过程装备防腐案列解析

..>过程装备腐蚀与防护案例解析应力腐蚀实例:实例1：北方一条公路下蒸气冷凝回流管原用碳钢制造，由于冷凝液的腐蚀发生破坏，便用304型不锈钢〔0Cr18Ni9〕管更换。使用不到两年出现泄漏，检查管道外外表发生穿晶型应力腐蚀破裂。答：在北方冬季公路上撒盐作防冻剂，盐渗入土壤使公路两侧的土壤中氯化钠的含量大大提高，而选材者却不了解没有对土壤腐蚀做过分析。就决定更换不锈钢管。将奥氏体不锈钢用在这种含有很多氯化钠的潮湿土壤中，不锈钢肯定表现不佳，也需还不如碳钢呢。防护措施：实例2：*化工厂生产氯化钾的车间，一台SS-800型三足式离心机转鼓突然发生断裂，转鼓材质为1Cr18Ni9Ti。经鉴定为应力腐蚀破裂。〔P224〕答：在氯化钾生产中选用1cr18Ni9Ti这种奥氏体不锈钢转鼓是不当的。氯化钾溶液是通过离心机转鼓过滤的。氯化钾浓度为28°Bé，氯离子含量远远超过了发生应力腐蚀破裂所需的临界氯离子的浓度，溶液pH值在中性范围内。加之设备连续运行，溶液与空气的氧气能充分接触，这就是奥氏体不锈钢发生应力腐蚀破裂提供特定的氯化物的环境。保护措施：停用期间使之完全浸与水中，与空气隔离；定期冲洗去掉外表氯化物等，尽量减轻发生应力破裂的环境条件，以延长使用寿命，不过，发生这种转鼓断裂飞出的恶性事故可能有一定的偶然性，但这种普通的奥氏体不锈钢用于这种高浓度氯化物环境，即使不发生这种恶性事故，其寿命也不长，因为除应力腐蚀还有，孔蚀，缝隙腐蚀等。实例3：CO2压缩机一段、二段和三段中间冷却器为304L〔00Cr19Ni10〕型不锈钢制造。投产一年多相继发生泄漏。经检查，裂纹主要发生在高温端水侧管子与管板结合部位。所用冷却水含氯化物0.002%~0.004%。〔P225〕答：这里考虑奥氏体不锈钢的氯化物溶液中的scc，冷却水中氯化物含量控制很低，但仍然发生了scc破坏。设备为热交换器，构造为管壳式。工艺介质走管程，水走壳程，进展热交换。因此，不锈钢管子外面接触的的介质都是水而不是氯化物溶液。水中所含氯化物只是一种杂质，其含量是很低的。应该不会发生scc的。问题主要发生在氯化物浓缩富集。对管壳式热交换器来说，当壳程走水时，氯化物浓缩主要部位是高温端管子与管板连接部位，即管头。氯化物浓缩原因是气化，浓缩。防护措施：〔1〕改进管与管板的联接构造，消除缝隙；〔2〕立式换热器的构造改进，提高壳程水位，使管束完全被水浸没；〔3〕管板采用不锈钢—碳钢复合板，以碳钢为牺牲阳极。注：换热器中造成氯化物浓缩的原因：缝隙：管与管板连接形成的缝隙区。由于闭塞条件使物质迁移困难，容易形成盐垢，造成氯离子浓度增高。汽化：高温端冷却水强烈汽化，在缝隙区形成水垢使氯化物浓缩。对立式换热器尤为严重。实例5：一高压釜用18-8不锈钢制造，釜外用碳钢夹套通水冷却。冷却水为优质自来水，含氯化物量很低。高压釜进展间歇操作，每次使用后，将夹套中的水排放掉。仅操作了几次，高压釜体外外表上形成大量裂纹。〔 P228〕答：在这个事例中，干湿交替变化造成氯化物浓缩。操作时高压釜外外表被冷却水浸没，停运时夹套中水杯放掉，釜外表只留下一层小水滴。小水滴变干，氯化物就浓缩了。所以尽管冷却水中氯化物含量很低，但高压釜外表中氯化物含量却很高。