石 巖，張會(huì)東

（長(zhǎng)春特種設(shè)備檢測(cè)研究院九臺(tái)特種設(shè)備檢驗(yàn)所，吉林長(zhǎng)春 130500）

1 腐蝕種類

從腐蝕原理上把金屬的腐蝕可分為化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、物理腐蝕。

1.1 化學(xué)腐蝕

金屬表面與周圍環(huán)境非電解質(zhì)發(fā)生純化學(xué)作用而引起的腐蝕損傷，其反應(yīng)歷程特點(diǎn)是腐蝕在金屬表面上，腐蝕過(guò)程中有電子得失但沒(méi)有電流產(chǎn)生，腐蝕產(chǎn)物生成于發(fā)生腐蝕反應(yīng)的表面。

1.2 電化學(xué)腐蝕

金屬表面與離子導(dǎo)電的電介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用而產(chǎn)生的破壞。電化學(xué)腐蝕不只是發(fā)生在兩種材料之間，材料內(nèi)部的化學(xué)與物理不均勻性如成分偏析、焊接、冷加工變形等可導(dǎo)致材料中產(chǎn)生電位差，形成電化學(xué)腐蝕。

1.3 物理腐蝕

是指金屬由于單純的物理作用所引起的破壞，許多金屬在高溫熔鹽、熔堿及液態(tài)金屬中可發(fā)生此類腐蝕。

2 常見(jiàn)典型壓力容器腐蝕形態(tài)及解析

1）壓力容器的腐蝕是由于容器受到內(nèi)部物料介質(zhì)及外部環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)或電化學(xué)（包括機(jī)械因素共同作用）而發(fā)生的破壞。腐蝕破壞是壓力容器失效最常見(jiàn)的形式之一。容器內(nèi)部的介質(zhì)很多具有腐蝕性，并常常伴有高溫、高壓、有毒和磨損等工況條件，最容易發(fā)生破壞事故。在檢驗(yàn)過(guò)程中失效最多的失效形式為：應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、氫腐蝕和高溫氫損傷、滲碳、脫碳、腐蝕疲勞等。下面有兩個(gè)具體實(shí)例為常見(jiàn)典型壓力容器腐蝕形態(tài)及解析。例1，某廠一臺(tái)儲(chǔ)罐用于存儲(chǔ)濃度在99.8%以上的液氨，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

2）在2017年4月進(jìn)行定期檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)存在以下問(wèn)題：

（1）液位計(jì)接管與封頭角焊縫沿熔合線開(kāi)裂，其長(zhǎng)度已經(jīng)超過(guò)角焊縫長(zhǎng)度的1/3，深度超過(guò)5mm。（詳見(jiàn)裂紋示意圖A、圖 B）。

圖1 裂紋示意圖（A，B）

（2）該液位計(jì)管口采用了厚壁管插入式整體補(bǔ)強(qiáng)的結(jié)構(gòu)。接管厚度為30mm，且管端切割不規(guī)則，焊接外觀較差；由于管理及操作不當(dāng)，在裝卸液氨的過(guò)程中，軟管多次發(fā)生泄漏，部分閥門也因腐蝕原因出現(xiàn)氨氣泄漏的狀況，故氣相空間殘存少量空氣。根據(jù)以上檢驗(yàn)中存在的問(wèn)題得出相應(yīng)解析為：

①因該容器盛裝液氨，液位計(jì)接管處發(fā)生開(kāi)裂的最大可能性的原因是氨應(yīng)力腐蝕。氨應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是指碳鋼和低合金鋼在無(wú)水液氨中或銅合金在氨水溶液和/或鹽水溶液環(huán)境中的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。

②殘余應(yīng)力越大氨應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性越高。一般來(lái)說(shuō)含水量低于0.005%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）大于0.2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)開(kāi)裂敏感性降低。

