淺談壓力容器材料的腐蝕與防護(hù)

殷亞芳 馬建東

（1.中核新能核工業(yè)工程有限責(zé)任公司，山西 太原030012；2.太原重工軌道交通設(shè)備有限公司，山西 太原 030002）

在化工生產(chǎn)中，壓力容器是一種不可替代的重要的設(shè)備。 在壓力容器的運(yùn)行和使用過程中，長期處于高溫和高壓的條件下，使得壓力容器極易發(fā)生腐蝕和破損，進(jìn)而影響壓力容器的正常使用，甚至出現(xiàn)重大工業(yè)事故，造成人員傷亡。因此，研究壓力容器的腐蝕和防護(hù)對于工業(yè)生產(chǎn)安全的意義十分重大。

1 金屬腐蝕的特點(diǎn)及分類

在壓力容器的使用過程中，金屬腐蝕是最常見的腐蝕形式，但是金屬腐蝕的原理和腐蝕狀況極為復(fù)雜，這也是困擾壓力容器安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重大難題。 目前，我們根據(jù)金屬腐蝕現(xiàn)象主要從金屬腐蝕的過程、溫度和破壞形式三方面將其分類，值得注意的是，這幾種分類方式存在共通點(diǎn)和重疊點(diǎn)。 下面具體介紹這幾種分類方式：

1.1 根據(jù)金屬腐蝕的過程分類

根據(jù)金屬腐蝕的大致過程，我們將其分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩個(gè)過程。

（1）化學(xué)腐蝕。 化學(xué)腐蝕是金屬與離子溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的一種腐蝕，腐蝕過程是一種置換反應(yīng)過程，沒有電流的產(chǎn)生，只有元素化合價(jià)的變化。 化學(xué)腐蝕還可以分為氣體腐蝕和溶液腐蝕，氣體腐蝕是指的是金屬表面在高溫氣體下的腐蝕，而溶液腐蝕指的是金屬在不導(dǎo)電的非電解質(zhì)溶液中發(fā)生化學(xué)腐蝕。

（2）電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕相比，最重要的不同在于它存在電子的轉(zhuǎn)移和電流的產(chǎn)生， 這種原理與原電池的工作原理類似，是化工生產(chǎn)中一種最常見的化學(xué)腐蝕形式。 金屬在通電的電解質(zhì)溶液的反應(yīng)都屬于電化學(xué)腐蝕。

1.2 根據(jù)反應(yīng)的溫度分類

影響化學(xué)反應(yīng)的重要的因素除了反應(yīng)物的濃度和催化劑等，最不可忽略的就是溫度的變化對于化學(xué)反應(yīng)速率的影響。溫度升高對于任何化學(xué)反應(yīng)都會(huì)產(chǎn)生加快反應(yīng)的效果。根據(jù)反應(yīng)的溫度可以將腐蝕分為常溫腐蝕和高溫腐蝕。

（1）常溫腐蝕

常溫腐蝕就是在常溫條件下發(fā)生的金屬腐蝕現(xiàn)象的化學(xué)反應(yīng)。我們常見的常溫腐蝕現(xiàn)象包括鐵制品在大氣中的生銹腐蝕，建筑物在水中發(fā)生腐蝕等。金屬制品在酸堿溶液中發(fā)生的腐蝕既屬于常溫腐蝕也屬于電化學(xué)腐蝕。

（2）高溫腐蝕

顧名思義，高溫腐蝕指的就是化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在溫度較高的條件下的腐蝕，當(dāng)然其中也包含化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。 為了更好地區(qū)分常溫腐蝕和高溫腐蝕，我們將溫度在100 攝氏度以上的反應(yīng)歸為高溫腐蝕。高溫腐蝕常見于工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是電鍍行業(yè)。例如電鍍過程中的高溫熔鋅溶液與鍍鋅容器壁間的反應(yīng)就是高溫腐蝕的一個(gè)典型代表。

1.3 根據(jù)腐蝕的破壞形式分類

根據(jù)腐蝕的破壞形式一般都為金屬腐蝕。根據(jù)腐蝕破壞情況又將金屬腐蝕分為全面腐蝕、局部腐蝕和結(jié)構(gòu)環(huán)境腐蝕三類。 金屬腐蝕一般從壓力容器的表面開始反應(yīng)，逐漸向容器壁的內(nèi)部深入腐蝕，最終引起容器的外部或內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，這是金屬腐蝕的一大特點(diǎn)。

全面腐蝕是金屬腐蝕發(fā)生在壓力容器的整個(gè)金屬表面，腐蝕時(shí)破壞連成一片。這種腐蝕一般情況下是不均勻腐蝕，當(dāng)然，也存在各種細(xì)微條件的相同出現(xiàn)的均勻腐蝕現(xiàn)象。 與全面腐蝕相比，局部腐蝕是僅限于容器壁的一小部分發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕而表面其他地方基本沒有損壞或者沒有損壞的現(xiàn)象。

從安全角度考慮，局部腐蝕往往比全面腐蝕更加危險(xiǎn)。 這是因?yàn)槿娓g的特征明顯，并且由于腐蝕的速度相差不大，我們可以很容易的推算腐蝕的速度， 進(jìn)而估算破壞所帶來的損失和更換設(shè)備的時(shí)間，達(dá)到設(shè)備利用的最大化。 相反的，局部腐蝕是設(shè)備的局部發(fā)生破壞，這種破壞往往是隱秘的，不容易發(fā)現(xiàn)，極易造成突發(fā)爆炸，造成重大的人員傷亡。此外，局部腐蝕的反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)條件更加復(fù)雜，所以無法確定其反應(yīng)速率，這樣就會(huì)容易出現(xiàn)設(shè)備的突然損壞和事故的發(fā)生。

