提升壓力容器防腐性能的有效策略

姬萬榮 ，楊虎生，胡汝軍 ，張中勤 ，王連杰 ，袁哲

（1.玉門油田分公司機械廠；2.玉門油田分公司綜合服務處；3.玉門油田分公司煉油化工總廠，甘肅 酒泉 735200）

在化工設備中，壓力容器是最為重要的組成部分，在生產中發揮了著非常重要的作用。如果壓力容器出現腐蝕，不僅會影響正常的化工反應，還會引發重大的安全事故。在實際生產中，金屬材料出現破裂與失效的重要因素之一就是腐蝕。在化工壓力容器中難免會出現腐蝕現象，必須制定出科學的防腐策略，提升壓力容器的防腐性能，保證壓力容器擁有更長的使用壽命。

1 影響壓力容器防腐性能的有關因素

1.1 材料特性產生的影響

壓力容器的防腐性能在很大程度上是由材料本身的特性所決定，具體如下：一是電化學反應的速度會直接受到材料的化學性質、雜質等方面的影響，倘若容器內有比較多的惰性夾雜物，則金屬腐蝕的速度要快很多。二是腐蝕速度還會受到金屬材料表層的氧化狀態與晶體結構的影響。一般來說，晶粒越為粗糙，腐蝕速度就越快。如果材料表層有氧化膜，則具有較好的耐腐蝕性。例如不銹鋼材質，在腐蝕介質的影響下，焊縫位置會出現晶間腐蝕，腐蝕將滲透到金屬內部，材料的強度將深受影響。在焊接的過程中，晶間腐蝕會在熱影響區內出現。三是制造過程中，在冷卻、煅燒等諸多工藝下，金屬會有形變產生，并有極強的內應力，這也會導致金屬被腐蝕的程度加深，特別是在H2S的影響下，容器極有可能因腐蝕而破裂。三是合金元素對壓力容器的防腐性能也有非常大的影響。不同的鋼材料內合金的具體狀況不一樣，因此其對H2S的敏感性也會不一樣。

1.2 環境因素產生的影響

從實際情況看，化工生產中難免會出現腐蝕性介質，這些介質都有可能導致壓力容器被腐蝕。一般情況下，金屬容器對介質腐蝕能夠產生一定的抵抗作用，然而倘若介質濃度、含氧量、酸堿度等均超出了容器的承受標準，或者是出現非常敏感的介質，則會引發極為嚴重的腐蝕。環境因素對壓力容器防腐性能所產生的影響具體表現為：一是作業環境。在不一樣的作業環境下，容器的耐腐蝕性有很大區別。例如，在超過限定穩定的情況下，腐蝕速度要快很多；在酸性情況下，低碳鋼容器被腐蝕的速度非常快。酸性越強，則腐蝕速度越快；在高溫的狀態下，水中溶解氧含量會非常大，容器腐蝕速度會加快。二是介質溫度。相關資料表明，在溫度每上升10℃的情況下，化學反應速度會顯著提升，提速1～3倍。高溫能夠使得介質的對流速度加快，介質電阻下降，從而加快電化學腐蝕。通常，隨著介質溫度的加快，腐蝕速度加快。三是壓力。壓力也會對金屬的腐蝕性產生一定的影響，在壓力提升的過程中，介質中氣體的溶解度會加大，電化學反應的速度更快。四是pH值。酸堿環境對容器腐蝕有直接的影響。在不一樣的酸堿環境下，介質中電解的離子含量不一樣，進而影響到腐蝕情況。五是介質流動速率。越快的介質流速對流、擴散產生越為明顯的影響，金屬表層的保護膜會受到更為強烈的沖擊，從而產生空泡等現象，使得容器出現嚴重的腐蝕。六是因操作不當而產生的腐蝕。相關工作人員沒有嚴格依照操作流程而開展生產活動，從而使得容器被腐蝕。

2 提升壓力容器防腐性能的有效策略

2.1 選擇科學的材料

在對壓力容器進行設計的過程中，應依據TSG21-2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》、GB150.1-150.4-2011《壓力容器》來選材。在設計的過程中，應杜絕出現應力集中的情況，使得容器內的金屬材料表層無縫隙與缺口，提升防腐蝕性能。從容器的實際用途及作業環境入手，使用具有優良耐腐蝕性能的材料。從實際情況看，碳鋼是最為主要的化工壓力容器材料，在要求較高的情況下，可以進一步使用銅材與鈦材等。在選擇壓力容器材料的過程中，不僅要考慮耐腐蝕性，還要考慮介質的特性，如易燃性與毒性等。

