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化工静设备的应力腐蚀开裂与防护探讨

发表时间：2020/11/4 来源：《基层建设》2020年第21期作者：陆亚伟

[导读] 摘要：石油是当前应用的最普遍的化石能源，石油化工行业也是当今社会上最为重要的支柱产业之一，它的良好发展对于社会经济的发展起着相当重要的作用。

        山东滨农科技有限公司山东滨州 256600
        摘要：石油是当前应用的最普遍的化石能源，石油化工行业也是当今社会上最为重要的支柱产业之一，它的良好发展对于社会经济的发展起着相当重要的作用。但是在石油化工行业的生产中却经常发生静设备的应力腐蚀破坏问题，对行业的正常生产活动产生重大的不良影响，并且会造成经济损失。为了改善因设备腐蚀而造成的生产效率下降和经济损失的问题，应当对设备进行相关的防护。
        关键词：化工静设备；应力；腐蚀开裂；防护
        0引言
        在我国的石油化工行业中，应力腐蚀开裂（Stress Corrosi on Cracking，简称SCC）造成的设备事故在整个石油化工设备腐蚀破坏事故中所占比例高达50%左右。日本曾对17年内所发生的306起设备腐蚀破坏事故进行了统计，其中应力腐蚀开裂占42.2%，美国杜邦公司的调查也有类似的数据。在腐蚀破坏事故中，应力腐蚀开裂是最危险也是较为常见的一种破坏事故。因此对石油化工设备应力腐蚀开裂的预防工作一直是防腐蚀工作的重点。本文旨在通过介绍石油化工静设备中应力腐蚀开裂破坏的成因，分析石油化工静设备中如何有效预防应力腐蚀开裂破坏的发生。
        1石油化工静设备的特殊工况
        之所以石油化工行业出现的静设备腐蚀开裂现象多发，与整个行业的工况特殊性是分不开的，具体情况主要包括：第一，石油化工相关的设备很多都是重型设备，也正因为如此设备中的拉应力相对较多；第二，由于重型设备使用较多，所以材料构成也是以金属为主；第三，石油化工的环境是高温易腐蚀的，设备长期在其中工作难免会被腐蚀。
        2应力腐蚀开裂的定义
        应力腐蚀开裂是指金属或合金材料在拉伸应力和特定的腐蚀介质和温度（一般为40～300℃）的共同作用下引发的腐蚀破坏。是一种金属或合金原子不断失去电子，导致金属或合金的强度大大降低，最终在拉应力的作用下，使金属或合金在远低于屈服强度的条件下，突然发生的没有形变预兆的破坏现象，也有称为低应力脆断或应力腐蚀破裂。
        应力腐蚀开裂多表现为脆性断裂，破坏形态成裂纹状态的同时具有分支扩展。裂纹既可以沿晶界发展，也可以穿过晶粒扩展。形成应力腐蚀开裂需同时具备三个要素：一是存在拉应力，二是特定的腐蚀金属或合金成分，三是腐蚀环境（腐蚀介质、适宜腐蚀发生的温度）。
        3石油化工静设备应力腐蚀开裂成因
        3.1存在拉应力
        石油化工静设备中，根据其制造工艺和工作环境，产生拉应力的条件主要有两种：（1）加工制造过程中产生的残余应力；（2）工作应力。据统计，在应力腐蚀开裂事故中，由残余应力引起的事故占80%以上，而由工作应力引起的不足20%。
        在所有残余应力中，最主要的是焊接残余应力。此外，石油化工静设备在冷热加工、组对组装过程中也会产生残余应力；工作应力可由设备工作压力和设备自重引起的外载荷、温度梯度变化引起的热应力、附属件和与设备直连的其他装置设备引起的外部附加应力、孔或裂缝腐蚀产物的楔入应力等形成。
        3.2特定的金属或合金成分
        石油化工静设备使用工况特殊，选材要求比较苛刻，其中低合金钢和不锈钢最为普遍。常用材料包括碳素钢、低合金钢（包括一般低合金钢和低温用合金钢）、不锈钢等。碳素钢和低合金钢属于一般压力容器专用钢。低合金钢在普通结构钢的基础上加入了少量或微量的合金元素。
        3.3腐蚀环境
        石油化工行业中静设备往往在高温、高腐蚀介质下运行，因此给应力腐蚀开裂的发生提供了相应的环境因素。静设备的工作温度一般都高于室温，从摄氏几十度到上百度。工作介质复杂繁多且含有大量易发生应力腐蚀开裂的物质，如：NH+、CL+、H+、H2S及多种酸性介质。
        4应力腐蚀开裂的防护
        应力腐蚀开裂问题一直以来都是一个相当重要的问题，它给行业的发展带来的破坏是不可以轻视的。为了更好地提升生产效率和减少经济损失，应当对静设备的应力腐蚀问题采取措施，开展相关的防护工作。

