浅析不锈钢压力容器的腐蚀与防护

浅析不锈钢压力容器的腐蚀与防护

周红王建

江苏和诚制药设备制造有限公司江苏214500

提要：在医药化工行业中，奥氏体不锈钢压力容器的腐蚀一直是影响设备使用年限的重要问题。不锈钢压力容器的腐蚀与防护成为我们设备制造方和设备使用方共同关心和探讨研究的话题。

关键词：不锈钢压力容器；腐蚀；材料；防护

在医药化工行业中，物料的成份较为复杂，尤其在腐蚀的环境下，压力容器材料多选用奥氏体不锈钢；不锈钢除应具有优良的力学性能外，还具有优良的耐腐蚀、耐高温及耐低温性，但腐蚀一直是影响设备使用年限的重要问题。随着现代工业的发展，设备使用的腐蚀与防护是双方共同关心的问题。

1、设备的腐蚀情况

金属材料表面和环境介质发生化学和电化学作用，引起材料的退化和破坏叫做腐蚀。腐蚀是某种物质由于环境作用引起的破坏和变质（性能降低）。

多年来，在医药化工行业中，虽然已确定腐蚀的存在，但对其范围及影响的后果没有认真深入地研究。有一设备制造厂生产的不锈钢压力容器使用不到半年就产生严重的腐蚀，焊缝部分腐蚀、生锈，而且板材也产生了蚀坑。导致损失严重。后经权威部门分析认定制造时组装以及使用时过量使用含氯离子的化学品造成设备材料局部腐蚀和应力腐蚀。统计表明，不锈钢压力容器腐蚀失效要比强度失效事故多的多。因此，如何解决和控制压力容器的腐蚀与防护对企业的发展起着至关重要的作用。

2、腐蚀的类型和机理

由于金属腐蚀的现象和机理比较复杂，因此金属腐蚀的分类也是多种多样的。奥氏体不锈钢材料制造的印染设备腐蚀主要表现在（1）电偶腐蚀（2）孔蚀（3）缝隙腐蚀（4）晶间腐蚀（5）应力腐蚀。由于受染液化学成分的多样性的原因，印染设备腐蚀并不是上述单一形成的破坏结果，而是几种腐蚀所形成的综合效应。

2.1电偶腐蚀

两种电位不同的金属在染液中相接触，电位较负的金属加速腐蚀，称为电偶

腐蚀。电偶腐蚀受介质成分、介质性质、温度、表面状况等因素的影响，而医药化工设备使用过程中频繁交替使用NaOH、Na2CO2、醋等酸、NaCl等化学品，就会使材料在拉应力或残余应力作用下，钢材微裂纹的发展直至破裂。电偶腐蚀易发生在焊缝及其热影响区。

2.2孔蚀

孔蚀的破坏性和隐患性很大。不仅会造成设备的穿孔破坏，而且也常常引发其局部腐蚀的起源点，使之加速萌生和扩展。凡表面能生成氧化膜或钝化膜的金属，在含有CL_等卤素离子、S2O3-等溶液中都可能产生孔蚀。当表面膜由于机械损伤或组织缺陷等原因引起局部破损时，裸露的金属就在介质与周围的钝态金属形成活化—钝化腐蚀电池，并产生蚀点，当蚀点形成以后，由于其中有害离子浓度逐渐升高以及氧浓度闭塞电池的作用，使腐蚀不断向纵深发展，成内腔形状不一的蚀孔。孔蚀在静止介质中最易形成。

因此，凡影响介质流动的部位，包括结构设计的死角、各种表面损伤和焊接缺陷以及破坏表面钝化膜和表面光洁的成形工艺都会加速孔蚀的产生。此外，焊接应力也对孔蚀产生促进作用。

2.3缝隙腐蚀

与孔蚀相似，缝隙腐蚀的产生也是以形成闭塞电池为前提，而形成的缝隙加速这个过程的进行。缝隙可以是结构因素或工艺因素引起的。包括各种焊接缺陷在内。金属的成分和组织对缝隙腐蚀也有直接影响，双相不锈钢界面是缝隙腐蚀诱发和扩展的敏感部位。

2.4晶间腐蚀

晶间腐蚀的特征是介质由于金属表面沿晶界向内部扩展，造成沿晶的腐蚀破坏，危害极大。其根源在于受热后晶界物理化学状态发生变异，晶粒之间形成腐蚀。固溶态奥氏体不锈钢材料经焊接热加工成型，晶间腐蚀的倾向常为大为提高。

晶间腐蚀倾向的敏感温度与加热时间存在着一定的关系。出现晶间腐蚀是在敏化温度作用下，原以过饱和状态存在的超出室温下的那部分碳想晶界扩散，并与铬形成碳化物而沉积于晶界形成贫铬区。从而在沿晶间贫铬区形成了腐蚀通道。

