压力容器设计中的腐蚀控制

原创 胡伟明  2021-04-21 20:56:00  阅读 130 次 评论 0 条
摘要:

防腐蚀设计防腐蚀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,等等。材料选择由于压力容器一般都接触各种带腐蚀性的化学介质,而且种类繁多,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

防腐蚀设计

防腐蚀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,等等。

材料选择

由于压力容器一般都接触各种带腐蚀性的化学介质,而且种类繁多,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,在设计中掌握好恰当的关系(既要使一次性投资不致增加很多,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),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。

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措施。当然还要考虑到各种方法在经济上的合理性。

防腐蚀结构设计

在腐蚀控制的各个环节中,设备的结构设计是极为重要一环,其重要性可能仅次于选材。合理的结构设计不仅可以使材料的耐蚀性能充分发挥出来,而且可以弥补材料内在性能的不足。很多局部腐蚀,如冲刷腐蚀、磨蚀、振蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀等都是结构设计不合理所致,或与之有关。而同样重要的是这些局部腐蚀问题又最容易通过正确合理的结构设计改进得到有效而经济的解决。

合理的结构设计包括两方面的基本要求:一方面应尽可能消除或减少设计及环境中的不均匀性;另一方面,在设计时就要考虑使用何种防腐技术,并为实施这些技术提供条件。

防腐结构设计的具体要求如下:

①避免应力集中。使应力尽可能均匀分布是对结构设计的基本要求之一。应力分布不均匀增大了腐蚀电池形成的概率,应力集中的部位往往成为腐蚀电池的阳极,使腐蚀加剧。更严重的是在一定的环境中高应力还会导致应力腐蚀开裂(固定的)和腐蚀疲劳(交变的)。因此,要求结构应尽可能简单,表面应均匀、平滑、清洁。部件外形应成流线型,采用尽可能大的曲率半径。尽量避免切口、截面突变、尖锐的棱角、沟槽等;或者将这些不均匀部位设置在低应力区域,并做一定处置,如圆角过渡,内角填平等。如果缝隙不可避免,有时可以焊死或适当放大以防止闭塞几何条件,从而避免缝隙腐蚀。

②避免液体聚集。这不仅因为液体的腐蚀性一般比气体强,而且因为液体聚积会导致腐蚀性物质浓缩和污垢形成。设备外形应有利于水流走,在可能积水的部位设置排水孔。储罐和容器内部形状应有利于液体排放。管线系统内部应成流线型,并适当向下游倾斜使流动顺畅。

③避免形成湍流、涡流和流体冲击。对于流动系统流速要适当,流动方向和截面积不能突然变化,尽量减小对流动的阻碍,气流和液流不要直接冲击在器壁上。

液体中夹带的气泡和固体悬浮物质、气体中夹带的液滴都会增大磨损腐蚀强度,应考虑分离和排除措施。如果湍流和冲击不可避免,可考虑增大承受冲击部件厚度、局部材料升级、安装挡板、加大流通面积等措施。

④避免局部过热。温度升高一般会使材料腐蚀速率增大,在某些情况下会造成迅速的腐蚀破坏。另一方面,对于高温气体则要防止设备某些部位出现“冷点”,这在设备保温设计时特别要予以注意。

⑤避免液体沿器壁流淌及液体飞溅造成局部浓度增大。浓度不均匀会导致局部环境腐蚀条件强化。伸入到容器里的进料管必须和壳体有足够大的距离。接管离液面距离应很小,或插入到溶液中。

⑥避免管壳式换热器形成气液交界面。此处容易形成有害成分浓缩、温度不均匀,腐蚀气体冲刷。对冷却器,应提高液面使管束完全浸没;对重沸器,应适当加大气相空间体积,以降低气流速率使腐蚀条件得以缓和。

管壳式换热器管子与管板连接部位的缝隙也是一个常见问题。管子与管板采用胀接很常用,但会产生许多缝隙;胀焊结合可以避免管程侧形成缝隙,但壳程侧仍然存在缝隙;深孔密封焊效果很好,但加工难度大、成本高。

⑦对腐蚀疲劳和应力腐蚀问题,为降低设备实际应力水平,使设备处于低应力状况下工作,可采纳分析设计结果。增大受力元件厚度总是可以降低其实际应力水平。


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