③溫度低于-5℃ 時(shí)氨應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂幾乎不會(huì)發(fā)生。由于氨儲(chǔ)罐中儲(chǔ)存的是近似于無(wú)水液氨，含水濃度不高于0.2%，且在常溫下保存，管理與操作不當(dāng)使部分空氣混入增加了開(kāi)裂的敏感性；同時(shí)由于該接管焊接質(zhì)量差，形成應(yīng)力集中現(xiàn)象。在焊接殘余應(yīng)力的共同作用下導(dǎo)致該容器在該部位出現(xiàn)氨應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。對(duì)于碳鋼而言，無(wú)水液氨對(duì)碳鋼只產(chǎn)生輕微腐蝕且為均勻腐蝕。而此液氨儲(chǔ)罐在裝卸的過(guò)程中，軟管多次發(fā)生泄漏，（氣相空間殘存少量空氣）而空氣中的CO2，促進(jìn)氨對(duì)碳鋼的腐蝕。化學(xué)反應(yīng)如下：2NH4+CO2→NH4CO2NH2（氨基甲酸氨）；NH4CO2NH2→NH4++CO2NH2-；O2+2NH4++2Fe→2Fe++2OH-+2NH3；因焊縫處殘余應(yīng)力較高且反應(yīng)中的氨基甲酸銨對(duì)碳鋼又有強(qiáng)烈的腐蝕作用從而使鋼材表面的鈍化膜產(chǎn)生破裂形成應(yīng)力腐蝕，在焊縫金屬和熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋。預(yù)防措施：加強(qiáng)管理，由專業(yè)人員進(jìn)行操作。

3）例2，某煉油廠異構(gòu)化裝置的堿洗滌塔主體材料為20#，主要設(shè)計(jì)使用參數(shù)如表2所示。2014年投用，使用4個(gè)月后注堿（NaOH）溶液開(kāi)管焊縫處發(fā)生開(kāi)裂。經(jīng)宏觀檢查發(fā)現(xiàn)焊縫裂紋周圍有白色的垢物殘留，裂紋起裂點(diǎn)位于焊縫內(nèi)表面，沿著接管厚度和焊縫環(huán)向擴(kuò)展，最終穿透壁厚在接管外面的焊縫和熔合線上產(chǎn)生宏觀裂紋，缺陷如圖2所示。根據(jù)裝置生產(chǎn)記錄，該注堿口溫度80~130℃ 堿度為30%。

表2 主要技術(shù)參數(shù)表

圖2 宏觀檢查照片圖

4）根據(jù)現(xiàn)狀分析該容器的損傷模式為堿應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。因該堿洗塔介質(zhì)含有較高濃度的堿和水蒸氣，且管道主體材質(zhì)為碳鋼，又沒(méi)有熱處理，故產(chǎn)生堿應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。金屬在堿液中的應(yīng)力腐蝕破裂稱堿脆，它也是一種表面起始開(kāi)裂的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂形式。設(shè)備中容易發(fā)生NaOH富集濃縮的地方尤其容易出現(xiàn)堿脆。堿脆裂紋的特點(diǎn)是形態(tài)一般呈蜘蛛網(wǎng)狀的，數(shù)目多，部位在局部應(yīng)力集中的焊接缺陷處。該堿洗塔材質(zhì)為20#裂紋主要是沿晶型的，裂紋細(xì)小并組成網(wǎng)狀，內(nèi)部常充滿氧化物，如圖3和4所示。導(dǎo)致堿應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂有三要素：

圖3 焊縫橫向裂紋金相100X（裂紋沿著近熔線焊縫一側(cè)向外表面延伸，嚴(yán)重處已貫穿）

（1）管道焊接后，焊縫未經(jīng)任何熱處理，可能存在很大殘余應(yīng)力。

（2）堿液是碳鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕的敏感介質(zhì)，當(dāng)堿液濃度超過(guò)5%時(shí)可發(fā)生開(kāi)裂（本裝置堿濃度為30%），隨著堿濃度升高，開(kāi)裂敏感性增加。

（3）碳鋼在堿液中開(kāi)裂的臨界溫度為60℃，隨著溫度升高開(kāi)裂敏感性增加。預(yù)防措施：

①加強(qiáng)管理，返修后可進(jìn)行焊后熱處理。

②選用采用鎳合金代替碳鋼。

③避開(kāi)溫度和濃度敏感范圍，如增加緩蝕劑等。

圖4 焊縫橫向裂紋金相400X（裂紋曲折向焊合縫外面發(fā)展，呈沿晶開(kāi)裂，裂紋中充滿氧化物，金相組織為珠光體+鐵素體，柱狀晶與等軸晶相間排列，等軸晶晶粒細(xì)小，在8級(jí)以上）

3 結(jié)束語(yǔ)

在檢驗(yàn)常見(jiàn)典型壓力容器的過(guò)程中，要結(jié)合實(shí)際情況，運(yùn)用合理的檢驗(yàn)方法檢驗(yàn)。對(duì)固定式壓力容器所用材質(zhì)及盛裝介質(zhì)進(jìn)行科學(xué)分析，了解介質(zhì)的腐蝕性，對(duì)典型腐蝕環(huán)境下的材料損傷機(jī)理進(jìn)行初步判斷。進(jìn)而采取合理的預(yù)防措施，減少在用壓力容器的腐蝕，延長(zhǎng)壓力容器的使用壽命。