化工設備中應力腐蝕的機理及防護探討

張偉

摘? ?要：伴隨社會經濟的持續化發展，化工行業在此背景下，呈現出迅猛的發展勢頭;化工設備作為整個化工行業的核心組成部分，其在長時間運行后，會出現應力腐蝕情況，因而會給其運行使用造成直接影響，所以需采取措施加以防護。本文首先簡要分析了化工設備中應力腐蝕的基本原理，指出了具體的防護措施，望能為此領域研究有所借鑒。

關鍵詞：化工設備? 應力腐蝕? 腐蝕機理? 防護策略

中圖分類號：TQ05? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）02（a）-0091-02

伴隨我國整個工業體系的持續發展與健全，化工設備的種類日漸增多，而且應用領域日漸寬泛。但需要指出的是，無論是在石油化工、石油冶煉中，還是在儲存石油及化工產品中，所使用的化工設備在實際運行過程中，時常會因各種問題而出現各種形式或不同程度的應力腐蝕狀況。尤其是奧氏體不銹鋼、低合金鋼及碳鋼等，其在一些特定條件或環境中，均會出現應力腐蝕、破裂情況。針對此種破裂而言，其在小于屈服強度的持續應力作用下，會使金屬出現早期破壞，因而無論是在危害性上，還是在隱蔽性上，均比較明顯。在此背景下，做好應力腐蝕的有效預防工作，至關重要。

1? 腐蝕機理概述

當前，針對應力腐蝕開裂的機理而言，已出現許多理論依據，比如混合機理、溶解機理等，但需強調與說明的是，業內對如下論述作為認可：所謂應力腐蝕開裂，從根本上來講，就是在所形成張力持續作用下的合金，在具有腐蝕性的環境中，其中的一種或者是多種顯微路徑出現多樣化或不同程度腐蝕情況，由此而引發的破裂狀況。簡單概括之，就是基于應力的影響與驅動下，鋼發生一定程度的滑移情況，在此作用下，表面鈍化膜會發生嚴重的破裂狀況，另外，還會露出一些新鮮的表面;此外，還需要說明的是，受滑移的影響，其還會使缺位情況增加，并且還會使位錯情況出現大量密集，因而在滑移帶上，會使雜質偏析速度加快，最終便會形成活性陽極區。另外，還需要指出的是，基于腐蝕介質的持續作用下，會出現陽極溶解情況，在溶解時，陽極極化，并且在極化的附近，還會有鈍化情況發生，因此，在此驅動與影響下，蝕坑周圍會產生一層覆蓋范圍比較廣的鈍化膜;另外，基于應力的持續作用下，在蝕坑的底部位置處所形成的應力，會在此不斷的聚集，最終導致鈍化膜出現不同程度的破裂情況;循環復之，最終會造成應力腐蝕開裂情況的加劇，并向周圍蔓延，出現縱深形態的裂紋，直到斷裂。對于裂紋的基本形態來分析，其類型主要有兩種，其一為比較常見的晶間破裂，其二是比較典型的穿晶破裂。

2? 應力腐蝕開裂的介質環境

首先，以氯化物溶液為對象，尤其所帶來的各種應力腐蝕開裂情況。對于奧氏體不銹鋼來考量，如果其與氯化物介質相接觸，或者相混合，那么便容易造成應力腐蝕開裂情況，也就是業內經常提到的氫脆。其次，由硫化物溶液所造成的應力腐蝕開裂狀況。針對硫化物溶液來分析，其類型可劃分為兩種，第一種便是H2S水溶液，而第二種則為連多硫酸。對于此種腐蝕而言，其在化工或者煉油生產當中，最為普遍，同時也會造成最大的損失。當前得知，無論是奧氏體不銹鋼，還是低合金鋼、碳鋼，均會出現此種腐蝕情況。再次，濃熱堿溶液。無論是在核電工業當中，還是在比較常見的化工工業中，無論是比較常用的奧氏體鋼，還是實用價值更為突出的低合金鋼、碳鋼等，當處于特定環境中，都有發生堿脆破裂的可能，且應力腐蝕程度與堿液濃度、溫度之間，關聯性比較密切。

