压力管道腐蚀与防护

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1、压力管道腐蚀与防护沈阳化工学院李志安1概述压力管道的腐蚀是由于受到内部输送物料及外部环境介质的化学或电化学作用(也包括机械等因素的共同作用)而发生的破坏。压力管道在使用中可能产生腐蚀、疲劳、蠕变、低温脆断、材质劣化等破坏形式，其中腐蚀破坏最具有普遍性。特别是化学工业，因其介质腐蚀性强，并常常伴有高温、高压、磨损等，最易发生管道破坏事故。压力管道除输送水、蒸汽、空气及惰性气体外，大多数输送的是化工物料及燃料，一旦因腐蚀破坏造成物料泄漏，由于污染环境而引起公害，并往往酿成火灾、中毒、爆炸等事故，给工业生产和人民生命带来重大损失。压力管道的腐蚀破坏形态，除全面腐蚀外，尚有局部腐蚀、应力腐

2、蚀破裂、腐蚀疲劳及氢损伤。其中危害最大的当属应力腐蚀破裂，往往在没有先兆的情况下突然发生，造成预测不到的破坏。防止压力管道腐蚀的方法是正确选材、设计以及良好的防护涂层，特殊情况下选用耐蚀非金属材料，埋地管线同时采用阴极保护。2压力管道腐蚀的主要形式及机理腐蚀主要形式有：全面腐蚀，局部腐蚀，应力腐蚀，腐蚀疲劳，氢损伤等。2．1全面腐蚀全面腐蚀也叫均匀腐蚀，这是在管道较大面积上产生的程度基本相同的腐蚀。管道内壁表面遭受输送物料的全面腐蚀；管道外壁裸露表面(或有涂料但已全面失效)遭受大气锈蚀。遭受全面腐蚀的管道，壁厚逐渐减薄，最后破坏。从工程的角度看，全面腐蚀并不是威胁很大的腐蚀形态，因

3、为管道设计时可考虑足够的腐蚀裕度。但应注意的是，在管道使用过程中，腐蚀速度往往因环境恶化(如超温、加进腐蚀性成份等)而加剧，因此定期检验是十分必要的，通过定点测厚，掌握壁厚减薄的情况。2．2局部腐蚀1)点蚀集中在金属表面个别小点上的深度较大的腐蚀称为点蚀，也叫孔蚀。大多数情况下，蚀孔是比较小的。蚀孔之间有时互相孤立，有时十分靠近，密集在一起。蚀孔直径等于或小于深度，蚀孔形态如图。2)缝隙腐蚀当管道输送的物料为电解质溶液时，在管道内表面的缝隙处，如法兰垫片处、单面焊未焊透处等，均会产生缝隙腐蚀，见图4．3。3)焊接接头的腐蚀通常发生于不锈钢管道，有三种腐蚀形式：(1)焊肉被腐蚀成海绵

4、状，这是奥氏体不锈钢发生的δ铁素体选择性腐蚀。(2)热影响区腐蚀。造成这种腐蚀的原因，是焊接过程中这里的温度正好处在敏化区，有充分的时间析出碳化物，从而产生了晶间腐蚀，见图4．5。晶间腐蚀是腐蚀局限在晶界和晶界附近而晶粒本身腐蚀比较小的一种腐蚀形态，其结果将造成晶粒脱落或使材料机械强度降低。晶间腐蚀的机理是“贫铬理论”。不锈钢因含铬而有很高的耐蚀性，其铬含量必须要超过12％，否则其耐蚀性能和普通碳钢差不多。不锈钢在敏化温度范围(450～850℃)，奥氏体中过饱和固溶的碳将和铬化合成Cr23C6，沿晶界沉淀析出。由于奥氏体中铬的扩散速度比碳慢，这样，生成Cr23C6所需的铬必然从晶界

5、附近获取，从而造成晶界附近区域贫铬。如果铬含量降到l2％(钝化所需极限铬含量)以下，则贫铬区处于活化状态，作为阳极，它和晶粒之间构成腐蚀原电池，贫铬区是阳极面积小，晶粒是阴极面积大，从而造成晶界附近贫铬区的严重腐蚀。图4．6是18—8钢晶间腐蚀机理示意图。(3)第三种形态是熔合线处的刀口腐蚀，一般发生在用Nb及Ti稳定的不锈钢(347及321)。刀口腐蚀示意图见图4．7。4)磨损腐蚀磨损腐蚀亦称冲刷腐蚀。当腐蚀性流体在弯头、三通等拐弯部位突然改变方向，它对金属及金属表面的钝化膜或腐蚀产物层产生机械冲刷破坏作用，同时又对不断露出的金属新鲜表面发生激烈的电化学腐蚀，从而造成比其他部位更

6、为严重的腐蚀损伤。5)冷凝液腐蚀对于含水蒸汽的热腐蚀性气体管道，在保温层中止处或破损处之内壁，由于局部温度降至露点以下，将发生冷凝现象，从而造成冷凝液腐蚀，即露点腐蚀。6)涂层破损处的局部大气锈蚀对于化工厂的碳钢管线，这种腐蚀有时会很严重，因为化工厂区的大气中常常含有酸性气体，比自然大气的腐蚀性强得多。2．3应力腐蚀破裂(scc)金属材料在拉应力和特定腐蚀介质的共同作用下发生的断裂破坏，称为应力腐蚀破裂。发生应力腐蚀破裂的时间有长有短，有经过几天就开裂的，也有经过数年才开裂，这说明应力腐蚀破裂通常有一个或长或短的孕育期。应力腐蚀裂纹呈枯树枝状，大体上沿着垂直于拉应力的方向发展。裂纹

7、的微观形态有穿晶型、晶间型(沿晶型)和二者兼有的混合型。1)碱脆金属在碱液中的应力腐蚀破裂称碱脆。碳钢、低合金钢、不锈钢等多种金属材料皆可发生碱脆。2)不锈钢的氯离子应力腐蚀破裂氯离子不但能引起不锈钢孔蚀，更能引起不锈钢的应力腐蚀破裂。不锈钢氯离子应力腐蚀裂纹是典型的枯树枝状穿晶型裂纹，并常常以孔蚀为起源，如图4.14所示3)不锈钢连多硫酸应力腐蚀破裂在石油炼制工业中，以加氢脱硫装置为典型，不锈钢连多硫酸（H2SXO6，X=3～5）的应力腐蚀破裂颇为引人注目。不锈钢在