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        4.1合理选材优化设计结构
        在选择材料方面，首先需要知道的是，在某些环境下一些金属或者合金材料是不会发生腐蚀作用的，所以说在进行相关的静设备设计工作的时候要根据实际情况灵活转变，按照具体的环境变化来选取那些不易发生腐蚀的材料，例如，如果设备的工作环境中含有Cl这一类元素的时候，需要选用那些不易与Cl发生反应材料，需要提出的是，奥氏体不锈钢是较容易与Cl发生反应的。
        4.2文明施工控制残余应力
        在造成应力腐蚀开裂破坏现象发生的因素中，残余应力也是一个重要的因素，如果在设备的生命周期内可以有效地控制残余应力，也可以很好地降低设备腐蚀开裂现象发生的概率。残余应力主要是指在设备的组装和焊接过程中产生的应力，如果采取了合理措施来解决残余应力，就可以很好地对设备的腐蚀开裂进行控制。一般来说对残余应力进行消除的手段主要有热处理、机械拉伸、水压实验和震动等。
        4.2.1组装过程的质量控制
        设备的组装工作是应当认真对待的。在某些组装工作中，相关的施工人员可能出于简单、省事的目的而在设备的安装过程中生拉硬拽，采用很暴力的方法去安装设备，这种做法对于设备会产生很大的破坏作用，因为这样会产生很大的残余应力，为设备的后期使用埋下了很大的被腐蚀隐患。所以说，应当针对设备的安装工作制定规范，对相关的安装工作做出具体行为的规定，严禁生拉硬拽的现象发生。
        4.2.2焊接过程的质量控制
        焊接设备使用的材料是很重要的，如果在对设备进行焊接的时候用的焊接材料不对，那么即使设备本身用到的材料性能再好也很难保证设备的整体性能。所以说，在焊接设备的过程中选用合适的材料是很重要的，一般而言，焊接所用的材料最好跟设备的本身用的材料保持化学成分和组织的一致，这样才能更好地保证设备的整体防腐蚀性能。
        4.3石油化工设备日常使用中的维护
        石油化工设备在日常使用中的维护工作是设备安全运行的最后一道防线，也是防止设备危害发生的最关键环节。这一环节的工作对维护操作人员人身和设备财产的安全起着重要作用，应做到以下几点：
        应当严格监控设备工况，及时排除设备的非正常运行状态。可从设备工作压力、工作温度、有害腐蚀介质是否超标等方面减少设备在非正常运行的时间，做到使设备在实质性上安全稳定地运行。
        应按时进行例行检查，制定全面的重点装置和设备的检查项目。按时对设备进行检查，宏观观测和分析设备的外部情况，对高度危险的设备重点检查，发现险情及时采取措施并上报，是保护人身财产安全的关键工作。
        在设备检修时，应文明施工，正确地回装设备元件及附属件。在检修过程中，要避免对设备造成二次损伤，如划痕、碰撞造成防腐涂层和保护膜破损等情况，检修完毕，按原设计和工艺图回装设备的各个元件和工艺管线，认真检查，是防止设备发生腐蚀破坏的重要工作。
        5结束语
        在石油化工行业中，静设备是应用相当多并且范围相当广泛的一种设备，同时它也是很容易被腐蚀的一类设备。无论是在设备制造阶段，还是安装使用和维护保养的阶段都存在着发生腐蚀开裂的条件，这些条件的综合作用促成了设备的被腐蚀开裂，严重地影响到了行业生产活动的合理进行，也造成了大量的资金浪费。静设备应力腐蚀开裂的问题应当受到足够的重视，在静设备的整个生命周期内都要采取防腐蚀措施，尽最大可能降低静设备腐蚀现象的发生概率，这样才能更好地促进石油化工行业的发展。
        参考文献：
        [1]曹春红.石油化工静设备应力腐蚀开裂成因与防护措施[J].中国设备工程，2020（08）：193-194.
        [2]黄福仪，梁庆辉.石油化工静设备的应力腐蚀开裂与防护[J].化工设计通讯，2019，45（03）：80.
        [3]龚伟民.石油化工静设备的应力腐蚀开裂与防护[J].中国石油石化，2017（08）：19-20.
        [4]支纪成.石油化工静设备的应力腐蚀开裂与防护[J].石油和化工设备，2013，16（01）：53-55.
        作者简介：姓名：陆亚伟（1990.09--）；性别：男，民族：汉，籍贯：山东省梁山县，学历：本科；现有职称：初级工程师；研究方向：设备管理。