壓力容器的腐蝕及其控制措施

范曉勇郭旭陳魯元李健（.榆林學院化學與化工學院， 陜西 榆林 79000；.兗州煤業榆林能化公司， 陜西 榆林 79000）

壓力容器的腐蝕及其控制措施

范曉勇1郭旭2陳魯元2李健1
（1.榆林學院化學與化工學院， 陜西 榆林 719000；2.兗州煤業榆林能化公司， 陜西 榆林 719000）

腐蝕是金屬材料與周圍環境發生自然反應所造成的損害，會導致材料磨損、流體泄露等，腐蝕危害龐大驚人，經濟成本浪費難以估計，尤其衍生的事故風險，危機人員安全，因此防腐工程刻不容緩。探討壓力容器防腐課題所涉及的內容及其腐蝕控制方法，以期進行深入研究，降低企業腐蝕成本的風險。

腐蝕；防蝕；腐蝕環境；壓力容器

0 引言

壓力容器是承裝液體或氣體并承受一定壓力的密閉容器，或內部存可產生壓力的流體，或受外壓的容器等。腐蝕、破裂、磨損、沖蝕、物理損壞等均為壓力容器常見失效模式之一。壓力容器及其附件等常因材料的腐蝕、劣化、變形、裂痕等，產生災害事故，大多數是由腐蝕引起的。腐蝕為生產界目前面臨的嚴重迫切需解決的課題，因腐蝕會造成材料浪費、成本增加、經濟損失、企業風險升高等等，均屬不利正常生產的負面因素。一個結構完好的壓力容器，常因使用期間忽視腐蝕問題而導致使用年限降低或破壞失效，造成危險，在實際中必須深刻認識，采取措施加以防范。

1 壓力容器的腐蝕環境

壓力容器種類繁多，其構造、功能及特性雖各有不同，但因壓力容器多以金屬材料制作，其暴露于大氣中受水汽、硫化氫等腐蝕因素影響，且大多數壓力容器的服役環境比較苛刻，比如存在低溫、高壓、高溫、流體環境中，都是腐蝕產生的主要因素。

壓力容器的結構在長期自然環境因素（風吹、日曬、雨淋、空氣、水、土壤等）與操作條件（壓力、溫度、流體等）兩者交互作用之下，容易產生產生疲勞、老化、應力腐蝕、銹蝕、氫脆及焊接品質劣化等失效問題。

大氣環境對金屬腐蝕有明顯影響，例如金屬腐蝕率普遍隨雨水酸度增大而升高。再者壓力容器內存在各種流體，部分流體具有腐蝕性質，因此產生腐蝕及脆化等。石化煉油工業設備及地下管線、儲槽、壓力容器等常有腐蝕或氫脆問題發生，特別是在有水與硫化氫的環境中，石化工業設備材料的氫脆問題容易出現。

2 壓力容器腐蝕的探討

對壓力容器而言，其構件多為金屬材料，在使用期間或操作過程中，受到環境應力及操作應力等因素影響，在與各種因素交互作用下，發生磨損、腐蝕、疲勞現象，使材料強度慢慢退化，壓力容器的壁厚減薄，增加結構強度降低的隱患，依其腐蝕機理可分為：

（1）化學性腐蝕：在有機溶劑中的腐蝕反應、均勻腐蝕等。

（2）電化學腐蝕：陽極發生腐蝕，陰極則不發生。

（3）腐蝕及機械性損耗兩者共同作用：腐蝕反應同時伴隨著應力，侵害程度高于單獨的腐蝕作用，且不易預期，如沖蝕，應力腐蝕破裂，腐蝕疲勞等。

腐蝕依據腐蝕形態分為全面腐蝕和局部腐蝕。全面腐蝕為全表面均一的腐蝕，使材料表面厚度均勻減小，材料強度降低；局部腐蝕是材料表面各位置的腐蝕量及腐蝕形態有差異，其表面呈不規則凹凸分布，金屬總損失量小，但腐蝕深度大，會造成快速穿孔。如孔蝕使材料表面發生微小、局部、集中、成凹洞狀小孔的腐蝕，有晶間腐蝕、應力腐蝕、氫脆、疲勞腐蝕等。

3 壓力容器的防范與保護

壓力容器經多年使用之后，為使其繼續保持安全運行，防腐工作顯得非常重要，壓力容器的防腐方法有：適當選擇耐腐蝕材料、金屬母材表面被覆蓋有機或無機材料、添加環境腐蝕抑制劑、設計厚度增加腐蝕裕度、護面金屬、搪瓷、玻璃內襯，電化學保護等。

