淺析鈣業(yè)公司壓力容器腐蝕減薄案例

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摘要：在對某鈣業(yè)公司的工藝生產線中的壓力容器進行定期檢驗時，發(fā)現了腐蝕減薄。通過觀察腐蝕減薄外觀、查閱設備運行記錄、對比損傷模式等方法，得出造成該壓力容器腐蝕減薄的原因，是容器內部介質的堿溶液和容器底部的堿溶液同時作用，對下封頭造成堿腐蝕的結論。對使用單位提出缺陷處理建議和預防措施，為使用單位避免了更大損失，也為使用單位提升產能、進行生產工藝優(yōu)化提供了依據。

關鍵詞：鈣業(yè)；儲罐；腐蝕；成因分析

引言

在對某鈣業(yè)公司工藝生產線的儲罐進行定期檢驗時，發(fā)現一批立式壓力容器在投用后3年內，其下部封頭內外壁存在大量腐蝕狀凹坑，有的腐蝕深度較深，超過了腐蝕裕量[1]。因該企業(yè)生產工期緊，長期停機會造成重大經濟損失，同時為了查明腐蝕形成原因，避免造成重大安全事故，對腐蝕的形成原因進行了細致分析，以徹底消除隱患，保障設備安全運行。

1設備基本情況

發(fā)現缺陷的容器名稱為“儲氣罐”，設計壓力1.0MPa，材料為Q345R，筒體和封頭的壁厚均為6mm，腐蝕裕量1mm，使用壓力為0.7MPa，使用溫度為常溫，罐內介質為氧化鈣粉和空氣。制造日期為2016年3月，投用日期為2016年7月，使用單位辦理了特種設備使用登記證。投用后，使用單位按照法規(guī)要求于2019年6月申了定期檢驗。根據定期檢驗方案，對儲罐進行宏觀檢查時，發(fā)現其內外壁存在腐蝕（圖1）。

2腐蝕的檢測

因生產原因，該批壓力容器有一半高度處于工業(yè)生產廢料中，另一半裸露在空氣中，發(fā)生腐蝕的部位是處于工業(yè)廢料中的部分。漏磁檢測儀被認為是檢測金屬腐蝕的重要手段，有研究表明，對于底板涂層厚度6mm的底板，可以發(fā)現10%板厚的腐蝕坑。本次檢驗發(fā)現問題的壓力容器和底板的工作環(huán)境相似，其上表面接觸含水的存儲介質，下表面與罐基礎接觸，其底部是發(fā)生腐蝕的最大可能區(qū)域。為了徹底了解腐蝕情況，采用漏磁檢測儀對4臺壓力容器的底部進行了全面掃查。采用英國生產的的SILVERWING（UK）Ltd型漏磁檢測設備對儲罐進行檢測，該設備的優(yōu)勢在于安裝了先進的傳感器，對底板上下表面的腐蝕都很敏感，對腐蝕的位置定位很準確，特別是對于上表面的腐蝕。與其他設備相比，它還設置了自動計算腐蝕速率和對設備使用壽命的自動評估功能。檢測信號發(fā)現，這批儲罐的下封頭上下表面均有腐蝕，個別部位腐蝕量已超過了腐蝕裕量，腐蝕深度達2mm。有的位置，外表面油漆完好無損，但是實際腐蝕深度也超過了腐蝕裕量。為驗證檢測結果，對其中腐蝕最嚴重的1臺容器的封頭進行切割，發(fā)現剩余厚度與檢測結果相差無幾。

3運行狀況信息

查閱設備的運行記錄，該儲罐的內部介質為氧化鈣粉和壓縮空氣，使用溫度為常溫。查閱壓縮空氣的附屬設備過濾器的維修記錄，發(fā)現其在運行過程中在2017年和2018年有2次維修記錄，維修原因是濾油和濾水功能不足。儲罐底部有濕潤狀氧化鈣粉堆積，去除堆積物，發(fā)現垢下均有不同程度的腐蝕；在儲罐的底部有企業(yè)的廢棄物堆積，其廢棄物里面含有石灰。

