液化氣儲罐防腐知識：液氨儲罐腐蝕和預防措施分析

氨作為一種重要的化工原料，為運輸及儲存便利，通常將氣態(tài)的氨氣通過(guò)加壓或冷卻得到液態(tài)氨。氨易溶于水，溶于水后形成銨根離子NH4+、氫氧根離子OH-，呈堿性的堿性溶液。液氨多儲于耐壓鋼瓶或鋼槽中，且不能與乙醛、丙烯醛、硼等物質(zhì)共存。液氨在工業(yè)上應用廣泛，具有腐蝕性且容易揮發(fā)，所以其化學(xué)事故發(fā)生率很高。

多年來(lái)對液氨儲罐的使用和檢驗發(fā)現, 這類(lèi)儲罐很少發(fā)生強度破壞, 大多數是由腐蝕裂紋引起的腐蝕破壞。根據多年實(shí)踐, 本文對液氨儲罐可能引起腐蝕的幾個(gè)方面進(jìn)行分析, 并提出了相應的防護措施, 以防止腐蝕的發(fā)生。

儲罐里面的液氨是經(jīng)過(guò)加壓或降溫而轉化成的液化氣, 它的操作壓力就是大氣溫度下的飽和蒸氣壓。操作溫度和操作壓力隨氣候變化而波動(dòng)�！秹毫θ萜靼踩�技術(shù)監察規程》規定, 無(wú)保溫或保冷、盛裝低壓液化氣體的常溫儲罐, 設計溫度均取50℃, 最高工作壓力取所裝介質(zhì)在50℃時(shí)的飽和蒸氣壓力。而廣東地區夏天的最高室溫一般不會(huì )超過(guò)40℃, 40℃下氨的飽和蒸氣壓為1155M Pa, 通常操作壓力為018～112M Pa, 故儲罐一般不會(huì )因超載而發(fā)生強度破壞。由于液化氣的膨脹系數非常大, 為水的數十倍, 如果液體充滿(mǎn)儲罐, 儲罐內的壓力就不再是蒸氣壓, 而是液體的膨脹壓力。儲罐的工作壓力直接受溫度的影響, 溫度每升高1℃, 液氨儲罐的壓力就可升高11316～ 11875M Pa, 溫度只要升高3～ 5℃, 儲罐就會(huì )因嚴重超載而爆炸。因此, 《壓力容器安全技術(shù)監察規程》規定了儲罐在不同充液溫度下的裝量系數, 以保證儲罐內有足夠的氣體空間。如果儲罐在投入使用前抽氣不完全, 就很容易使空氣摻雜在里面。液氨在充裝、排料及檢修等過(guò)程中, 也會(huì )受到空氣的污染, 儲罐焊縫處存在由于操作壓力引起的拉應力和焊接殘余應力。在拉應力狀態(tài)下,碳鋼在被空氣污染的液氨環(huán)境中很容易發(fā)生應力腐蝕破壞。 

空氣中的O2、CO 2、N 2 都會(huì )促進(jìn)液氨對罐壁材料的腐蝕。不論是在氣相或液相中, 氨、O 2和N 2 與碳鋼或低合金鋼組成了應力腐蝕環(huán)境,產(chǎn)生應力腐蝕(SCC)。其腐蝕的機理為: 在含O 2 的液氨中, 鋼表面吸附O 2 形成氧膜, 這使腐蝕電位保持在正值, 當材料受拉力產(chǎn)生應變后,膜被破壞, 暴露出來(lái)的新鮮表面(滑移階) 與有氧膜的金屬表面組成微電池, 產(chǎn)生快速溶解。在沒(méi)有其他雜質(zhì)存在時(shí), O 2 能在裸露金屬表面上再成膜, 抑制應力腐蝕的產(chǎn)生; 而當液氨中同 時(shí)溶有N 2 時(shí), 由于N 2 與O 2 在滑移階上產(chǎn)生“競爭吸附”, 阻止部分裸露滑移階的再鈍化, 從而增加鋼的應力腐蝕斷裂敏感性[1 ]。上述有關(guān)應力腐蝕的條件, 只要缺任何一種, 應力腐蝕 均不能發(fā)生。而空氣中的CO 2 則會(huì )導致全面腐蝕, 其腐蝕機理為: 

陰極反應:   O 2+ 2NH4 + 4e——OH- + 2NH3 

陽(yáng)極反應:   2Fe ——2Fe2+ + 4e-

整個(gè)反應為: O 2+ 2NH4 + 2Fe——2Fe2+ + 2OH- + 2NH3 

有CO 2 共存時(shí), 則生成碳酸銨: 2NH3+ CO 2——NH4CO 2NH2 

NH4CO 2NH2 ——NH4 + NH2CO 2

反應中產(chǎn)生碳基甲酸氨(NH4CO 2NH2) 對碳鋼有強烈的腐蝕作用, 它使鋼材表面的鈍化膜在滑移臺階產(chǎn)生破裂, 并沿此處發(fā)展為陽(yáng)極型的腐蝕裂紋。因此, 這兩種腐蝕作用相互促進(jìn), 加劇了材料的腐蝕破壞。這種應力腐蝕與母材的強度有關(guān), 強度越高, 腐蝕敏感性越大。儲存溫度也會(huì )對應力腐蝕產(chǎn)生影響, 0℃以上常溫操作的儲罐, 應力腐蝕易發(fā)生。