防护措施：腐蚀疲劳实例实例1：*钢铁厂用于废水处理的间歇反响器为哈氏合金B-2制造，反响器为圆筒形罐体，椭圆形封头，支座为普通构造钢。为防止在哈氏合金本体上异材焊接，在支座与下封头焊接处增设哈氏合金B-2过渡圈〔10mm〕。介质为蒸汽和1%含氟泥浆水，腐蚀性较强。投产后经常泄漏，经检查，裂缝主要发生在下环缝。〔P113〕答：该反响器处理腐蚀性较强的物料，同时承受频繁的交变应力作用，特别是下环缝，不仅要承受工作应力和热应力，而且还有搅拌泥浆所引起的离心力，以及频繁开停车产生的交变应力。但哈氏合金B-2是一种耐蚀性能优良的镍基合金，成分为00Ni70Mo28，对所有浓度和温度的纯盐酸，哈氏合金B-2的腐蚀速度都很小，所以，造成反响器严重腐蚀的主要原因是设备构造设计不合理。设计的封头直边太窄，不符合设计规定，这样，过渡圈与封头连接的焊缝距下封头环焊缝太近，只有45mm，使原来应力水平就高的下环缝区域又增加焊接剩余应力，故下环缝应力最高。在交变应力和腐蚀介质共同作用下下环焊缝区发生腐蚀疲劳裂纹。补焊时作业作业条件差，质量难以保证，下环焊缝区域材质越来越恶化，裂纹不断开展，造成频繁泄漏的破坏事故。防护措施：设计时使应力分布尽可能均匀，防止局部应力集中，同时应对焊接构造和焊接工艺做出规定，使焊接剩余应力尽可能减小。磨损腐蚀实例：实例1：一条碳钢管道输送98%浓硫酸，原来的流速为/s，输送时间需1小时。为了缩短输送时间，安装了一台大马力的泵，流速增加到/s，输送时间只需要15分钟。但管道在不到一周时间内就破坏了。答：对于接触流体的设备来说，流速是一个重要的环境因素，但流速对金属材料腐蚀速度的影响是复杂。当金属的耐腐蚀性是依靠外表膜的保护作用时，如果流速超过了*一个临界值的时候，由于外表膜被破坏就会使腐蚀速度迅速增大。这种局部腐蚀称为磨损腐蚀，它是介质的腐蚀和流体的冲刷的联合作用造成的破坏。流体冲刷使外表膜破坏，露出新鲜金属外表在介质腐蚀作用下发生溶解，形成蚀坑。蚀坑形成识液流更急急乱，湍流又将新生的外表膜破坏，这样子使设备更快穿孔。在选择流速时面临两个方面的因素。一方面，流速较低则管道直径就要较大，〔对一定的流量〕,设备费用增加。另一方面，流速较高，管道腐蚀速度增大，使用寿命缩短，甚至可能造成更大的事故。这样需要考虑金属材料的临界流速，进展适当的选择。同时，在设计管道系统的工作中，应尽量防止流动方向突然变化，流动截面积突然变化，减小对流动的阻碍，以防止形成湍流和涡旋。实例2：高压聚乙烯车间反响器R－4240及产品冷却器E－4219，在运行过程中出现多处夹套水泄漏现象，2004年10月出现多处夹套水泄漏现象后，停车对夹套泄漏点周边1米范围进展了超探检查，发现夹套进口处内侧的夹套壁厚由δ8mm减小到δ3mm左右，夹套其他位置的壁厚减小至δ左右〔见图A中夹套泄漏点〕。〔bbs.hcbbs./thread-228821-1-1.html〕提示：由于入水处死角内的水过热造成了局部汽化，引起汽蚀冲刷减薄答：根据流体的流动特性，入水口法兰左边的位置就会出现流动死角，而出口处则没有或者说没则严重。这样死角内的水会停留较长时间而受到反响管的不断加热，由于反响管的温度高达300来度，因此水温很容易就升高而产生汽化，但量不是很大，因此只在入口附近就被大量的水冷却又变成了水，由于由汽态瞬间变回液态引起体积急剧变化，就产生了汽蚀。