1、压力容器应力腐蚀的控制措施摘要：应力腐蚀是造成压力容器被腐蚀破坏的主要动因之一。本文首先对压力容器应力腐蚀的危害性及影响因素进行了分析，并描述了压力容器应力腐蚀断裂的形态特征，最后论述了控制压力容器应力腐蚀的有效措施。 关键词：压力容器 应力腐蚀 措施 1.压力容器应力腐蚀的危害性及影响因素 压力容器是一种有较高危险性的特种设备，在石油化工行业应用得最为广泛，压力容器盛装的多为有毒、易燃、易爆或具有腐蚀性的介质，又长期处于高温高压的状态下，因此在生产和使用的过程中在失效的情况下，很容易发生事故。压力容器的腐蚀断裂是指金属在特定腐蚀性介质和拉应力共同的作用下发生的断裂破坏，压力容器的腐蚀断裂所引
2、起的危害往往没有事先的预兆，在没有准备的情况下突然发生脆性断裂，一旦压力容器产生腐蚀断裂所带来的危害是不可估量的。 压力容器应力腐蚀的影响因素可以从以下几个方面进行分析：第一，应拉力因素，当压力容器所受的拉伸应力超过临界应力时就会发生应力腐蚀断裂。压力容器所承受的拉应力分为残余应力和负载应力，其中，残余应力包括金属冷加工变形产生的残余拉应力、负载拉应力和因结构设计不合理产生的应力等。据调查有 80%以上的压力容器腐蚀断裂事故是由残余拉应力引起的。第二，材料强度的影响。压力容器的材料强度与应力腐蚀断裂也有着紧密的关系，在不同的条件下有着不同的影响，例如，塑性变形起控制作用的 SCC，可以通过提高
3、钢的屈服强度，达到提高抗腐蚀断裂的目的。第三，环境因素。温度、环境的介质中的一些成分的 PH 值等对压力容器的应力腐蚀都有一定的影响。压力容器在不同的环境中有着不同的温度限制，即在温度限制之内不会发生腐蚀断裂，但当超出临界温度时，压力容器腐蚀断裂的速度就会加快。PH 值对压力容器的应力腐蚀的影响作用也相当大。由于酸性溶液会促进低碳钢的硝脆，所以凡是水溶液呈酸性的硝酸盐类对都硝脆都有促进作用。 2.压力容器应力腐蚀断裂的形态特征 压力容器应力腐蚀断裂是造成大量材料损耗和灾难性事故的主要原因，应力腐蚀断裂在形态特点上几乎没有宏观体积上的塑性变形，可以说是一种无蚀坑、无缺陷、无裂痕的形态。压力容器的
4、应力腐蚀的断裂过程可以分为三个阶段：第一，萌生阶段，这一阶段是由腐蚀引起蚀坑或裂纹的阶段。第二，裂纹扩展阶段，即由蚀坑或裂纹源达到极限应力值为止的阶段。第三，失稳断裂阶段。第一阶段由于受应力的影响较小，所以时间较长，占应力断裂总时间的绝大部分，而后两个阶段时间较短，约占断裂总时间的 10%，在出现裂痕的情况下，听力腐蚀断裂过程只有后两个阶段发生。由此可见，压力容器的应力腐蚀断裂有可能在短时间内发生，也可能隐藏几年之后才发生断裂。 腐蚀部分的裂纹通常呈树枝状，裂纹的主干方向一般与拉应力方向垂直。应力的大小与某些材料的裂纹和断口的形态有密切的联系，当应力较大时，裂纹的形态呈网络状，应力中等时，裂纹
5、呈分枝型裂纹，应力较小时，其裂纹形态呈只裂纹。所以我们可以根据压力容器裂纹断口形态判断其所受的压力情况。 从微观上进一步观察压力容器的应力腐蚀断裂形态，可以分为穿晶形、沿晶形和混合形，不同金属的裂纹形态不同，比如，奥氏体不锈钢多为穿金形，铝合金、镍基合金和高强度钢多属于沿晶形，钛合金多为混合形。但金属的裂纹形态并不是固定不变的，随着压力的大小和环境等条件的改变，即使是同一种合金，其裂纹形态也会发生变化。 3.控制压力容器应力腐蚀的有效措施 3.1 合理选材 通常在很多工程中压力容器的工况环境是很难改变的，我们可以通过合理选择材料尽量避免腐蚀断裂的情况发生，在材料的选择上，首先要考虑工况环境中各