2 腐蝕的危害和防護(hù)的意義

腐蝕具有突發(fā)性和災(zāi)難性等特點(diǎn)， 極易造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，造成重大的人員傷亡。此外，腐蝕會(huì)影響設(shè)備的外觀，還可能會(huì)造成生產(chǎn)出的產(chǎn)品不合格，影響產(chǎn)品的聲譽(yù)和銷路，更可能會(huì)造成環(huán)境污染，破壞生態(tài)環(huán)境。 還有可能造成其他貴重產(chǎn)品的損壞。

腐蝕產(chǎn)生的破壞時(shí)高度集中的，并且蝕孔的破壞很不均勻，由于應(yīng)力結(jié)構(gòu)等的影響，蝕孔是向重力方向發(fā)展，蝕孔口徑很小，并且表面往往覆蓋有固體沉積物，因此及其不容易被發(fā)現(xiàn)，隱藏危害巨大，蝕孔的出現(xiàn)是沒有任何預(yù)見性的，時(shí)間或長或短，這就使得腐蝕變得更加難以治理。所以，防止壓力容器的腐蝕能夠避免重大事發(fā)生、避免經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

3 影響腐蝕的主要原因

腐蝕是化學(xué)反應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)的集合，所以影響化學(xué)反應(yīng)的主要因素就是影響腐蝕的主要因素，包括金屬材料、溫度、PH 值、電解質(zhì)溶液的流動(dòng)狀態(tài)等。能夠發(fā)生鈍化的金屬更容易發(fā)生腐蝕，所以，與碳鋼相比，不銹鋼更加敏感。所以，腐蝕更容易發(fā)生在鈍態(tài)不穩(wěn)定的金屬表面，鈍態(tài)越穩(wěn)定的金屬，發(fā)生腐蝕的幾率就越低。溫度是影響腐蝕的另一個(gè)重要的因素，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)越快，腐蝕的速度就越快，設(shè)備破損就越快。 PH 值是影響腐蝕的另一個(gè)重要的原因，一般情況下，酸性溶液比堿性溶液更加容易腐蝕金屬，而中性溶液對于金屬設(shè)備來說無疑使最理想的。 電解質(zhì)溶液的流動(dòng)速度也會(huì)影響腐蝕的速度，越是穩(wěn)定的條件就越容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這是因?yàn)樵诓环€(wěn)定的介質(zhì)流動(dòng)可以消除溶液間的差別，消除溶液間的不均勻性，減緩腐蝕的速率，避免腐蝕的發(fā)生。

4 防止壓力容器腐蝕的措施

4.1 涂層保護(hù)

涂層保護(hù)是避免腐蝕的一項(xiàng)最簡單易行的方法，原理是用有機(jī)涂料或者無機(jī)物的陶瓷將發(fā)生反應(yīng)的金屬和溶液分隔開， 成本較低，工藝簡單，適應(yīng)性廣，見效明顯。 但是這種方法要在設(shè)備投入使用前進(jìn)行，并且維護(hù)時(shí)間短，所以后期二次維護(hù)和勞動(dòng)量大。

4.2 電化學(xué)保護(hù)

電化學(xué)保護(hù)是非常適應(yīng)于水下保護(hù)的一種防腐蝕方法，其原理是利用電化學(xué)反應(yīng)的原理，用一種金屬保護(hù)壓力容器壁金屬和溶液進(jìn)行反應(yīng)，達(dá)到保護(hù)容器壁的效果。這種防護(hù)方法周期適中，但要耗費(fèi)一定的電能，成本較高。 電化學(xué)保護(hù)包括金屬鍍層、陽極保護(hù)、陰極保護(hù)和緩蝕劑保護(hù)四種。金屬鍍層就是在壓力容器金屬表面鍍一層別的金屬作為保護(hù)層，這種方法的保護(hù)周期較長，維護(hù)工作量小，但是施工工藝較為復(fù)雜，并且成本極高，所以，這種方法使用于面積較小并且環(huán)境惡劣的設(shè)備保護(hù)。 陽極保護(hù)是應(yīng)用很廣的一類保護(hù)方法，是利用微弱電流使得作為陽極反應(yīng)的金屬鈍化，減緩反應(yīng)的進(jìn)行和金屬的消耗。 陰極保護(hù)就是使得金屬達(dá)到陰極極化，當(dāng)陰極電勢足夠負(fù)的時(shí)候，金屬就可以避免氧化溶解，從而得到完全保護(hù)。 主要包括外加電流法和犧牲陽極法。緩蝕劑保護(hù)就是在溶液中加入一定的能夠明顯減少金屬和溶液反應(yīng)的一種物質(zhì)，緩蝕劑可以有效地減緩金屬的腐蝕，并且操作簡便，可以避免產(chǎn)品污染，防止脆裂事故的發(fā)生，但是現(xiàn)在的技術(shù)還不夠純熟，不能夠保證保護(hù)的實(shí)效性。

4.3 合理的管理保護(hù)

除了采用以上敘述的方法避免金屬的腐蝕之外，在設(shè)備的管理上還要進(jìn)行加強(qiáng)，避免事故的發(fā)生，防患于未然。

5 總結(jié)

總之， 壓力容器材料的腐蝕和保護(hù)是化工業(yè)生產(chǎn)的重要技術(shù)難題，需要技術(shù)人員不斷地長期摸索和探究。

［1］施利炳.金屬的腐蝕與防護(hù)[J].物理測試,2003(03).

［2］亢永斌.淺淡化工設(shè)備的腐蝕與防腐措施[J].山西化工,2004(02).

［3］周宏.防腐材料在工程設(shè)計(jì)中的選用[J].浙江化工,2003(11).