液氨储罐的腐蚀与防护

1、银川能源学院 过程设备腐蚀与防护 腐蚀分析报告 院 系 石油化工学院 专业班级 过控1301班 报告题目 液氨储罐的腐蚀与防护 学生姓名 尹仁杰 学生学号 1310140150 指导老师 王斌 上交时间 2016.11.30 审阅人 1. 液氨储罐的危害 2. 液氨的性质 3. 液氨储罐的腐蚀特征 4. 液氨储罐腐蚀分析 5. 影响腐蚀的原因 5.1 与空气接触 5.2 应力腐蚀 5.3 温度因素 6. 腐蚀发生的部位 7. 腐蚀防护方法 7.1 应力腐蚀防护 7.2 大气腐蚀防护 7.3 其他方面防护 8. 结论目录 液氨储罐的腐蚀与防护 摘要 氨是一种重要的化工产品和工业原料 ,广泛应用于

2、炼油、 化工、农业、制药、制冷等工业。 为便于储存和运输 , 合成氨厂生产的产品氨通常是将氨气加压或降温处理成液氨 , 液氨储罐作 为一种特殊的压力容器 , 在这些行业也广泛使。 关键词 液氨储罐 腐蚀 防护 液氨储罐的危害 液氨储罐作为一种特殊的压力容器在合成氨厂中使用十分广泛。多年来的实践发现 储罐很少发生强度破坏 ,大多数是由腐蚀裂纹引起的腐蚀破坏。液氨储罐容易发生应力腐蚀， 将会导致储罐爆炸。 液氨的性质 氨作为化工产品集工业原料 , 广泛应用工业之中，氨无色气体，有特异的刺激臭味，易于液 化，在20C下 891 k Pa 即可发升液化，并放出大量的热；在温度变化时，液氨体积变化系 数

3、很大，液氨相对密度 0.771，液氨的熔点为-77.7 C，沸点为-33.35 C，液氨临界温度 132.44 C，液氨蒸气相对密度达到 0.597 液氨储罐的腐蚀特征 通过对各类液氨储罐的开罐检查发现 ,储罐内表面焊缝区的腐蚀裂纹比较严重 ,且多数出 现在环焊缝上 ,裂纹断口没有塑性变形 ,呈现出典型的脆性裂纹特征。 裂纹多数为浅而长的表面 裂纹,且有明显的分支 ,主干裂纹与焊缝方向垂直 ,尤其在手工电弧焊的引弧处和收弧处、 T 型 接头处及封头环缝与筒体纵焊缝交叉部位 ,裂纹更严重。磁粉检测发现 ,焊缝裂纹呈树枝状 ,主干 裂纹多呈线性 ,分支较短,端部较尖锐 ,根部稍宽。 液氨储罐腐蚀分

4、析 储罐里面的液氨是经过加压或降温而转化成的液化气 ,它的操作压力就是大气温度下的 饱和蒸气压。操作温度和操作压力随气候变化而波动。 压力容器安全技术监察规程规定 无保温或保冷、盛装低压液化气体的常温储罐，设计温度均取50C，最高工作压力取所装介质 在 50C 时的饱和蒸气压力。而广东地区夏天的最高室温一般不会超过 40C , 40C 下氨的饱和 蒸气压为 1.55MPa 通常操作压力为 0.81.2MPa,故储罐一般不会因超载而发生强度破坏。 由于 液化气的膨胀系数非常大 ,为水的数十倍 ,如果液体充满储罐 ,储罐内的压力就不再是蒸气压 ,而 是液体的膨胀压力。 储罐的工作压力直接受温度的影

5、响 ,温度每升高 1C ,液氨储罐的压力就可 升高1.316- 1.875MPa&度只要升高 35C，储罐就会因严重超载而爆炸。因此，压力容器 安全技术监察规程规定了储罐在不同充液温度下的装量系数 ,以保证储罐内有足够的气体空 间。如果储罐在投入使用前抽气不完全 ,就很容易使空气掺杂在里面。液氨在充装、排料及检 修等过程中 ,也会受到空气的污染 ,储罐焊缝处存在由于操作压力引起的拉应力和焊接残余应 力。在拉应力状态下 ,碳钢在被空气污染的液氨环境中很容易发生应力腐蚀破坏。 影响腐蚀的原因 与空气接触 设备、管道的焊接质量、连接阀门、法兰、垫片、螺纹连接的安装质量问题，以及设备 密封装置的损坏，

