压力容器腐蚀Word文档下载推荐.docx
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20H-
在含氧的碱性溶液中H9+1/209+2e〜
在酸性水溶液中有溶解氧存在时2H++1/202+2e-溶液中存在高价金属离子CuCu2++2e-Cu
有机化合物的还原RO+4e-+4H+RH2+H2O
R+2e-+2H+RH2
溶液中的氧化性酸或负离子还原
NOs+2H-+e-SNO2+H20
•5丄3压力容器常见的电化学腐蚀类型
•1-点蚀
•点蚀现象
孔蚀是高度局部的腐蚀形态。
金属表面的大部分不腐蚀或腐蚀轻微,只在局部发生一个或一些孔。
孔有大有小,一般孔表面直径等于或小于孔深。
・点蚀机理:
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I使钝化膜破损、电位差、闭塞电池、PH值下降、C1离子进入、HC1形成等
■防止点蚀的措施:
1、含Mo不锈钢
2、酸洗钝化
3、避免死角、保证介质流动顺畅
碳钢的点蚀现象
•2•缝隙腐蚀
•现蒙・・一种特殊的点蚀现象,常和孔穴、垫片底面、搭接缝、表面沉积物、螺栓帽和钏钉下的缝隙中积存的少量静止溶液有尖。
•不锈钢对缝隙腐蚀特别敏感
■机理:
•Evans理论一-内外金属离子浓度差形成浓差电池
•Fontane-Greene——氧浓差理论,缝隙内外氧的浓度差
形成浓差电池作用。
缝隙内局部优先溶解,发生阴极和阳极反应。
氧消耗使缝隙内阴极反应受抑制,生成的0H■减少,C1•补充进入缝隙一一生成金属盐一一水解生成盐酸一一pH值降低一一腐蚀加剧
•避免缝隙腐蚀的措施
•与点蚀相同
•3•电偶腐蚀
•観理爾中不同电位金属电极构成的宏观原电池的腐
蚀电位高的成为阳极,腐蚀加剧。
电位低的为阴极,腐蚀减轻°
减少电偶腐蚀倾向的措施
1、选用电位差小的金属组合
2、避免小阳极、大阴极,减缓腐蚀速率
3、用涂料、垫片等使金属间绝缘
4、采用阴极保护:
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•4•晶间腐蚀
•奥氏体和铁素体不锈钢特有的一种腐蚀形式
•在晶界及附近区域发生选择性腐蚀
•主要危筈一使金属破碎、强度丧失
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敏化时间/h
图8-33Incoloy800型合金的晶间腐蚀倾向与敏化条件的尖系
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•5・应力腐蚀破裂
•材料在应力和腐蚀介质共同作用下的破裂,简称SCC(StrainCorrosioncrack)
•三公必娶条浮一应力(一般指拉应力)、腐蚀介质料敏感的材
•重要影响因素一泯殴、介质组分、材料成分、微观组织状态、应力
•应力采派一工作载荷、焊接残余应力、冷变形应力、热应力等
•芳製特点一与主要的应力源应力方向垂直、在扩展过程中一般会发生分叉现象
•6・氢致开裂
•湿硫化氢环境下的一种钢的损伤形式
・洌理・・在湿硫化氢环境中钢发生电化学腐蚀过程中产生的氢原子进入钢中,并在钢的内部缺陷部位(主要是非金属夹杂物与金属基体的界面)聚集成氢分子,使局部压力升高到
104MPa
•炼油装置中容易发生氢致开裂的设备:
•汽油稳定蒸馆塔顶冷凝器、加氢脫硫装置中的成品冷却器、汽提塔塔顶冷凝器、油田集输油管线
■氢致开裂的特点
・主要在塑性夹杂物部位开裂、裂纹有分段、并平行于钢板表面等特
•7•氢腐蚀和高温损伤
■卑理•,钢暴露于高温高压氢环境中,氢吸附、渗透及丁散等过程
进入钢的内部,并于钢种的碳元素发生化学反应,生成甲烷
(CHQ,同时使钢的的局部发生脫碳现象。
随着甲烷气体在微观缺陷部位(主要是晶界处)的聚集,导致内压升高并引发裂纹的产牛°
化学反应式IEsC+4H=3Fe+CH4氢腐蚀的判定:
奈耳逊強线(1997年版)发生的条件F忌度、氢分压
微观特征:
强脫碳现象
内部局部脫碳现象、晶界裂纹
典垩缓萱一合成氨装置中的氨合成塔
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•也腐蚀疲劳
•在交变应力和腐蚀介质共同作用下发生的破坏
•主要在振动部件如:
•泵的轴、杆、螺旋浆轴、油气井管以及承受交变热应力的换热器管和锅炉管上发生
•断口特征:
宏观断口与疲劳断口有一定相似性,但断口上可见明显的腐蚀产物存在。
裂纹越深、缺口效应越严重,尖端应力水平上升,腐蚀电位升高,腐蚀加剧等。
下锈额在任何腐蚀介质中均可产生濮眶弟
・由于钢强度提高'
不锈钢疲劳断裂消失或寿命延长'
则可断定原断裂为机械疲劳;
•如果提高了钢的耐蚀性或排除了腐蚀介质的作用后,不锈钢疲劳断裂消失或寿命延长,则可断定原断裂为腐蚀疲劳。
•腐蚀疲劳既可以是仅有一条裂纹,也可以有多条裂纹并存(多处成核)
•根据断口特征可以准确的把应力腐蚀与腐蚀疲劳区别开来
・9•磨损腐蚀
・流动的腐蚀介质对金属表面即发生腐蚀作用,又存在机械冲刷的条件下导致的金属破坏。
・主要原因是钝化膜的破损
•高速、湍流、气泡及固体粒子加速磨损腐蚀
厂10.硫酸露点腐蚀
含硫烟气中的SC)3冷凝后生成硫酸造成的腐蚀o
低浓度硫酸为还原性酸腐蚀形式主要是均匀腐蚀
5.1.4化学腐蚀
I•高温氧化金属在高温及环境中的氧作用下生成金属氧化物的过程
广义的氧化一一金属失去电子后化合价升高的现象
引起高温氧化的介质。
2、CO?