这就可以说明为什么只是入口处减薄而出口处没有，也可以说明压力足够的地方的减薄现象。反过来再说为什么预热段没有减薄，是因为预热段的水是起加热作用的，死角内的水是不停地被冷却，因此就不会汽化而出现汽蚀减薄。防护方法：在入水法兰口加导流板，将水导入死角，使死角内的水没有滞留孔蚀及缝隙腐蚀实例实例1：*发电厂的冷凝器，用海军黄铜制造时由于进口端流速超过/s〔临界流速〕，很快发生磨损腐蚀破坏。后来改用蒙乃尔合金制造冷凝器。其临界流速为2.1~/s，操作人员仍然按海军黄铜的临界流速控制，结果使蒙乃尔合金发生孔蚀。〔P170〕答：这个腐蚀事例说明，流速并非在任何情况下都是愈小愈好，对于外表生成保护膜的钝态金属材料来说，流速过低容易造成液体停滞，固体物质沉积，从而导致发生孔蚀和缝隙腐蚀。防护措施：将流速控制在适宜的范围。实例2：炼油厂的催化裂解装置有64km长的铝制管线，在可能的地段将铝管集成一束，固定在槽钢里，槽钢的翼缘朝上安装。当进展试车时，很多铝管已不能承受压力，经检查发现大量蚀坑，有些已穿孔。〔P94〕答：用槽钢支撑铝管是一种常见的设计，但这里无视了这种设计对铝管可能造成的腐蚀影响。翼缘朝上的槽钢很容易积水，也容易积聚各种垃圾和污物，铝管浸在这种含有多种腐蚀性物质的污水中，环境如此恶劣，发生严重的腐蚀和穿孔是在预料之中的。防护措施：在槽钢上开排水孔。实例3：*轻油制氢装置再生塔底重沸器为U型管换热器。管程走低变气167℃，壳程走本菲尔溶液117℃，其中加有V2O分析：V2O5是一种钝化剂，能使16Mn钝化，外表生成保护膜。但使用钝化剂的根本要求是：钝化剂的浓度必须超过临界致钝浓度。答：设备构造上的缝隙往往受到严重的腐蚀。在狭缝内发生的缝隙腐蚀。在狭缝内发生的缝隙腐蚀，具有开展速度快，破坏集中等特点，对设备危害极大。本领例中，16Mn钢管板和1Cr18Ni9Ti不锈钢管子外外表都处于本菲尔溶液中。本菲尔溶液主要成分为K2CO3和KHCO3，为高温碱性溶液，其中加有V2O5作为缓蚀剂。V5+是一种钝化剂，能促使16Mn钢钝化，外表生成保护膜，以维持很低的腐蚀速度。使用钝化剂的根本要求是：钝化剂的浓度必须超过临界致钝浓度。因为钝化剂属于氧化剂，通过促进阴极反响使金属外表迅速生成钝化膜而转变为钝态。如果浓度偏低，阴极反响增加程度缺乏，不仅不能使金属钝化，反而会促使金属的腐蚀，或者造成局部腐蚀。管板与管子之间的缝隙区就正是这种情况。由于闭塞的几何条件，V5+离子的消耗难以得到补充，使缝隙内部V5+离子达不到临界致钝浓度，导致16Mn钢管板发生严重腐蚀。对于不锈钢管子，腐蚀机理则有所不同。因为不锈钢不需要V5+离子来维持其钝态。随着缝隙内金属腐蚀速度增大，金属离子浓度增高而难以迁移到缝外。金属离子发生水解反响，生成固体氢氧化物和氢离子，这不仅使闭塞条件加剧，而且使缝内氯离子浓度升高，致使缝内溶液酸化，pH值下降，加上氯离子迁入，使缝隙内氯离子浓度升高，致使腐蚀条件强化。金属腐蚀速度增大，使金属离子浓度进一步升高，水解反响使pH值进一步降低，形成一个具有自催化特征的腐蚀过程。最终导致不锈钢钝态被破坏，腐蚀速度大大增加。防护措施：管子与管板联接部位缝隙采用背部深孔密封焊。