化工设备中应力腐蚀的机理及防护探讨
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作者:张伟
摘 要：伴随社会经济的持续化发展，化工行业在此背景下，呈现出迅猛的发展势头;化工设备作为整个化工行业的核心组成部分，其在长时间运行后，会出现应力腐蚀情况，因而会给其运行使用造成直接影响，所以需采取措施加以防护。本文首先简要分析了化工设备中应力腐蚀的基本原理，指出了具体的防护措施，望能为此领域研究有所借鉴。
关键词：化工设备 应力腐蚀 腐蚀机理 防护策略
中图分类号：TQ05 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）02（a）-0091-02
伴随我国整个工业体系的持续发展与健全，化工设备的种类日渐增多，而且应用领域日渐宽泛。但需要指出的是，无论是在石油化工、石油冶炼中，还是在储存石油及化工产品中，所使用的化工设备在实际运行过程中，时常会因各种问题而出现各种形式或不同程度的应力腐蚀状况。尤其是奥氏体不锈钢、低合金钢及碳钢等，其在一些特定条件或环境中，均会出现应力腐蚀、破裂情况。针对此种破裂而言，其在小于屈服强度的持续应力作用下，会使金属出现早期破坏，因而无论是在危害性上，还是在隐蔽性上，均比较明显。在此背景下，做好应力腐蚀的有效预防工作，至关重要。
1 腐蚀机理概述
当前，针对应力腐蚀开裂的机理而言，已出现许多理论依据，比如混合机理、溶解机理等，但需强调与说明的是，业内对如下论述作为认可：所谓应力腐蚀开裂，从根本上来讲，就是在所形成张力持续作用下的合金，在具有腐蚀性的环境中，其中的一种或者是多种显微路径出现多样化或不同程度腐蚀情况，由此而引发的破裂状况。简单概括之，就是基于应力的影响与驱动下，钢发生一定程度的滑移情况，在此作用下，表面钝化膜会发生严重的破裂状况，另外，还会露出一些新鲜的表面;此外，还需要说明的是，受滑移的影响，其还会使缺位情况增加，并且还会使位错情况出现大量密集，因而在滑移带上，会使杂质偏析速度加快，最终便会形成活性阳极区。另外，还需要指出的是，基于腐蚀介质的持续作用下，会出现阳极溶解情况，在溶解时，阳极极化，并且在极化的附近，还会有钝化情况发生，因此，在此驱动与影响下，蚀坑周围会产生一层覆盖范围比较广的钝化膜;另外，基于应力的持续作用下，在蚀坑的底部位置处所形成的应力，会在此不断的聚集，最终导致钝化膜出现不同程度的破裂情况;循环复之，最终会造成应力腐蚀开裂情况的加剧，并向周围蔓延，出现纵深形态的裂纹，直到断裂。对于裂纹的基本形态来分析，其类型主要有两种，其一为比较常见的晶间破裂，其二是比较典型的穿晶破裂。
2 应力腐蚀开裂的介质环境
首先，以氯化物溶液为对象，尤其所带来的各种应力腐蚀开裂情况。对于奥氏体不锈钢来考量，如果其与氯化物介质相接触，或者相混合，那么便容易造成应力腐蚀开裂情况，也就是业内经常提到的氢脆。其次，由硫化物溶液所造成的应力腐蚀开裂状况。针对硫化物溶液来分析，其类型可划分为两种，第一种便是H2S水溶液，而第二种则为连多硫酸。对于此种腐蚀而言，其在化工或者炼油生产当中，最为普遍，同时也会造成最大的损失。当前得知，无论是奥氏体不锈钢，还是低合金钢、碳钢，均会出现此种腐蚀情况。再次，浓热碱溶液。无论是在核电工业当中，还是在比较常见的化工工业中，无论是比较常用的奥氏体钢，还是实用价值更为突出的低合金钢、碳钢等，当处于特定环境中，都有发生碱脆破裂的可能，且应力腐蚀程度与碱液浓度、温度之间，关联性比较密切。
3 防护措施