2、液氨儲罐的腐蝕特征

通過(guò)對各類(lèi)液氨儲罐的開(kāi)罐檢查發(fā)現, 儲罐內表面焊縫區的腐蝕裂紋比較嚴重, 且多數出現在環(huán)焊縫上, 裂紋斷口沒(méi)有塑性變形, 呈現出典型的脆性裂紋特征。裂紋多數為淺而長(cháng)的表面裂紋, 且有明顯的分支, 主干裂紋與焊縫方向垂直, 尤其在手工電弧焊的引弧處和收弧處、T 型接頭處及封頭環(huán)縫與筒體縱焊縫交叉部位, 裂紋更嚴重。磁粉檢測發(fā)現, 焊縫裂紋呈樹(shù)枝狀, 主干裂紋多呈線(xiàn)性, 分支較短, 端部較尖銳, 根部稍寬。液化氣儲罐制造廠(chǎng)家網(wǎng)址：www33770a.com

3、防護措施及安全評估

液氨儲罐從設計、制造到使用的各個(gè)環(huán)節,如果方法不得當, 都會(huì )對應力腐蝕埋下隱患。故意防腐蝕應從設計、制造到使用過(guò)程的整個(gè)質(zhì)量保證體系的各個(gè)環(huán)節都采取可靠的措施。

(1) 材料選擇。實(shí)踐證明, 材料強度越高,發(fā)生應力腐蝕的可能性越大。但不發(fā)生應力腐蝕的最低強度限與雜質(zhì)含量及特性、應力大小、操作速度等因素有關(guān)。為了防止應力腐蝕, 在綜合考慮操作壓力、殘余應力以及安全性和經(jīng)濟性的情況下, 應盡可能選用強度較低的鋼材。

(2) 采用合理的結構和焊接工藝。結構上應避免焊縫過(guò)多、過(guò)于集中、焊縫不對稱(chēng)、焊縫交叉和焊接順序不合理等造成的應力集中。制造時(shí)應避免強力組焊, 防止咬邊、錯邊等缺陷, 保證與介質(zhì)接觸的表面盡量光滑。制造完成后, 應進(jìn)行退火熱處理以去除焊后殘余熱應力。正確的焊后熱處理可以大大降低制造過(guò)程中的殘余應力, 并可以降低焊接熱影響區的峰值硬度。

(3) 新投用的儲罐, 應按規定進(jìn)行內外部檢驗并進(jìn)行周期性的定期檢驗。對液、氣相界面、引收弧處及T 型接頭等易腐蝕部位應重點(diǎn)檢驗; 對液面以下所有焊縫應進(jìn)行100%磁粉或超聲波探傷, 若條件允許, 應對所有焊縫進(jìn)行100%磁粉探傷。對檢驗出的裂紋應進(jìn)行評估。因應力腐蝕界限斷裂韌度J ISCC大約只有材料常規斷裂韌度D0105的1ö5, 所以應根據斷裂力學(xué)判據對裂紋進(jìn)行安全等級評估, 并給出處理意見(jiàn)及下次檢驗時(shí)間。對于不超過(guò)1ö4 壁厚和深度小于4mm 的淺裂紋, 可以采用打磨的方法進(jìn)行機械消除, 但要嚴格控制打磨工藝; 對于較深的裂紋, 先進(jìn)行打磨處理后再進(jìn)行補焊。補焊前應先預熱加溫以防止焊接硬化, 焊接時(shí)宜采用低氫焊條, 焊后進(jìn)行探傷復查, 并進(jìn)行去應力處理。

(4)對投入使用前的新儲罐 應徹底清除里面的空氣; 在充裝、排料及檢修等過(guò)程中, 采取一定的措施避免帶進(jìn)任何空氣。對大型儲罐應連續冷凝氨蒸氣, 而不凝氣體大部分是空氣,應將其排出。對較小的設備用抽氣或蒸騰除去儲罐里面的空氣�？傊�, 消除儲罐里面的空氣污染, 可以有效地防止應力腐蝕。湖北華星汽車(chē)制造有限公司網(wǎng)址：www33770a.com

(5) 定期檢測液氨濃度和含水率 發(fā)現水分低于臨界濃度應及時(shí)補充水分, 使含水率始終保持在012%～ 1%的范圍。另外, 還可加入其它抑制劑, 如加入100Lgög 的冷凍機油或5Lgög 的菜籽油或10～ 50Lgög 的硅油作為應力腐蝕抑制劑, 都可有效地抑制液氨引起的應力腐蝕。

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