电偶腐蚀实例实例1：*电厂的凝汽器的管束材质为黄铜，管板为碳钢。原来使用河水作冷却水，后来因为缺水，便掺入1/3~2/3的海水。结果凝汽器腐蚀很严重，特别是胀接处。〔P199〕答：黄铜管束与碳钢管板组成了电偶对，碳钢作为阳极而黄铜作为阴极。由于黄铜管束面积比碳钢管板大的多，这又是一个小阳极大阴极的组合，因而管板可能遭到电偶腐蚀。本领例要说明的因素是电解质的导电性。在使用河水作为冷却水时电偶腐蚀问题并不明显，没有引起注意；而在河水中掺入海水后电偶腐蚀的问题突出了。这是因为河水的电阻率大，导电性不好，而海水的导电性很好。腐蚀电池的电流回路包括溶液的欧姆电阻，欧姆电阻大则电池工作阻力大，腐蚀电流小。海水电阻率小，腐蚀电池电流回路的欧姆电阻小，因而阳极碳钢管板的电偶腐蚀大大加剧。不过，在腐蚀微电池的情况，介质导电性的影响并不是很大，因为微阳极和微阴极尺寸小，电流回路短，欧姆电阻在总阻力中所占比例小。而电偶腐蚀电池属于宏观腐蚀电池，电流回路长，欧姆电阻的作用也就增大了。防护措施：实例2：*啤酒厂的大啤酒罐，用碳钢制造，外表涂覆防腐涂料，用了20年。为了解决罐底涂料层容易损坏的问题，新造贮罐采用了不锈钢板作罐底，筒体仍用碳钢。认为不锈钢完全耐蚀就没有涂覆涂料。几个月后，碳钢罐壁靠近不锈钢的一条窄带内发生大量蚀孔泄漏。〔P202〕答：碳钢罐壁和不锈钢罐底组成了电偶腐蚀电池，碳钢作为阳极，可能发生加速腐蚀破坏。这里的失误是：碳钢罐壁外表涂覆了涂料，而不锈钢罐底外表没有涂覆涂料。如果当初在不锈钢罐底也涂漆的话，碳钢罐壁是不会发生这么迅速的腐蚀破坏的。涂料层由于薄，很难防止空隙。空隙中裸露出的碳钢变成为小小的阳极区；而罐底不锈钢作为很大阴极，根据阳极对阳极的面积比估计，空隙内碳钢的腐蚀率可到达25mm/a，难怪在几个月之内将碳钢罐壁出了很多小孔。防护措施：碳钢和不锈钢全部涂覆或全部用碳钢—不锈钢复合板实例3：一管道系统需要用低碳钢和铜管组合。为防止发生电偶腐蚀，在碳钢管和铜管间参加了一个陶瓷接头。但安装时用金属托架将管道固定在金属板制造的壁上。一年后钢管因腐蚀发生大量泄漏。〔P205〕答：本领例中碳钢和铜偶接组成的电偶腐蚀电池中，碳钢是阳极，而铜作为阴极。不过，两种金属部件在电解质溶液中构成腐蚀电池，还必须要"点接触〞，即必须构成电流能流通的闭合回路。在金属局部，阳极金属氧化反响产生的电子能顺利流到阴极金属，为去极化剂复原反响所消耗。在溶液局部，离子能顺利迁移。因此，对于电偶腐蚀来说，一种有效的防护方法就是在两种金属之间插入绝缘材料，使它们不能形成电通路即可。实例4：*钢制容器内装有一根铜制加热管。由于腐蚀条件温和，钢容器仅略有生锈。为了控制物料中铁的含量，将容器内壁用涂料涂覆，结果容器壁不久就腐蚀穿孔。涂层大面积突起和剥离。〔P202〕答：不正确的涂漆方法造成了小阴极大阳极的不利面积比。防护方法：将阴极金属部件也涂上漆腐蚀实例实例1：*厂一根309Cb不锈钢薄壁管输送强腐蚀性溶液。因为管道需加热，在不锈钢管外加一根碳钢夹套管，用309Cb不锈钢焊条与不锈钢焊接在一起。很短时间后在焊接部位发生泄漏。试分析原因并提出解决方法。〔P129〕答：焊接时不锈钢和碳钢合在一起，不锈钢被碳钢稀释。被焊部位的不锈钢管中合金元素铬、镍含量降低，因而缺乏以维持在使用环境中所需要的耐蚀性能，腐蚀速度大大增加而造成穿孔泄漏。