HOSO?
、H2S
2•咼温硫化咼温氧化的特殊形式
金属在含硫介质和高温共同作用下生成金属硫化物的过程。
・3
•在高温及含碳的环境气氛(如CO和绘类)中,环境中的碳化物在与钢接触时发生分解并生成游离碳,使钢表面的氧化膜破损5并渗入钢中生成碳化物的现象0—般在表面发生,碳的浓度在表面最大。
乙烯裂解炉炉管和合成氨装置的转化炉炉管有次现象发牛。
・4■脫碳
•主要发生在珠光体型的碳钢和低合全钢上
•在高温和介质环境中的。
2、H20>比作用下发生在碳钢和低合金钢中的一种钢的表面脫碳现象。
・脫碳会造成:
表面硬度降低
•疲劳极限下降
5.2压力容器的应力腐蚀
■5.2.1应力腐蚀的定义及发生三要素
1)敏感的金属;
2)特定的腐蚀介质;
3)应力(一般指拉应力,压应力?
应力来源主要为焊接和冷变形残余应力。
应力集中的影响?
)
522矢于应力的描述
1)只要能使晶面滑移的应力就能引起应力腐蚀;
2)各种缺陷:
设计不当、机械和电弧损伤、热处理不当形成的表面裂纹、焊接缺陷(咬边、未熔合、未焊透、缺肉等)
统计结果表明,应力腐蚀幵裂事件中
80%是残余应力造成的,工作载荷造成的仅占20%o工作载荷造成应
力腐蚀开裂往往和设计不当有矢。
•5.2.3尖于介质与环境因素的描述
•介质浓度的影响(对奥氏体不锈钢)
•介质来源(污染、残留)
•平均浓度与局部浓缩
•介质状态(气液交替)
•结构因素(死角、缝隙)
•524尖于材料因素的描述
•产生应力腐蚀幵裂的材料和环境组合
材料环境
碳钢及低合金钢
NaOH溶液、NaOH・NazSiCh溶液,硝酸盐溶液,HCN港液,CO+CO2+H20溶液,CO7+HCN+H2S+NH3,液氧,H?
S溶液,海水,混酸(H2SO4+HNO3)CO3-2+HCO3
奥氏体不锈钢
氯化物溶液,海水,高温水,NaOH溶液连多硫酸,HC1,H2SO4+NaCl
马氏体不锈钢
海水、NaCl溶液,NaCl+HQ0溶液,NaOH溶液、NH?
溶液,硝酸、硫酸,H2SO4+HNO3溶液,HgS溶液,咼温和咼压水,咼温碱
蒙乃尔
75%NaOH的沸腾溶液,有机氯化物,汞化合物,大于427弋蒸汽,HF
鎳基合金熔融NaOH,HCN+杂质,260°
C以上的硫,427°
C以上的蒸汽
因科乃尔合金HF,NaOH溶液(260-427°
C)水蒸气+SO2,高浓度N&
S水溶液,浓缩的锅炉水
海水・盐水、有机酸・熔融NaOH,盐酸♦硫化铀,三氯乙烯,红色硝酸
•1•碳素钢压力容器的应力腐蚀开裂
•常用碳素钢如:
10号、20号、20g、Q235等强度低,焊接热影响区脆硬倾向小,发生应力腐蚀开裂的几率较低。
•主要介质:
硝酸盐溶液、液氨、湿硫化氢、氢氧酸
・2.低合金钢压力容器的应力腐蚀开裂
•压力容器常用低合金钢有:
16MnR、15MnVR、
18MnMoNb>
07MnCrMoVR等
主要的应力腐蚀开裂发生在湿硫化氢介质中氢褻刃
裂与应力腐蚀的区别
•3•锯银奥氏体不锈钢压力容器
•引起Cr-Ni奥氏体不锈钢晶间型应力腐蚀的介质和条件
介质
材料的热处理状态
备注
连四硫酸钾
(K2S4O6)
敏化态
水中仅含2ppm,至温下也可产生
连多硫酸
室温下也可产生
仅含氧的咼温水
固溶态
例如,288°
C沸水核反应堆条件下
pH>
10的碱性高温水
当有缝隙存在时
含NaOH的高温水1
固溶态1