2.2 增加緩蝕劑

緩蝕劑是一種極為特殊性的化學性材料，在金屬的表層增加一定量的緩蝕劑，能夠有效提高材料的力學性能，使材料具有更強的防腐蝕性。在某些盛有一定介質的金屬材料內增加緩蝕劑，會有效地降低腐蝕速度，提高壓力容器的防腐性能。由此可知，增加緩蝕劑是一種極具經濟性的金屬防腐技術，在提升壓力容器防腐性能的過程中具有重要意義。緩蝕劑會對金屬于介質環境下的電化學腐蝕有直接影響，對陰陽極反應有一定的抑制作用，降低金屬電化學的腐蝕情況。常見的緩蝕劑有多種，具體為：一是氧化膜型的緩蝕劑。其自身為氧化劑，能夠和金屬產生一定的作用，在金屬表層生成氧化膜，使得金屬離子化得以降低。二是沉淀膜型緩蝕劑。在金屬表層形成沉淀膜，借助緩蝕劑分子間的相互作用，減少腐蝕。三是吸附膜型緩蝕劑，此為有機緩蝕劑，能夠優化金屬表層的性質，提升金屬的防腐蝕能力。

2.3 提高焊接質量水平

在壓力容器材料腐蝕斷裂中，焊接處的殘余應力是非常重要的影響因素。在提升焊接質量水平的過程中，這些殘余應力得到減少，焊縫區域的組織狀況得以優化，容器的防腐蝕性能得以提升。現階段，不銹鋼材料經常使用電弧焊與氬弧焊進行焊接，不管何種工藝，都應嚴格依照鋼結構焊接來規范進行，所選擇的材料應是質檢機構檢測合格的材料。在焊接壓力容器的過程中，應充分考慮材料的實際情況，進行一定的預熱。在焊接工作結束后，還應該做好熱處理工作，測試晶間腐蝕的狀況，并進行一系列檢測。

2.4 引入電化學防護策略

電化學防護的作用機理為：被保護金融材料成為原電池的陰極，從而對金融材料出現的陽極反應產生抑制作用，提升材料的防腐性能，具體方法為：一是犧牲陽極保護的方法。也就是說容器中固定鋁鋅等具有較強還原性的金屬材料，金屬容器相當于腐蝕電路的陰極，從而得到有效保護，提升防腐性能。這種方法多被應用到那些腐蝕性不強的介質之中。在強腐蝕性介質內，因為金屬的消耗量會太大，所以缺乏經濟性。二是外加電流陰極保護法。在容器外部增設直流電源，使得電子被強制性地自介質而向金屬容器流動，容器成為陰極，從而得到保護。這種方法能夠有較大的功率，所以應用范圍更加廣泛。在實際應用中，其還可以從具體情況出發而設置合理的電流流量，然而需要配置直流電源及相關附屬裝置，基礎投資比較大，因此在實際應用中要充分考慮介質環境、防腐等級等因素。

2.5 運用防腐涂劑

常見的防腐涂劑有人造樹脂、漿液溶劑、植物油等。其多被應用到腐蝕程度較為嚴重的容器表層中，能夠被直接涂抹。這將在材料表層形成薄膜，盡管無法將材料與介質充分隔離，然而能夠使得介質在向材料擴散的過程中受到諸多阻力，減少腐蝕電流，提升壓力容器的防腐性能。

2.6 使用防護襯里

在實際應用中，壓力容器會接觸很多腐蝕性非常強的化學介質，當前的金屬材料無法滿足使用需要。另外，部分材料的價格過于昂貴，難以在實際應用中普及開來，這種情況下，在容器內部增設防護襯里非常重要，在具體的操作中，應從溫度、壓力及介質等狀況入手。現階段，常見的襯里材料有鈦、玻璃鋼、不銹鋼等。

2.7 做好管理與維護工作

化工企業應從壓力容器的具體使用規定入手，做好容器的檢修，依照計劃而展開檢測及取樣工作，及時發現容器的腐蝕問題，并采取有效應對策略，從而控制好腐蝕的擴大。相關工作人員應及時研究腐蝕設備，就導致腐蝕出現的原因展開深入分析，采取科學的應對策略，杜絕相同的問題出現。

3 結語

在化工生產領域中，設備腐蝕是非常重要的風險來源，壓力容器的防腐蝕性能極為重要。對此，相關人員必須從壓力容器的實際應用環境及具體材質入手，制定出科學的防腐蝕策略，提升容器的防腐蝕性能，從而使得容器擁有更長的使用壽命，各項生產活動能夠安全、穩定的進行。

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