壓力容器應力腐蝕及其控制分析

摘要：壓力容器是一項危險系數較高的裝置，在石油、化工領域內最為常見。壓力容器內的承載介質特殊，產生高溫與高壓作用，導致壓力容器面臨著應力腐蝕的風險，壓力容器應力腐蝕突發性強，增加了壓力容器的事故風險率。本文通過對壓力容器的應力腐蝕進行研究，分析有效的控制措施。

關鍵詞：壓力容器；應力腐蝕；控制措施

壓力容器應力腐蝕可以引發爆炸、斷裂等事故，危險性非常高。據數據統計應力腐蝕的比例高達40%，在壓力容器事故中占有很高的比重。為保障壓力容器的安全使用，需深化分析應力腐蝕，結合應力腐蝕的發生原因，規劃出控制措施，防止應力腐蝕的危險性，由此保障壓力容器的應用性能，規避應力腐蝕引發的風險，做好腐蝕控制的工作。

1.壓力容器應力腐蝕危害

應力腐蝕是壓力容器主要的危害，此類危害在壓力容器應用中分為三個階段。第一階段是應力腐蝕的萌生階段，壓力容器在腐蝕的作用下出現裂紋，表現出輕微的腐蝕狀態；第二階段是裂紋腐蝕的衍生，應力腐蝕會加重裂縫的狀態，促使壓力容器的性能達到臨界狀態；第三階段是壓力腐蝕引發的容器斷裂，導致壓力容器失去原有的穩定性[1]。應力腐蝕在壓力容器斷裂的整個過程中，逐漸喪失穩定性能，一旦應力腐蝕萌生后，壓力容器即會處于動態的變化過程中，直至發生斷裂或爆炸。壓力容器在應力腐蝕的干預下，逐漸形成斷裂危害，在應力腐蝕控制的過程中，可以根據應力腐蝕萌生階段的特性，判斷壓力容器是否潛在腐蝕危害，預先抑制壓力容器的腐蝕，排除應力腐蝕對壓力容器的危害。

2.壓力容器應力腐蝕的發生因素

壓力容器應力腐蝕的發生因素比較集中，可以為腐蝕控制提供相關的依據，對其做如下分析：

2.1材料因素

壓力容器的制造材料特殊，不同材料對壓力容器應力腐蝕的影響均不同。壓力容器中的鋼材與應力腐蝕的聯系較大，強度越高越容易發生應力腐蝕，調查壓力容器的屈服強度oS發現，oS>320MPa時，80%以上的壓力容器都出現了應力腐蝕，而oS<220MPa，壓力容器的性能相對穩定。

2.2環境因素

環境因素為壓力容器應力腐蝕提供了介質，環境中存在引發應力腐蝕的物質，如：NaOH、H2S，其對碳鋼類型的壓力容器影響明顯。NaOH環境中的壓力容器有規范的溫度限制，壓力容器使用溫度保持在上限值以內，能夠抑制應力腐蝕。例舉壓力容器比較常見的溫度上限，如：環境中的NaOH重量在2%、10%、30%、50%、70%時，對應壓力容器的溫度上限分別為：90℃、76℃、54℃、43℃、38℃。H2S環境下的應力腐蝕，同樣具有條件限制，分析如：（1）pH<7（2）T≤（60+2P）℃，P=壓力；（3）H2S分壓≥0.00035MPa。

2.3拉伸應力

壓力容器受到拉伸應力的影響，加快了應力腐蝕的速度。拉伸應力內，主要的影響因素是殘余應力，如果應力容器存在工藝缺陷或設計不合理，殘余應力會集中分布在壓力容器的某個點上，拉伸應力δ>臨界δscc時，就會發生應力腐蝕，導致壓力容器斷裂。

3.壓力容器應力腐蝕的控制措施

壓力容器應力腐蝕的危害非常大，結合應力腐蝕的發生條件，分析控制應力腐蝕的措施，如下：

3.1規范選材

壓力容器制造的過程中，需要加強選材的控制力度，規范壓力容器的制造材料。壓力容器的選擇應根據容器的實際應用，重點考慮壓力容器的使用過程中，是否潛在應力腐蝕的風險，由此選材時可以著重規范。一般情況下，壓力容器處于高溫作業的環境中，此時應該規范材料中的強度、脆性條件，確保其在高溫狀態下的穩定性。選材是壓力容器應力腐蝕控制中的主要方法，能夠提升壓力容器的防腐蝕能力，選材時不僅要考慮壓力容器的主要材料，還要注重細小材料的規范選擇，特別是壓力容器局部位置的材料，加強壓力腐蝕的控制力度。

3.2優化環境

環境介質能夠加快壓力容器應力腐蝕的速度，部分壓力容器受到環境介質影響偏大，需要采取恰當的控制措施，促使壓力容器適應環境，抑制環境的影響。壓力容器中采取襯里防護的方法，提升抗應力腐蝕的水平。實行襯里防護時，需要以壓力容器的特性為依據，保障應力腐蝕控制的科學性[2]。除此以外，還要對環境介質采取適當的控制措施，如果具有高水平的生產條件，壓力容器制造時即可消除應力腐蝕的干擾，分離與環境介質發生腐蝕的材料成分，也可添加緩蝕劑等物質，降低應力腐蝕的水平。

3.3完善工藝

壓力容器的工藝控制，能夠排除拉伸應力的影響，高效的分配壓力容器內的應力，防止殘余應力引發應力腐蝕[3]。壓力容器工藝制造中，應該完善工藝的應用，深化應力腐蝕控制，提出壓力容器工藝中的注意事項，如：①合理安排焊縫位置，與集中應力點保持安全距離；②壓力容器的連接中，應該采取圓滑過渡的處理方式，以免出現殘余應力；③不選擇剛性強的結構，維護壓力容器的安全性。

4.結束語

壓力容器的應力腐蝕潛在很大的危險性，不利于壓力容器的使用，也是壓力容器風險防護中的核心部分。壓力容器維護的過程中，應該著重考慮應力腐蝕的影響，全面掌握應力腐蝕的信息，規范控制措施的應用。壓力容器應力腐蝕的破壞性大，需深化控制措施的應用，提前預防應力腐蝕，以此來提升壓力容器的使用壽命。

參考文獻：

[1]閆大東.壓力容器應力腐蝕及其控制措施[J].黑龍江科技信息，2008，17：4.

[2]張廣琳.壓力容器應力腐蝕及其控制措施探析[J].民營科技，2009，04：2+28.

[3]楊洲.淺析壓力容器應力腐蝕及其控制措施[J].天然氣與石油，2009，02：51-53+68.

作者簡介：陳曉冬，工作單位：江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院揚州分院，現有職稱：助理工程師。