現實所使用的壓力容器，是在大小不一的隨機負荷與腐蝕環境同時交互作用下的環境中運行，防腐方法雖多種多樣，但需靈活應用。如為了抗大氣腐蝕，提高低合金鋼的耐蝕特性，可在鋼鐵中添加一些微量的合金元素，例如銅、鉻、磷、鈦等，以增加鐵層的致密性、附著性及連續性，進而阻止腐蝕的擴散速度，達到防蝕效果。

允許容器發生均勻腐蝕時，結構防蝕設計時設計厚度可考慮腐蝕裕度及安全系數，也可采用減少金屬與侵蝕性環境接觸的時間來降低腐蝕。比如壓力容器結構設計上盡量避免沉積或聚集水、灰塵、雜質等；腐蝕性液體的蒸汽對金屬的侵蝕高于母液本身，可設置排氣孔或回流等設計。

包覆防蝕法使在金屬表面包覆一層其他金屬或非金屬耐腐蝕材料。如采用鍍鋅板、塑膠、橡膠等包覆，使原金屬得以防蝕。

抑制腐蝕法是通過技術方法將金屬所處環境的腐蝕因素去除，以達到防蝕的目的。如去除空氣中的水分，或將水中溶氧去除，或投入防蝕藥劑，抑制腐蝕進行。

陰極保護法是對欲防蝕的金屬，由外部通以電流，強制使其成為陰極，而不致使該金屬表面起陽極反應，如船舶外側、地下管線等常使用此法。陰極防蝕是目前針對存在土壤環境與水下環境結構物最有效的防蝕方法。應用陽極保護法，使鋼鐵結構物維持在鈍態的特性，來遏止結構物的腐蝕，適用對象包括長途輸油氣管線、地上或地下式儲槽、碼頭、混凝土鋼筋等。

保護性涂裝是在金屬表面涂裝保護層使金屬在侵蝕性環境中不被腐蝕。保護性涂裝的成本低，經濟性優于采用抗蝕性材料，因此應用最為廣泛。如采用阻隔性涂裝防止金屬與侵蝕性環境相接觸；犧牲性涂裝借本身所含金屬粉體發生腐蝕，保護底材金屬不發生腐蝕；含抑制劑的涂裝減緩金屬腐蝕反應；高電阻的涂裝抑制電化學腐蝕發生。

4 腐蝕的監測及評估

對腐蝕失效模式發生的軌跡加以分析，探討其結構或材料破壞的機理并找出破損原因，研究有效改進方法。通過檢測、評估，確認結構體的安全，可避免類似事故再次發生。其次為確保結構安全性，并延長使用壽命，為日后修補提供依據，應對壓力容器進行安全性及剩余壽命的評估，而腐蝕監測是其中重要的一環。檢測容器的表面及鄰近設備的表面有沒有異常變色或腐蝕的痕跡，定期進行腐蝕監測，可預知或早期發現有沒有不可容忍的腐蝕損傷。比如以不同環境的二氧化硫濃度來探討碳鋼材料腐蝕行為，各種材料在不同腐蝕環境裂縫成長行為并不一樣，由超聲波檢測可得壓力容器現有壁厚、殘余厚度及應力分布狀況，結合應力強度因子來評估結構的安全性及剩余壽命。

5 結語

壓力容器的破壞現象并非單一原因造成，其生成過程及衍生結果均有差別，在壓力容器的破損分析時，可通過以破損部分的特征、金相、材質等鑒定方法為主，結合冶金、破壞等理論，分析其產生的原因。壓力容器的腐蝕破壞問題關系到其構造的安全性，值得深入探討。近年來腐蝕已逐漸受到社會各界重視，政府及工業界每年花費龐大經費及人力投入防蝕工作，以避免發生重大損失，但實際成效并非十分理想，成果仍屬有限，今后相關研究仍有更大的努力空間，期盼提出切實有效的對策。

［1］李曉旭.論化工容器的防腐蝕措施研究［J］.山東化工，2015，（14）：142-143.

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［3］穆培磊，周華偉，王曉輝.論化工容器的防腐蝕措施研究［J］.化學工程與裝備，2013，（3）：87-88.

［4］馬朝陽.濕硫化氫環境中壓力容器應力腐蝕對策［J］.石油化工設備，2008，37（6）：89-91.

［5］沈振英，駱浩.影響壓力容器金屬腐蝕的主要因素及防治對策［J］.科技視界，2013，（14）：47-48.

［6］毛衛東.淺議化工壓力容器的防腐蝕管理［J］.科技與企業，2015，（9）：91.

范曉勇（1985-），男，碩士，講師，從事過程裝備腐蝕防護及安全節能技術研究。

陜西省教育廳科學研究計劃項目（14JK1863）；榆林學院高層次人才啟動項目（11GK29）