【论压力容器的应力腐蚀及防护策略】 硫化氢应力腐蚀下压力容器设计制造

　　摘 要:应力腐蚀是压力容器最危险的损伤之一,本文阐述了压力容器以及压力容器应力腐蚀的概念,分析了压力容器应力腐蚀的影响因素,从力学因素、环境因素、冶金因素以及使用过程等方面提出了控制压力容器应力腐蚀断裂的防护策略。
　　关键词:压力容器 应力腐蚀 防护策略
　　中图分类号:TH49 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(a)-0103-01
　　压力容器是内部或者外部承受气体或液体压力的密封容器,它对安全性能要求非常高。压力容器大部分为圆柱形,也有部分压力容器是球形。圆柱形压力容器一般是由筒体、封头、接管、法兰等零部件组成的,如果压力容器工作在压力较高的场合,那么筒体的壁就应该越厚。压力容器是工业生产中常用的一种设备,在石油、化工、冶金、食品、制药、煤气运输、重型机械、核电站以及海洋开发等领域得到越来越广泛的应用。因此,研究压力容器的应力腐蚀及防护策略,具有十分重要的现实意义。
　　应力腐蚀断裂是一种特殊的断裂方式,具体是指敏感金属或合金在拉应力和腐蚀介质的共同作用下发生的,是压力容器最危险的损伤之一,因此,研究压力容器应力腐蚀的影响因素以及防护策略,对确保压力容器安全工作具有十分重要的现实意义。
　　1 压力容器应力腐蚀的影响因素
　　1.1 力学因素
　　压力容器承受的拉应力主要有负载应力和残余应力两种,残余应力包括焊接产生的残余应力、金属冷加工变形产生的残余拉应力和结构设计不合理产生的应力集中等。当压力容器所受的拉应力超过临界应力时就会发生应力腐蚀断裂。
　　1.2 环境因素
　　温度、介质中某些成分的浓度、pH值以及溶解氧等都对金属或合金的应力腐蚀断裂敏感性产生不同程度的影响。如果特征介质浓度越大,越容易引起应力腐蚀断裂。只有特定的材料在拉伸应力和一定环境的共同作用下,才会发生应力腐蚀断裂。另外,溶液的温度对应力腐蚀断裂也有影响,一般来说,温度越高,越容易发生应力腐蚀断裂。
　　1.3 冶金因素
　　冶金因素中主要包括合金元素、金相组织、夹杂物的含量和偏析和热处理等方面。
　　(1)合金元素的影响。在相同的腐蚀环境里不同的金属一般具有不同的应力腐蚀敏感性,而同一种金属在不同的腐蚀环境里也有着不同的应力腐蚀敏感性。金属在合金中占的比例不同,合金的应力腐蚀敏感性也就会随之比例的不同而发生变化。金属和腐蚀环境的最佳组合,可以有效地避免或降低应力腐蚀发生的概率。
　　(2)金相组织的影响。在奥氏体、铁素体和马氏体不锈钢中,奥氏体不锈钢对应力腐蚀最为敏感,与奥氏体共存在少数铁素体,可以有效提高材料抗应力腐蚀的程度。
　　(3)夹杂物的含量和偏析的影响。合金材料含有夹杂物和偏析,会使晶界的电位降低,从而形成应力腐蚀电池的阳极,场所对应力腐蚀的敏感性。
　　2 压力容器应力防护策略
　　2.1 力学因素方面的防护
　　减小拉应力,使材料的工作应力和残余应力之和降低到腐蚀临界应力以下,可以采取以下措施:(1)对容器进行结构设计时,将应力分散开来,不出现过高的应力集中区,使用圆角进行结构过渡。(2)对容器冷加工处理时,要采取切实有效的措施,防止产生拉应力。(3)为了消除残余应力,容器制成后必须经过整体退火热处理这一工序。(4)压力容器应严格避免超压工作。超压运行不但是容器强度不允许的,而且也容易产生应力腐蚀。(5)采取措施使压力容器接触介质的表面处于压应力状态。压应力状态可以使微小的缝隙闭合,使应力腐蚀的电化学过程无法进行,从而避免了应力腐蚀的发生。
　　2.2 环境因素方面的防护
　　设计时要使用最佳工艺条件,使压力容器在设计规定的工艺条件下不产生应力腐蚀。(1)采取措施减少介质中氧和氧化物的含量,使之达到千万分之几或者更小的程度,这样可以防止不锈钢的密闭、热交换系统的应力腐蚀,也可以防止应力腐蚀的产生。(2)腐蚀介质中添加缓冲剂,也在某种程度上降低了应力腐蚀断裂发生的可能性。(3)压力容器结构的设计过程中要力争达到最优效果,必须从容器防护的角度全面进行考虑,除了防止机械应力、应力集中外,还要防止热应力、腐蚀介质的滞留和集中等。设计金属结构要避免电位差大的金属材料直接接触,以免发生电偶腐蚀;如果两种不同电位的材料无法避免接触,应该尽可能使阳极部分面积大一点,阴极部分面积小一些。(4)采用阴极保护防止应力腐蚀的产生,导电的介质中将设备的金属联接到直流电源的负极上,通以电流,进行阴极极化。(5)选择合适的材料作为表面保护层,把金属表面和腐蚀介质分开,阻止金属表面层微电池的作用。
　　2.3 冶金因素方面的防护
　　对于每种金属材料、合金,都有产生应力腐蚀的特征介质,因此设计制造压力容器时,要合理选用材料,避免使用对应力腐蚀敏感的金属材料。奥氏体、铁素体和马氏体不锈钢的应力腐蚀特征都是不一样的,要根据不同的腐蚀介质来进行选择。
　　2.4 使用过程中进行防护
　　压力容器的使用过程中要注重应力腐蚀的防护。(1)做好设备的清洗,清洗过程中,要选择合适的清洗剂,防止设备与清洗剂发生化学反应;同时,设备都是根据特定的工况设计的,在清洗过程中,不用随意改变工况。(2)正确使用缓蚀剂,缓蚀剂可以改变腐蚀环境的性质,它改变介质的酸碱度,促进阴极或者阳极的极化,从而阻止氢的入侵。(3)优化操作流程,如果操作压力波动过大,过于频繁,可能会产生疲劳腐蚀,从而更容易产生应力腐蚀断裂。因此,操作的过程中,应尽量避免操作压力过大和过于频繁的情形。(4)加强对员工的技能培训,提高员工的安全意识,规范操作流程,正确使用和维护压力容器,延长其寿命,避免各种风险的发生。
　　3 结语
　　应力腐蚀对压力容器的安全运行危害特别大,在设备的使用过程中,要严格按照操作流程进行操作,不允许违规操作的现象。另外还应该做好定期的检测维护,在压力容器维护的过程中,严格执行有关章程的标准,根据检修规定,细致地对设备进行检查取样,掌握压力容器在运行中出现的问题以及应力腐蚀的发展情况,如果发现问题,及时进行探讨,研究出最佳的解决方案,防止腐蚀继续扩大,确保容器安全平稳地工作。
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