入的有效措施,以避开敏化温度范围,从而消除热影响区的腐蚀隐患;对于非金属衬里设备的局部检修,要特别注意与原防腐层搭接牢固,并要考虑与原防腐层材料的粘结强度以及材料间的相容性问题;检修后对设备表面要认真清理焊渣等污垢以防局部腐蚀。

检修完成时必须进行严格的检查、验收。要尽力消除各种腐蚀隐患,要将全部检修资料和验收资料存档以备查阅。


5.腐蚀控制管理

全面腐蚀控制的核心是腐蚀控制技术和腐蚀控制管理的结合。要有效地实施腐蚀的全面控制,除了应在上述环节全面地、全过程地进行腐蚀控制,还应切实做好腐蚀控制管理工作。综合评价腐蚀控制水平的指标包括:从业人员的素质,技术的先进,经济的可行性,管理的科学性。因此,要提高腐蚀控制管理水平,应从教育、科研、经济评估、健全管理制度几方面着手实施。


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