3 防護措施

3.1 對腐蝕介質的濃度、含量加以嚴格控制

可根據現實情況及相關需要，采用多種方式、方法來施加控制，步入注水方法、脫硫方法，除此之外，還有加緩蝕劑等，如此一來，便可以根據現實情況，最大程度降低所處環境的氯、硫化物濃度，最終實現設備相應腐蝕程度的降低;另外，通過采用上述方法進行控制，還能降低化工設備腐蝕環境當中pH值的降低。需要指出的是，如果經檢測得知，pH值呈酸性，那么此時上述方法能將應力腐蝕開裂速度較快，特別是對高強鋼，會變得更加敏感。另外，在對設備進行實際使用時，還需要對設備介質含量施加嚴格控制，將分析、化驗等工作給做好，對氯離子含量進行切實控制，防止超標介質、物料流入到設備當中。還需要指出的是，應在設備停車期間，做好清理、檢修工作，并進行相關試驗操作，試驗后，將設備內壁、死角殘留介質、水漬等清理干凈，預防水漬殘留蒸發而造成腐蝕介質濃度增加，而對設備運行造成不利影響。相關人員需強化巡檢，制定緊急預防處理方案，防范于未然。

3.2 選用嚴格的材料

在實際操作中，可選用有較低強度級別的材料，盡量不用高強度鋼。需要說明的是，隨著鋼在具體的屈服強度上的持續性增加，針對所采用的材料而言，其應力也會發生變化，而且腐蝕破裂敏感性會伴隨其升高而增大。如某化工廠，其所選用的便是比較新型的分餾系統，在整個系統當中，設置有浮頭式換熱器，其在較短時間內便發生了脆性斷裂，由此還引起了小浮頭密封失效的情況;針對此情況，改用鋼螺栓，即Q235-A型，上述情況得到較好改善。需要指出的是，S、P等會不同程度腐蝕損害鋼的耐應力，所以，需要對鋼當中的S、P含量進行嚴格控制，使S的含量小于0.02%，而P的含量小于0.03%。另外，如果將Mo、Nb、Ti物質加入到低合金鋼當中，可以促進鋼抗應力破壞能力的提升。而對于奧氏體不銹鋼，可以將高Ni量加入其中，這樣能夠較好地對抗應力腐蝕。

3.3 選擇合適焊接工藝，改進設計結構

通過對結構的合理設計，能夠較好地減少或規避應力在局部的過于集中情況。比如在對高度比較高的壓力容器進行設計時，可能會根據高度的不同，選用壁厚不同的鋼材進行焊接，此時，基于內壓的持續作用下，由于自由變形不協調，受此影響，在焊縫位置處，會產生程度差異性的局部應力;如果存在比較大的應力，那么其在應力腐蝕這一環境下，便易出現應力腐蝕劈裂情況。所以，需對連接結構進行合理選擇。選擇異種鋼焊接工藝，在設計化工設備過程中，整個設備均采用相同材料是不可能的，這便出現了異種鋼焊接方面的問題。基于此情況，怎樣匹配基材的選擇，并合理解決焊接工藝問題，選擇更加實用的焊條，需給予足夠重視。據相關調查得知，許多設備之所以會出現失效事故，主要原因在于所采用的焊接工藝缺乏規范性、合理性所造成，或是所選用的焊接材料不合格所致。比如級別不同的高強度鋼、低合金鋼、低碳鋼，它們之間在進行異種鋼焊時，需要控制好焊接溫度及強度，選用合理的焊條，如果強度比較低，那么便難以達到理想的抗拉強度;另外，針對接頭來講，其無論是在韌性上，還是在具體的塑性上，都需要控制在較高水平，使其能夠較好地滿足現實需要。

4? 結語

綜上，伴隨當今化工設備種類的日漸增多，其運行環境存在著較大差異，針對那些處于應力腐蝕環境當中的化工設備，如果未能得到妥當維護，便會發生應力腐蝕，最終會對設備的安全、穩定、高效運行帶來不利影響。因此，需要做好工藝改進及技術升級工作，將所存在的各種問題與不良因素給消除掉，強化設備運行效能與穩定性，最大程度強化企業生產質量、效率與水平。

參考文獻

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