6、种腐蚀因子的条件，值得注意的是在选择高强钢的工程中，一定要选择工艺精良的焊接；如果工况环境的温度较高，就必须考虑材料的热脆性和热强度；此外材料的耐局部腐蚀如孔蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、氢探伤等性能也是在选择材料时必须考虑的。3.2 改善环境 虽然工程的工况环境是不可以改变的，但我们可以通过一些措施对环境加以改善，尽量避免压力容器应力腐蚀断裂的发生。 3.2.1、对腐蚀介质进行处理 对腐蚀介质进行处理的前提是生产条件的允许，在处理方法上可以采用抗垢剂、缓蚀剂来抑制或减轻腐蚀，进而提高压力容器的抗腐蚀能力，也可以通过脱出容易引起腐蚀的有害成分，达到控制压力容器腐蚀断裂的目的。 3.2.2
7、衬里防护 一些压力容器的介质具有极强的腐蚀性，很难找到合适的耐金属材料或者材料的价格超出了可承受范围，在这种情况下，可以采用衬里的方式来解决问题，通常压力容器采用的衬里有钛、橡胶、不锈钢、玻璃钢、搪玻璃、聚四氟乙烯等，需要根据工作温度、工作压力和容器内的介质特征等具体情况而定。温度和压力较高的场合的衬里防护可以采用钛和不锈钢，但相对来说衬不锈钢、衬钛的成本较高且施工困难。衬非金属材料因为使用的温度、压力不能太高，所以会受到一些限制。 3.3 降低或消除应力 3.3.1 通过热处理的方式消除残余应力 压力容器在焊接的过程中焊接的热影响区还留有焊接的残余应力，一旦这种应力超过材料的屈服极限，压力容
8、器在特定的腐蚀环境中就很容易发生应力腐蚀现象。在应力腐蚀的环境中工作时，应在焊接前对压力容器进行预热，并在焊接完成后进行退火热处理，进而消除残余应力。金属的成分、介质的性质、组织变形程度等因素决定热处理的温度和保温时间。 3.3.2 合理的结构设计及加工制造 在具体的结构设计和加工制造的过程中，需要使应力分布均匀。缝隙和死角是有害物质的浓缩地，当有害物质的浓度超过临界浓度的时候，就在在电化学方面满足了压力容器应力腐蚀的条件，因此，在结构设计中应尽量缝隙和死角的存在，即把焊接结构设计成全焊透结构，管板和换热器管的连接应采用胀焊并用结构。在加工制造的过程中，为了避免残余应力的产生应采用热加工成型。
9、在必须使用冷加工成型时，可以采用热处理或喷丸等措施消除因冷加工产生的残余势力。在具体的情形下，可以采用局部热加工或整体热加工来消除残余热力。为避免不锈钢制的压力容器焊缝的晶间腐蚀，可以使用小规范焊接，通过减少输出热量，达到缩短焊接循环的目的。对低合金高强度钢和高强度不锈钢，在焊接的过程中应保持周围环境的清洁干燥，因为水货水蒸气一旦进入熔池，就会导致焊缝氢脆。 结语： 压力容器应力腐蚀的发生会严重影响设备的安全运行，我们必须加强对压力容器应力腐蚀问题注意，从合理选材、改善环境、降低或消除应力、合理的结构设计及加工制造四个方面加强对应力腐蚀的控制。在设备的维护期间，要依照设备检修的相关规定，严格执
10、行相关法规，定期检查、取样，及时地发现问题，并做好补救工作，避免设备继续受到腐蚀和破坏，延长设备的使用年限，确保压力容器安全运行。 参考文献： 1 孙秀光. 振动时效在降低压力容器焊缝残余应力上的应用J. 黑龙江科技信息. 2011（16） 2 张亮，李晓刚6 张云清，余红发，孙伟，张建业. 冻融循环作用下混凝土的硫酸盐应力腐蚀特性J. 土木建筑与环境工程. 2010（06） 3 张云清，余红发，孙伟，张建业. 冻融循环作用下混凝土的硫酸盐应力腐蚀特性J. 土木建筑与环境工程.2010（06） 4 李清，陈吉圣. 压力容器在设计制造过程中如何防止或避免应力腐蚀开裂J. 化工设备与管道. 2010（03） 5 林茂南. 石油化工在用压力容器缺陷修补措施初探J. 黑龙江科技信息. 2010（33）