3.1 对腐蚀介质的浓度、含量加以严格控制
可根据现实情况及相关需要，采用多种方式、方法来施加控制，步入注水方法、脱硫方法，除此之外，还有加缓蚀剂等，如此一来，便可以根据现实情况，最大程度降低所处环境的氯、硫化物浓度，最终实现设备相应腐蚀程度的降低;另外，通过采用上述方法进行控制，还能降低化工设备腐蚀环境当中pH值的降低。需要指出的是，如果经检测得知，pH值呈酸性，那么此时上述方法能将应力腐蚀开裂速度较快，特别是对高强钢，会变得更加敏感。另外，在对设备进行实际使用时，还需要对设备介质含量施加严格控制，将分析、化验等工作给做好，对氯离子含量进行切实控制，防止超标介质、物料流入到设备当中。还需要指出的是，应在设备停车期间，做好清理、检修工作，并进行相关试验操作，试验后，将设备内壁、死角残留介质、水渍等清理干净，预防水渍残留蒸发而造成腐蚀介质浓度增加，而对设备运行造成不利影响。相关人员需强化巡检，制定紧急预防处理方案，防范于未然。
3.2 选用严格的材料
在实际操作中，可选用有较低强度级别的材料，尽量不用高强度钢。需要说明的是，随着钢在具体的屈服强度上的持续性增加，针对所采用的材料而言，其应力也会发生变化，而且腐蚀破裂敏感性会伴随其升高而增大。如某化工厂，其所选用的便是比较新型的分馏系统，在整个系统当中，设置有浮头式换热器，其在较短时间内便发生了脆性断裂，由此还引起了小浮头密封失效的情况;针对此情况，改用钢螺栓，即Q235-A型，上述情况得到较好改善。需要指出的是，S、P等会不同程度腐蚀损害钢的耐应力，所以，需要对钢当中的S、P含量进行严格控制，使S的含量小于0.02%，而P的含量小于0.03%。另外，如果将Mo、Nb、Ti物质加入到低合金钢当中，可以促进钢抗应力破坏能力的提升。而對于奥氏体不锈钢，可以将高Ni量加入其中，这样能够较好地对抗应力腐蚀。
3.3 选择合适焊接工艺，改进设计结构
通过对结构的合理设计，能够较好地减少或规避应力在局部的过于集中情况。比如在对高度比较高的压力容器进行设计时，可能会根据高度的不同，选用壁厚不同的钢材进行焊接，此时，基于内压的持续作用下，由于自由变形不协调，受此影响，在焊缝位置处，会产生程度差异性的局部应力;如果存在比较大的应力，那么其在应力腐蚀这一环境下，便易出现应力腐蚀劈裂情况。所以，需对连接结构进行合理选择。选择异种钢焊接工艺，在设计化工设备过程中，整个设备均采用相同材料是不可能的，这便出现了异种钢焊接方面的问题。基于此情况，怎样匹配基材的选择，并合理解决焊接工艺问题，选择更加实用的焊条，需给予足够重视。据相关调查得知，许多设备之所以会出现失效事故，主要原因在于所采用的焊接工艺缺乏规范性、合理性所造成，或是所选用的焊接材料不合格所致。比如级别不同的高强度钢、低合金钢、低碳钢，它们之间在进行异种钢焊时，需要控制好焊接温度及强度，选用合理的焊条，如果强度比较低，那么便难以达到理想的抗拉强度;另外，针对接头来讲，其无论是在韧性上，还是在具体的塑性上，都需要控制在较高水平，使其能够较好地满足现实需要。
4 结语
综上，伴随当今化工设备种类的日渐增多，其运行环境存在着较大差异，针对那些处于应力腐蚀环境当中的化工设备，如果未能得到妥当维护，便会发生应力腐蚀，最终会对设备的安全、稳定、高效运行带来不利影响。因此，需要做好工艺改进及技术升级工作，将所存在的各种问题与不良因素给消除掉，强化设备运行效能与稳定性，最大程度强化企业生产质量、效率与水平。
参考文献
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