6、储罐在投进使用前抽气不完全 ,使空气掺杂在里面；内部介质的热响应，液 相温度未达到饱和温度为过冷状态， 热量由储罐内壁传入后液体会沿容器壁面上升， 与过冷 液体混合。 同时，在液氨充装、排料及检验等过程中 , 也会受到空气的污染 , 储罐焊缝处存 在由于操纵压力引起的拉应力和焊接残余应力。在拉应力状态下 ,碳钢在被空气污染的液氨环 境中很轻易发生应力腐蚀破坏。 应力腐蚀 空气中的 O2、 CO2、 N2 都会促进液氨对罐壁材料的腐蚀。不论是在气相或液相中 , 氨、 02和 N2与碳钢或低合金钢组成了应力腐蚀环境,产生应力腐蚀（SCC）。其腐蚀的机理为：在含 02的液氨中 ,钢表面吸附 02形成

7、氧膜, 这使腐蚀电位保持在正值 ,当材料受拉力产生应变后 , 膜被破坏, 暴露出来的新鲜表面 （滑移阶）与氧膜的金属表面组成微电池 ,产生快速溶解。在没 有其他杂质存在时，02能在裸露金属表面上再成膜，抑制应力腐蚀的产生；而当液氨中同时溶 有 N2时，由于N2与02在滑移阶上产生“竞争吸附”,阻止部分裸露滑移阶的再钝化,从而增 加钢的应力腐蚀断裂敏感性。上述有关应力腐蚀的条件 , 只要缺任何一种 , 应力腐蚀均不能发 生。而空气中的 C 0 2则会导致全面腐蚀 , 其腐蚀机理为 ： 阴极反应公式： 02+ 2NH4+ 4e-0H-+ 2NH3 阳极反应公式： 2Fe 2F2+ 4e- 整个反应

8、公式： 02+ 2NH4+ 2Fe-2Fe2+ 20H-+ 2NH 在液氨储罐内有 C02 气体共存时 , 则将会生成碳酸铵， 2NH3+ C02-NH4C02NH2 NH4C02NH2-NH4+ NH2C02- 在该反应中，碳基甲酸氨对液氨储罐的碳钢会产生强烈腐蚀作用 , 加剧腐蚀破坏。 在含 02 液氨之中 , 由于钢表面会吸附 02，从而将会形成氧化膜 , 为此导致腐蚀电位为正值 , 当储罐 材料在受到拉力变形后，膜就会被破坏 , 导致新鲜暴露的表面与氧产生溶解。 温度因素 储存温度也会对应力腐蚀产生影响 ，0C 以上常温操纵的储罐，液氨储罐易发生应力腐 蚀，同时，对于液氨储罐的应力腐蚀

9、，在温度因素影响下，也会形成液氨储罐发生电化学腐 蚀的过程，液氨储罐温度的升高，有助于液氨储罐腐蚀进行，低温液氨储罐在储存中，液氨 氧含量会不断蒸发减少，而常温液氨储罐中，其液氨中氧含量也不会降低，故此，也会加剧 液氨储罐腐蚀的发生。 腐蚀发生的部位 应用液氨储罐储存和运输氨， 还将会面临液氨储罐腐蚀风险， 并且对液氨储罐检验发现 , 储罐很少会发生强度破坏 , 大多是由腐蚀裂纹引起的腐蚀破坏。 内、外介质腐蚀，容器壁厚 减薄，外壁受大气的腐蚀作用，内壁为氨腐蚀。 液氨储罐内的表面焊缝区，其腐蚀裂纹较为 严重 , 呈现出脆性裂纹特征；裂纹多数为浅长表面裂纹 , 在手工电弧焊引弧处裂纹更严重 。

