过程装备防腐案列解析.docx
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过程装备防腐案列解析
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过程装备防腐案列解析
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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，检查管道外表面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：
某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。
加之设备间断运行，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；定期冲洗去掉表面氯化物等，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，结构为管壳式。
工艺介质走管程，水走壳程，进行热交换。
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结构，消除缝隙；
（2）立式换热器的结构改进，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。
高压釜进行间歇操作，每次使用后，将夹套中的水排放掉。
仅操作了几次，高压釜体外表面上形成大量裂纹。
（P228）
答：
在这个事例中，干湿交替变化造成氯化物浓缩。
操作时高压釜外表面被冷却水浸没，停运时夹套中水杯放掉，釜表面只留下一层小水滴。
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，但高压釜表面中氯化物含量却很高。
防护措施：
腐蚀疲劳实例
实例1：
某钢铁厂用于废水处理的间歇反应器为哈氏合金B-2制造，反应器为圆筒形罐体，椭圆形封头，支座为普通结构钢。
为避免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：
该反应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，造成反应器严重腐蚀的主要原因是设备结构设计不合理。
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残余应力，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，裂纹不断发展，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，避免局部应力集中，同时应对焊接结构和焊接工艺做出规定，使焊接残余应力尽可能减小。
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0.6m/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1.52m/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表面膜的保护作用时，如果流速超过了某一个临界值的时候，由于表面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。
流体冲刷使表面膜破坏，露出新鲜金属表面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，湍流又将新生的表面膜破坏，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，进行适当的选择。
同时，在设计管道系统的工作中，应尽量避免流动方向突然变化，流动截面积突然变化，减小对流动的阻碍，以避免形成湍流和涡旋。
实例2：
高压聚乙烯车间反应器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米范围进行了超探检查，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δ7.3mm左右（见图A中夹套泄漏点）。
（
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那么严重。
这样死角内的水会停留较长时间而受到反应管的不断加热，由于反应管的温度高达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：
某发电厂的冷凝器，用海军黄铜制造时由于进口端流速超过1.52m/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2.1~2.4m/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，对于表面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：
将流速控制在合适的范围。
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。
当进行试车时，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，但这里忽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：
某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V2O5作为缓蚀剂。
换热管为1Cr18Ni9Ti不锈钢，管板为16Mn钢。
使用两年后，发现管子与管板连接处的缝隙内发生腐蚀。
（P97）
分析：
V2O5是一种钝化剂，能使16Mn钝化，表面生成保护膜。
但使用钝化剂的基本要求是：
钝化剂的浓度必须超过临界致钝浓度。
答：
设备结构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，具有发展速度快，破坏集中等特点，对设备危害极大。
本事例中，16Mn钢管板和1Cr18Ni9Ti不锈钢管子外表面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，表面生成保护膜，以维持很低的腐蚀速度。
使用钝化剂的基本要求是：
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，通过促进阴极反应使金属表面迅速生成钝化膜而转变为钝态。
如果浓度偏低，阴极反应增加程度不足，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应，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，水解反应使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：
某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。
本事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：
某啤酒厂的大啤酒罐，用碳钢制造，表面涂覆防腐涂料，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：
碳钢罐壁表面涂覆了涂料，而不锈钢罐底表面没有涂覆涂料。
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，很难避免空隙。
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达到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。
为避免发生电偶腐蚀，在碳钢管和铜管间加入了一个陶瓷接头。
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：
本事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。
在金属部分，阳极金属氧化反应产生的电子能顺利流到阴极金属，为去极化剂还原反应所消耗。
在溶液部分，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：
某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：
某厂一根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，因而不足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，加入不锈钢衬垫板作为过渡
实例2：
某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：
本事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：
焊后应对焊缝进行检查和处理，打磨焊缝，除去焊珠、飞溅，必要时还应对焊缝区进行钝化处理。
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，对腐蚀部位进行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行启动，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。
细菌在管子内表面引发局部腐蚀电池，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，腐蚀不断发展，使管道穿孔。
防护措施：
实例1：
烯烃脱氢反应器内，气体温度为440~560℃，处于干燥状态，对不锈钢容器腐蚀很小。
容器的测压管向上倾斜，外面未保温。
工作仅两天，测压管与容器壁焊接处被腐蚀穿孔泄漏。
（P107）
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：
某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应式。
（P174）
实例2：
某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，如果表面没有涂层（裸金属），需要的电流还是很大。
另一方面，被保护设备表面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。
为了避免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，一道进行保护。
b、提高管道相交段的表面绝缘等级，或涂覆新的绝缘层，以避免杂散电流流入。
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。
钢管表面涂漆并加阴极保护。
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，引起混凝土某些物理破坏。
使用12年后发现，平台的混凝土台面出现严重胀裂，钢筋暴露出来。
上表面很严重，下表面完好。
检查混凝土增强覆层完好。
碳酸化深度低于覆层深度，即混凝土质量良好。
造成破坏的原因是阴极保护系统导线连接不正确。
阴极保护系统返回电源的导线不是接到钢管上，而是接到混凝土钢筋上。
（P244）
答：
在阴极保护实施中电连接十分重要，被保护设备和电影负极用导线连通，被保护设备和电极负极用导线连通，导线直径要和保护电流相匹配，以减小线路电压降；导线与设备要连接牢固，电接触良好，不存在大的电阻，特别要防止在使用过程中短线，使保护失效。
施工时将导线接到混凝土钢筋上而不是支撑钢管上，可能是图方便。
因为钢筋与平台支撑钢管是导通的，所以开始不会出现问题。
但随着码头的运行，混凝土平台发生某些物理破坏。
钢筋之间的电连接减弱甚至中断。
某些钢筋脱离了阴极保护系统，电流不能通过电路排出，就会发生杂散电流腐蚀。
腐蚀产物体积一般大于被腐蚀金属，腐蚀产物膨胀产生很大应力。
腐蚀严重时，混凝土覆层被胀裂。
防护措施：
对混凝土中的钢筋也可以采用阴极保护，为了保证电路通畅，避免某些钢筋因脱离而受到杂散电流腐蚀，钢筋绑扎后还需焊接。
实例4：
船舶上的电焊作业，焊机放置在码头上，电焊机一条电缆接焊枪，另一条电缆接在钢码头上。
作业一段时间后，发现船体局部受到严重的腐蚀。
（P240）
答：
有电流从船体流出，通过水流入码头再回到焊机，致使电流流出船体的部位发生杂散电流腐蚀
防护措施：
电焊机的一条电缆接焊枪，另一条电缆必须从焊机直接在码头上，或将码头作为电路的一部分。
缓蚀剂应用的例子：
例1：
在稀盐酸中浸入铁片，可发现铁表面会有大量气泡产生，同时铁片会慢慢溶解。
在此体系中加入少量苯胺，则气泡量大为减少，而铁片上的腐蚀受到强烈的抑制。
例2：
在碳钢制的水贮槽中，在水—气接触面上，常因水线腐蚀而产生红锈。
若在水中加入少量的聚磷酸钠，则红锈的生成大大减弱。
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