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酸性气体收集罐案例中腐蚀产生原因研究

2020-06-30 369 上传者：管理员

摘要：压力容器腐蚀现象随处可见,本文介绍了主要两种腐蚀:全面腐蚀和局部腐蚀。其中的局部腐蚀又分五种不同的腐蚀现象:点蚀、间隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、氢腐蚀。例举了酸性气体收集罐案例,对案例中发生腐蚀原因进行了详细分析。最后综述了目前为止8种有效的防腐措施,为压力容器的防腐提供依据。

关键词：
全面腐蚀
化学工业
压力容器
局部腐蚀
腐蚀
防腐措施
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引言

压力容器的腐蚀一般认为是容器的金属结构在介质中产生了化学或者电化学反应并使自身机构破坏或者材料损耗。腐蚀会大大损耗设备的使用寿命,严重的会造成很大的安全事故。因此研究设备的腐蚀情况变得尤为重要。一般腐蚀可分为两种:全面腐蚀和局部腐蚀。全面腐蚀就是容器被大面积腐蚀或者全部表面被腐蚀而且腐蚀的程度均匀,腐蚀的速率也一样,这种腐蚀可以用普通工具测量出来,因此该类腐蚀最好控制也好防范。局部腐蚀就是容器的某一局部金属受到了严重的腐蚀破坏,其他部位腐蚀较轻,这类腐蚀最难控制而且不容易被发现因此危险性也更大。局部腐蚀又有以下几种情况:点蚀,该类腐蚀并不是在一块表面有大腐蚀而是在其表面出现若干小孔洞,这些孔洞一般较小但较深,该类腐蚀危险性较大容易造成穿孔现象;间隙腐蚀,该类腐蚀存在于容器一些缝隙中,在缝隙中介质不断迁移引发了缝隙内严重腐蚀;晶间腐蚀,是指在不锈钢材料中晶粒在晶界中发生了腐蚀;应力腐蚀,是指在腐蚀介质和所受应力下发生一种破坏形式,这种腐蚀没有宏观的变化一般不易被发现;氢腐蚀,是在高温高压下氢侵入材料内部,并与其中渗碳体或不稳定碳化物中的碳元素发生了反应生成其他物质导致内部压力提高产生了破裂。[1,2,3,4]

1、案例分析

某石化企业一个用于火炬系统中的酸性气体收集罐,检验时发现该罐体内部酸性水进液管发生了大面积的穿透性腐蚀。设备设计尺寸为封头14mm,筒体12mm,所用材料为Q245R,进水管下方得筒体表面也发生了严重腐蚀,测的该部位剩余厚度只有6.5～8.5mm,其余的筒体剩余厚度见图1所示。

图1剩余厚度示意图

为了分析原因,首先取该酸性气体进行实验室检测发现其组成主要有硫化氢、水蒸气、二氧化碳等,分别占到的比重为59.7:2.1:38.5。该气体测试的PH值达到6.5。因此不难发现该收集罐的腐蚀为酸性水腐蚀,即由于气体中的硫化氢溶于水中产生了酸性值达到1.5到7.0时引起的金属腐蚀的现象,因此该设备腐蚀即为酸性水腐蚀即全面腐蚀。气体中也有二氧化碳,也容易产生酸性值从而产生腐蚀性同时还可能生成碳酸盐从而产生应力腐蚀。对该气体进行波普分析后得出如下主要影响腐蚀的因素:

1)硫化氢浓度。硫化氢的浓度越大对设备的腐蚀速率越大,而酸性水中的浓度则和气体中的温度以及气压有关,其中气压越大则浓度越高,反之温度越高浓度越低。

2)PH值。影响PH值主要有气体中的硫化氢和二氧化碳,浓度越高PH值越低,形成了酸性环境,增快了腐蚀的速率。但有时PH高时有可能形成硫化亚铁类的保护膜,减缓腐蚀的速度,也有可能形成多孔的硫化物保护膜,该有孔的保护膜很有可能使得罐体出现点蚀性腐蚀,严重的易出现穿孔现象。

3)杂质。气体中混入的其他气体杂质有可能使得酸性增强,增加腐蚀速度。

4)流速。在高流速下会产生一个气体冲击,冲击罐体表面的保护膜例如硫化亚铁保护膜等,使金属表面直接裸露在酸性环境下,加速了腐蚀的过程。

从设备的腐蚀现场来观察,设备腐蚀最严重部位即为液体刚刚接触壳体的进液管底部位置,壳体其他部位则发生均匀性腐蚀。经计算,严重腐蚀部位已经不能满足设备的安全运行要求,对该部位需进行挖补修理。对处理完的情况进行重新检查计算直至其符合设计要求,同时应该对腐蚀采取应对措施。对于酸性腐蚀防护,建议采用新型材料来作为衬里降低腐蚀速度,可以采用聚合材料,例如环氯树脂,可以在不同的附体表面进行使用,且其具有十分稳定的化学性质。

2、提高防腐的策略

锅炉的防腐措施目前为止有许多方法,但是具体使用什么方法来处理还是要根据实际情况,上述的案例中可以使用特殊钢种进行补强,并进行在线以及离线的监控。对于其他设备可以有如下几种方法进行防腐:[5,6,7]

1)选择合适的材料,在容器设计中应根据《固定式压力容器安全技术监察规程》和《压力容器》[7]等国标并根据具体环境进行合理选材,具体的话要根据使用的介质如腐蚀性、易燃性或者毒性等。同时适当开发新型材料,特别是那些专用钢或者低活性的合金钢。

2)改善使用环境,改善使用环境一般可以从两方面进行:防止设备在高温和潮湿环境中工作;可以使用电镀等手段使自身不暴露在恶劣环境中。

3)增加缓蚀剂,可以在设备中适当的增加一些缓蚀剂使其腐蚀速度降低,特别是一些存在化学或者电化学反应的设备中,该方法虽然不能完全阻止腐蚀的发生但可以大大降低腐蚀的速度,而且投入少效果明显。目前常见的方法有:沉淀型缓蚀剂;氧化膜型缓蚀剂;吸附膜型缓蚀剂。

4)提高焊缝质量,压力容器中的焊缝存在大量残余应力,而焊缝处的金属组织也会因为应力的改善而发生变化从而提高防腐性能。

5)使用电化学防护策略,电化学防护策略主要是指采取措施防止设备的金属表面发生腐蚀性反应,具体的防护方法有:牺牲阳极保护方法;外加电流阴极保护方法。

6)运用防腐剂,该方法就是在金属表面添加一层薄膜剂将设备的金属表面隔离开,同时可以增加介质向金属表面扩散的阻力,减少腐蚀电流从而提高防腐性能。常见的有浆液溶剂、树脂、植物油等。

7)使用防护衬里,使用衬里可以隔绝金属直接与介质接触防止被腐蚀,常见的材料有玻璃钢、钛、不锈钢等等。

8)做好管理与维护,企业应该制定恰当的防护制度,做好日常的维护工作,针对不同的介质采取不同的维护制度,例如本文案例中,应针对酸性环境中腐蚀性更容易做好应对措施,加强在线与离线的检测。

3、结语

压力容器腐蚀现象随处可见,本文介绍了主要两种腐蚀:全面腐蚀和局部腐蚀,其中的局部腐蚀又分五种不同的腐蚀现象。分析了酸性气体收集罐案例,对其发生全面腐蚀的原因进行详细原因分析。最后综述了目前为止8种有效的防腐措施,为压力容器的防腐提供依据。