10、 腐蚀防护方法 应力腐蚀防护 由于 see 发生的三个基本条件是敏感材料、特定环境和拉应力，所以影响 see 的因素有 冶金、环境和应力三个方面。因此，有效的防护方法就是消除这三个方面一切有害的因素。 (1)材料选择。 实践证明,材料强度越高 ,发生应力腐蚀的可能性越大。 但不发生应力腐蚀的最低强度限与 杂质含量及特性、 应力大小、 操作速度等因素有关。 为了防止应力腐蚀 ,在综合考虑操作压力、 残余应力以及安全性和经济性的情况下 ,应尽可能选用强度较低的钢材。 (2)采用合理的结构和焊接工艺。 结构上应避免焊缝过多、过于集中、焊缝不对称、焊缝交叉和焊接顺序不合理等造成的 应力集中。制造时应避

11、免强力组焊 ,防止咬边、错边等缺陷 ,并保证与介质接触的表面尽量光滑。 制造完成后 ,应进行退火热处理以去除焊后残余热应力。正确的焊后热处理可以大大降低制造 过程中的残余应力 ,并可以降低焊接热影响区的峰值硬度。 (3)对投入使用前的新储罐。 应彻底清除里面的空气 ;在充装、排料及检修等过程中 ,采取一定的措施避免带进任何空 气。对大型储罐应连续冷凝氨蒸气 ,而不凝气体大部分是空气 ,应将其排出。 对较小的设备用抽 气或蒸腾除去储罐里面的空气。总之 ,消除储罐里面的空气污染 ,可以有效地防止应力腐蚀。 (4)新投用的储罐 ,应按规定进行内外部检验并进行周期性的定期检验。 对液、气相界面、引收弧

12、处及 T 型接头等易腐蚀部位应重点检验 ;对液面以下所有焊缝应 进行 100%磁粉或超声波探伤 ,若条件允许 ,应对所有焊缝进行 100%磁粉探伤。对检验出的裂纹 应进行评估。因应力腐蚀界限断裂韧度 Jisee 大约只有材料常规断裂韧度 W0.05 的 i/5,所以 应根据断裂力学判据对裂纹进行安全等级评估 ,并给出处理意见及下次检验时间。对于不超过 1/4 壁厚和深度小于 4mm 的浅裂纹 ,可以采用打磨的方法进行机械消除 ,但要严格控制打磨工 艺;对于较深的裂纹 ,先进行打磨处理后再进行补焊。 补焊前应先预热加温以防止焊接硬化 ,焊接 时宜采用低氢焊条 ,焊后进行探伤复查 ,并进行去应力处

13、理。 (5)定期检测液氨浓度和含水率。 发现水分低于临界浓度应及时补充水分,使含水率始终保持在 0.2%1%的范围。另外, 还可加入其它抑制剂， 如加入 100 卩 g/g 的冷冻机油或 5 卩 g/g 菜籽油或 1050 卩 g/g 的硅油作为 应力腐蚀抑制剂 , 都可有效地抑制液氨引起的应力腐蚀。 7.2 大气腐蚀防护 大气防护一般从材料，镀层和环境入手，由于前面已经选定了材料，但是环境一般不好 改变，因此只能从镀层下手了。做好表面处理工作，应该先去除油污再除锈，将设备附着物 以及其它杂质冲洗干净，并且对于油污部位采用丙酮、乙醇等有机溶剂进行擦拭。 采用防腐 涂料，在配置中，应先预热备到 60到 80左右，在称量中也一定要注意做到细致准确， 多次混合涂料，确保涂料的黏度。高分子复合修复材料，具有超强的粘着力，可以避免机械 加工，也不会受到无补焊热应力热的影响，在涂料配置中应该确保和料时间在五分钟以上， 确保涂料的使用质量。 其他方面防护 保温处理 可以液氨储罐定期进行相应的保温处理，使液氨能够在低温下储存，这样可以减少氧的 含量；并且，还需清除储罐内的空气，减少氧及其它气体， 避免储罐发生空气污染 , 从而能 够有效防止液氨储罐发生应力腐蚀。 7.3.2 提升焊接工艺 采用合理焊接工艺，避免焊缝过多且过于集中，避免强力组焊，同时防止咬边，保证接 触表面