防护措施：在不锈钢薄壁管与碳钢管焊接时，参加不锈钢衬垫板作为过渡实例2：*用于输送淀粉溶液的316L型不锈钢管在现场制造。使用6个月后，在很多环焊缝上及其附近发生泄漏。检查发现蚀孔处有焊接时形成的焊珠。〔P133〕答：本领例中的腐蚀是由于焊接工艺不良和焊接缺陷造成的。焊接质量不好，形成了焊珠、飞溅、咬边、根部未焊透等缺陷，这些焊接缺陷提供了缝隙位置。淀粉溶液中含有氯化物，奥氏体316L型不锈钢在含氯化物的溶液中很容易发生孔蚀和缝隙腐蚀。防护方法：焊后应对焊缝进展检查和处理，打磨焊缝，除去焊珠、飞溅，必要时还应对焊缝区进展钝化处理。细菌腐蚀实例实例1：一闭路供水系统的管子为304L型不锈钢。用一段时间后，蚀坑穿透了管壁，对腐蚀部位进展细菌检查发现了嘉式铁杆菌。〔P183〕答：该系统在建造期间因为一个隔离阀泄漏，含盐水进入了系统；另外，系统曾注入未处理井水进展启动，井水和含盐水的混合物在管道中停留了一段时间，引入了氯化物和造成腐蚀的细菌。细菌在管子内外表引发局部腐蚀电池，由于细菌导致的氯化物浓缩和蚀坑底部形成的低pH值环境，腐蚀不断开展，使管道穿孔。防护措施：实例1：烯烃脱氢反响器内，气体温度为440~560℃答：测压管设计不正确造成冷凝液腐蚀，如果设计测压管向下倾斜，外面保温以防止散热，并在低点安装排凝阀，就可以解决这一腐蚀问题。实例1：*农药厂有一个碳钢制卧式液氯贮罐。一次停工检修时，冲洗管道的水被误送入罐内。开工不久贮罐壁穿孔，氯气逸出，检查发现腐蚀集中发生在水线部位。试分析原因并写出相关的反响式。〔P174〕实例2：*公司选用不锈钢管作地下输油管道。安装后大约一年准备投入使用，油从一端泵入，在另一端却未见油出现。检查发现管道上因腐蚀形成了许多小孔，油全部漏掉了。又发现该管道附近有一条碳钢管道实施了阴极保护，认为不锈钢是耐蚀材料，并没有将不锈钢连接到阴极保护系统。〔P241〕答：对埋地管道和其他设施，效果最好的防护技术是涂层加阴极保护。对于大面积的设备来说，如果外表没有涂层〔裸金属〕，需要的电流还是很大。另一方面，被保护设备外表的电流分布是不均匀的〔电流分布均匀性称为分散力〕，对于长的管道，一个阳极站保护的管道长度比较短，使阳极站的设计很复杂。阳极保护电机从埋地阳极通过土壤流向被保护的管道。当附近有其他管道时，电流可能从一个部位流出。电流流出的部位成为阳极区，使该处管道遭到腐蚀。即使是不锈钢也一样会发生杂散电流腐蚀。为了防止阴极保护造成的杂散电流腐蚀，可采如下方法：a、最好的方法在设计将附近的管道和设施都纳入阴极保护系统，一道进展保护。b、提高管道相交段的外表绝缘等级，或涂覆新的绝缘层，以防止杂散电流流入。涂覆长度一般10m左右。c在多管道地区，最好采用多个阳极站，每个站的保护电流较小，阳极站离被保护管道较近，以缩小保护电流范围。d、在地下设施密集的城市地区，可采用深井埋置阳极〔井深15m以上〕，阳极在井中垂直方向安装。实例3：海边一座混凝土石油装运码头，混凝土台面支撑在钢管上。钢管外表涂漆并加阴极保护。电源负极连在钢筋上。阳极是镀铂钛悬挂在海水中。在石油装卸过程中，码头受到周期性机械应力，引起混凝土*些物理破坏。使用12年后发现，平台的混凝土台面出现严重胀裂，钢筋