2.5应力腐蚀

应力腐蚀是在拉应力与腐蚀介质共同作用下引起的破裂。在特定成分及组织金属、特定的环境、足够大的拉应力才会产生。拉应力主要来自构件中的残余应力，其中由冷热加工及装配残余应力为主。奥氏体不锈钢易产生应力腐蚀的环境为CL_、F_、Br_、海水、NaOH-H2S水溶液、NaOH-H2O2水溶液、高温高压含氧高纯水、含CL_的冷凝水。并且应力腐蚀随环境温度和介质浓度的升高而增大。奥氏体的临界抗力由大到小发布为焊缝、母材、低温敏化区、高温敏化区、高温区、过热区。

3、引起设备金属腐蚀的因素

3.1钢材的化学成分

在恶劣的环境下，选择设备受压材料十分重要，应选择耐蚀性能高的材料和与之匹配的焊接材料，尽量选用超低碳或稳定化型不锈钢，配合相宜的超低碳焊接材料。如含Mo材料，Mo能有效提高不锈钢及焊缝的抗蚀性。

3.2物料控制

标准规定奥氏体不锈钢材料的水中CL离子含量不超过25PPm，而在实际使用中，厂家为达到节省原材料而过量的使用NaCl、NaOH等化学品，严重违反操作要求，降低产品的使用寿命，甚至会发生严重事故。

3.3制造缺陷

在压力容器的制造过程中，由于锻压、金加工、冷作、焊接等原因，在容器设备表面留下划痕、凹坑、裂纹、应力等制造缺陷。当容器设备在腐蚀介质中运转工作时，这些缺陷易引发材料及焊缝的腐蚀，因问题而检修给企业带来巨大的经济损失。

3.4结构设计

结构设计的不合理易造成设备的应力集中而引起应力腐蚀，以及残留介质对设备的应力腐蚀，危害极大。

4、腐蚀的防护对策和建议

4.1设计

为了保证压力容器的长期安全运行，合理选材，正确设计是十分重要的工作。应从源头重视，慎选设备各受压元件的材料，设计人员首先应根据具体的工作条件，如介质的工作性质、工作温度、工作压力、流量及物料组成的特性，特别含有强腐蚀性的物料组合成分来正确选择合适的材料。应明确设计的操作环境，应选择耐蚀性能高的材料，并在设计图纸和使用说明书中指出易引起腐蚀的化学品及控制措施。努力做到结构设计和焊缝布置合理，避免应力集中和在高应力区布置焊缝，尽量降低对腐蚀特别敏感部位的刚度和避免可能引起过大残余应力的接点和区域，避免防碍液体排放和流动的结构盲区。严格的操作检查可能将焊缝中气孔和夹杂等缺陷限制到最低值。

4.2制造

机械加工、冷变形、焊接热应力和组织应力等会在金属内部产生晶格扭曲和位错的缺陷，从而引起电化学腐蚀和应力腐蚀。所以在压力容器设备的制造过程中要根据图样和工艺要求做好材料的采购与复验工作。坚持做到不合格材料不使用；其次作好焊接工艺评定操作检查、焊接接头抗腐蚀性评定，制定合理的焊接工艺，严格控制制造工艺和质量检验工作，避免各种焊接缺陷以及成型、焊接、装配过程中产生划痕、缺口及缺陷而破坏了结构表面钝化膜和表面光洁的操作，防止或减少内应力，或在受检部位表面进行喷丸、滚压、锤击等处理使成压应力。必要时对表面进行酸洗、钝化处理。

4.3使用

压力容器设备使用单位在设备投入使用前应按要求配备具有一定专业知识，熟悉相关标准和操作规范的技术人员，并做好操作人员的培训工作。应严格控制环境介质的影响，对有应力腐蚀环境提出一系列的控制方法和指标并严格执行。编制设备的年度检验计划和检验项目并督促安排落实。设备因故长时间停用或闲置不用，应将内部清洗干净，并用空气吹干。操作中避免各种化学品对设备的损害，严格按设备使用说明书及操作规程执行，注意设备保养和建立设备档案。日常使用要做好设备的维护保养工作、按章作业。

5结语

医药化工行业的不锈钢压力容器的腐蚀的原因和防护工作是多方面的，既涉及制造单位，同时又和使用单位的操作环境密不可分的。希望上述分析的问题可以引起行业共同的关注，共同努力解决存在的问题，使设备的管理工作做的更好。

参考文献：

［1］冈毅明.中国不锈钢腐蚀手册[M]，第六版.北京：冶金工业出版社，1992.

［2］魏宝明，金属腐蚀理论及应用[M]，化学工业出版社，2004.

［3］天华化工机械及自动化研究设计院.腐蚀与防护手册[M]，北京：化学工业出版社，2008.

［4］黄嘉琥.压力容器用不锈钢[M].北京：新华出版社，2015.