4腐蝕成因分析

根據GB/T30579—2014《承壓設備損傷模式識別》對腐蝕的描述，與腐蝕減薄相關的有31種，結合所檢驗壓力容器盛裝的介質和所處的環(huán)境，分析所發(fā)現的腐蝕減薄最可能為堿腐蝕[2]。因容器內的介質為空氣和氧化鈣，綜合起來屬于堿性物質，因此，首先考慮堿腐蝕。根據腐蝕機理，金屬在堿液中的腐蝕是發(fā)生在陰極過程的氧去極化反應。氧化鈣和空氣混合，由于空氣壓縮機的油氣分離器經常出故障，因此有水混入壓縮空氣中，與氧化鈣發(fā)生反應生成了氫氧化鈣溶液。Q345R在氫氧化鈣溶液中，雖然受氫氧根離子的鈍化在表面會形成鈍化膜，但是一旦鈍化膜受損后發(fā)生破口，破口后不斷濃縮的OH-將會對壓力容器制造材料Q345R鋼板產生嚴重的腐蝕。特別是當有氫原子存在時，深入鋼材的內部會產生硬氣催化，可能產生裂紋并迅速擴展，反應過程如下：當環(huán)境溫度不高，如正常使用的溫度為常溫時，碳鋼在堿液中十分穩(wěn)定，不易產生腐蝕；而如果環(huán)境中pH值較低，氫離子會發(fā)生陰極放電效應（反應式：2H++2e-→H2↑），此時H2的析出效率大大增加，產生的腐蝕產物有可溶性的，因此會加劇腐蝕[3]；當pH值為4~9時，此時的腐蝕過程是在氧的擴散所控制的陰極過氧極化腐蝕階段（反應式：O2+2H2O+4e-→4OH-），由于氧的溶解度和擴散速度均與pH值不成線性關系，此時鐵的腐蝕速率與pH值無關；當pH值為9~14時，鐵的腐蝕速度反而有降低的現象，這是因為此時產生的腐蝕產物（α-FeOOH）在堿液中的溶解度很小，并且它能緊密地覆蓋在金屬表面，增大了陽極電阻，阻礙了陽極的溶解，同時影響了氧的去極化作用；當環(huán)境的pH值＞14時，鐵將會重新進入腐蝕的過程，這是由于前期形成的不可溶性氫氧化亞鐵膜會轉化成為可溶性的鐵酸納（Na2FeO2）的原因。若NaOH的濃度＞30%時，鐵表面的氧化膜的保護性能隨著堿濃度的升高而降低，當溫度升高并超過80℃，普通碳鋼就會發(fā)生明顯的全面腐蝕[3]。該批儲罐的底部處于廢棄的石灰中，當下雨或有水分進入的時候，將發(fā)生放熱反應，即，該儲罐的底部可能經常處于高于80℃的環(huán)境中，這在一定的程度上加劇了化學反應，進而增加了腐蝕速率。底部封頭外側的腐蝕，形成原因可能如下：其油漆防腐層，如果沒有按照工藝設計成專用的耐酸堿的防腐涂料，則在一定的溫度下，儲罐內外側的堿液很容易進入涂料內側與鋼板直接接觸，產生堿腐蝕甚至導致環(huán)境開裂。在檢驗時，發(fā)現儲罐的油漆也有大面積剝離的現象，分析是儲罐出廠時，底部封頭的表面處理未達到要求，可能存在鐵銹、油污等雜物，此時噴的油漆附著力很小，使用過程中容易發(fā)生脫落，使鋼板直接暴露在堿液中造成腐蝕。在內外雙向均存在腐蝕的情況下，很快將容器的腐蝕裕量消耗掉，而且最嚴重的部位已超過裕量1mm之多。

5問題的處理及預防

①對于已發(fā)生腐蝕的部位，已要求使用單位將設備拆卸、發(fā)回原制造廠進行封頭更換，并在技術上要求下部封頭的油漆，應設計成耐堿性的油漆層，在噴漆時保持噴漆面干燥、清潔、無污物，噴漆后應檢查油漆的致密性；②對儲罐下部的工業(yè)堿性廢料進行徹底清理，并澆筑混凝土基座，建議使用單位將原堆放廢棄物的場所，置于原理工藝流水線的壓力容器區(qū)；③增加陰極保護系統對儲罐的保護；④今后的使用過程中，加強對壓力容器的監(jiān)控，如每年年度檢查時，對其進行壁厚測定以觀測其腐蝕情況。

6結束語

壓力容器的管理，貫穿于其設計、生產、使用、檢驗檢測等全過程，使用單位在定制壓力容器時，需要將容器的使用環(huán)境、盛裝介質等關鍵信息同壓力容器生產企業(yè)進行技術交流。此案例中，如果能夠在設計時將油漆設計成耐酸堿的油漆，則腐蝕速率可能沒有那么迅速，使用單位也不必將設備發(fā)回制造單位進行維修，可以減少損失。再者，要重視定期檢驗的作用。此案例中，檢驗人員認真細致地檢驗，發(fā)現問題、分析成因，不但避免了更為嚴重的事故發(fā)生，而且給使用單位生產工藝提出了改進意見，最大程度保障了企業(yè)的安全生產，為企業(yè)優(yōu)化生產工藝、降低生產成本、提高經濟效益提供了技術支撐。

參考文獻

［1］TSG21—2016，固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程［S］.

［2］GB/T30579—2014，承壓設備損傷模式識別［S］.

［3］季鵬.NaOH常壓碳鋼儲罐底板泄漏分析及預防對策［J］.中國化工貿易，2018（7）：175-177.

作者：何慶昌 單位：遼寧省本溪市特種設備監(jiān)督檢驗所