移动罐车典型硫酸电化学腐蚀原因分析及应对措施

移动罐车典型硫酸电化学腐蚀原因分析及应对措施

席伶俐

浙江省特种设备科学研究院 浙江 杭州 310020

摘要：本文旨在对运送液态二氧化硫罐车的安全阀凸缘密封面的腐蚀凹坑进行分析，提出针对此类腐蚀缺陷的预防措施，以达到避免此类腐蚀缺陷造成安全事故的发生。

关键字：二氧化硫 硫酸腐蚀 电化学腐蚀 原因分析 应对措施

引言

二氧化硫是最常见、最简单、有刺激性的硫氧化物，化学式SO2，无色气体，大气主要污染物之一，在许多工业过程中也会产生二氧化硫，液态二氧化硫除了利用管道运输外，在生产装置之间大多数时候都是通过移动罐车来进行运输转移的，由于二氧化硫溶于水中，会形成亚硫酸，亚硫酸进一步氧化，便会生成硫酸，因此在利用移动罐车进行运输时应当引起重视。下面就实际检验时碰到的运输液态二氧化硫罐车安全阀及爆破片凸缘密封面腐蚀凹坑展开分析：

1. 设备概述

2021年10月某物流企业运输液态二氧化硫的汽车罐车按期进行年度检验，该汽车罐车的罐体（该罐车属于承压类移动容器）基础信息如下：

2. 缺陷描述

该罐车在检验过程中发现，罐体靠近前封头顶部位置安装安全阀及爆破片的凸缘密封面发生严重腐蚀，凸缘为凹凸面密封形式，罐体侧为凹面，在凹面密封的边缘侧可清晰看到腐蚀沟槽（如下图1），安全阀及爆破片与凹密封面限位台阶安装配合间隙部位整圈有结垢产物，腐蚀造成密封面的径向有效密封尺寸仅有5mm（如下图2），腐蚀凹坑最深处达4mm，腐蚀坑形貌表现无规则，另大的成片的腐蚀凹坑周边还存有大量细微的点腐蚀凹坑（如下图2），凸缘表面打磨干净后经磁粉检测腐蚀凹坑周边无表面或近表面裂纹存在。

图1 图2

3. 缺陷处理

3.1本次检验按照特种设备相关法律法规和技术规范，对该罐车开具特种设备检验意见书（2），要求使用单位返回原制造厂或者寻找具有相应维修资质的厂家进行维修，因牵涉到特种设备重大修理，修理前向特种设备使用登记机关书面告知，申请特种设备改造与重大修理监督检验。

3.2维修单位制定维修方案，并经过相关人员的批准；如采用机加工去除腐蚀凹坑的维修方法，修理前应当按照修理后凸缘的实际尺寸进行强度校核，强度校核不合格的，不得采用此方法进行修理；另外还可以采用更换全新凸缘的方法进行修理，更换新凸缘应当采用合格的焊接工艺，焊接工艺经过评定且符合要求，操作的焊工所持证书也应当符合要求。鉴于罐车罐体容积较大，此处应选择更换全新凸缘的方法进行修理。

3.3更换新凸缘后，焊缝应进行热处理，热处理后进行无损检测，采用射线或者超声检测，对新焊缝是否存在埋藏缺陷进行检测，另外焊缝内外表面辅以磁粉检测，检测焊缝的表面或近表面是否存在缺陷；采用以上检测方法检测时应当符合NB/T47013-2015标准要求。

3.4最后对罐车罐体进行耐压试验和气密性试验。

3.5向使用单位提供重大修理质量证明书和重大修理监督检验证书等维修资料。

4. 原因分析

如图1图2所示缺陷形貌，结合使用环境和和介质特性，应当为电化学腐蚀为主，硫酸腐蚀为辅引发的损伤。

4.1 如图1所示，红色方框内清晰可见腐蚀氢槽：该罐体运输液态二氧化硫，运输过程中安全阀爆破片密封面处存在轻微渗漏，二氧化硫气体遇湿后在缝隙处形成亚硫酸、硫酸环境。起初亚硫酸、硫酸浓度不高，随着渗漏的时间加长，反复的吸湿和干燥，不仅造成了干湿交替的环境出现，更是促使亚硫酸、硫酸的浓度得以进一步增高。

4.2 85%浓度以下的硫酸以电化学腐蚀为主，在5%以下时腐蚀性一般，5%-65%浓度腐蚀性非常强，其中47%-50%是电化学腐蚀的峰值；另外硫酸浓度在70%以下时腐蚀速率随着浓度的提高而减少；在70-85%时，随着浓度的提高而提高；在85%-98%时，随着浓度提高而减少；在98%-100时，随着浓度提高而提高；浓度在100%以上时，随着浓度的提高而减少。

4.3硫酸浓度一定时，腐蚀速率随着温度的升高而升高，遇水产生热量，促使温度提升导致腐蚀速率增大。

5.应对措施

5.1严密监视罐车各密封面的密封情况，尤其是罐车顶部容易造成二氧化硫吸湿形成亚硫酸、硫酸滞留的区域，日常使用过程可以使用液氨等检漏气体进行检漏，发现泄漏后及时消除泄漏点，并对泄漏处进行冲洗干燥。

5.2根据硫酸的浓度和环境选择对应的材质，防止腐蚀发生；硫酸腐蚀的耐蚀性从弱到强依次为碳钢、316L不锈钢、904L不锈钢、合金20、高硅及高镍铸铁、合金B-2和合金C276，使用合金20、904L不锈钢、合金C-276等材料时，可在表面形成一层抵抗稀硫酸腐蚀的保护性硫酸铁膜。

6.结语

综上所述，该罐车投用时间为2017年，在使用过程中安全阀和爆破片安装凸缘处应当存在微量渗漏，二氧化硫吸湿或者雨天遇水后生成亚硫酸和硫酸，由于此凸缘的密封形式为凹凸面密封形式，罐体上凸缘的密封面为凹面，在凸缘凹面间隙处形成亚硫酸、硫酸滞留区域，进而引发硫酸腐蚀及其电化学腐蚀。使用单位在使用过程中有设备存在类似的腐蚀机理及腐蚀环境时，应当引起重视，防患于未然。

参考文献：

1：GB/T 30579-2014 《承压设备损伤模式识别》