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(chǎn)線中的壓力容器進(jìn)行定期檢驗時，發(fā)現(xiàn)了腐蝕減薄。通過觀察腐蝕減薄外觀、查閱設(shè)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(nèi)部介質(zhì)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(jié)論。對使用單位提出缺陷處理建議和預(yù)防措施，為使用單位避免了更大損失，也為使用單位提升產(chǎn)能、進(jìn)行生產(chǎn)工藝優(yōu)化提供了依據(jù)。
關(guān)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(chǎn)線的儲罐進(jìn)行定期檢驗時，發(fā)現(xiàn)一批立式壓力容器在投用后3年內(nèi)，其下部封頭內(nèi)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(chǎn)工期緊，長期停機(jī)會造成重大經(jīng)濟(jì)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(jìn)行了細(xì)致分析，以徹底消除隱患，保障設(shè)備安全運行。
1設(shè)備基本情況
發(fā)現(xiàn)缺陷的容器名稱為“儲氣罐”，設(shè)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(nèi)介質(zhì)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(shè)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(jù)定期檢驗方案，對儲罐進(jìn)行宏觀檢查時，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)外壁存在腐蝕（圖1）。
2腐蝕的檢測
因生產(chǎn)原因，該批壓力容器有一半高度處于工業(yè)生產(chǎn)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(rèn)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(xiàn)10%板厚的腐蝕坑。本次檢驗發(fā)現(xiàn)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(zhì)，下表面與罐基礎(chǔ)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(jìn)行了全面掃查。采用英國生產(chǎn)的的SILVERWING（UK）Ltd型漏磁檢測設(shè)備對儲罐進(jìn)行檢測，該設(shè)備的優(yōu)勢在于安裝了先進(jìn)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(zhǔn)確，特別是對于上表面的腐蝕。與其他設(shè)備相比，它還設(shè)置了自動計算腐蝕速率和對設(shè)備使用壽命的自動評估功能。檢測信號發(fā)現(xiàn)，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(dá)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(jié)果，對其中腐蝕最嚴(yán)重的1臺容器的封頭進(jìn)行切割，發(fā)現(xiàn)剩余厚度與檢測結(jié)果相差無幾。
3運行狀況信息
查閱設(shè)備的運行記錄，該儲罐的內(nèi)部介質(zhì)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(shè)備過濾器的維修記錄，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(jù)GB/T30579—2014《承壓設(shè)備損傷模式識別》對腐蝕的描述，與腐蝕減薄相關(guān)的有31種，結(jié)合所檢驗壓力容器盛裝的介質(zhì)和所處的環(huán)境，分析所發(fā)現(xiàn)的腐蝕減薄最可能為堿腐蝕[2]。因容器內(nèi)的介質(zhì)為空氣和氧化鈣，綜合起來屬于堿性物質(zhì)，因此，首先考慮堿腐蝕。根據(jù)腐蝕機(jī)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(yīng)。氧化鈣和空氣混合，由于空氣壓縮機(jī)的油氣分離器經(jīng)常出故障，因此有水混入壓縮空氣中，與氧化鈣發(fā)生反應(yīng)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(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。特別是當(dāng)有氫原子存在時，深入鋼材的內(nèi)部會產(chǎn)生硬氣催化，可能產(chǎn)生裂紋并迅速擴(kuò)展，反應(yīng)過程如下：當(dāng)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(chǎn)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(yīng)（反應(yīng)式：2H++2e-→H2↑），此時H2的析出效率大大增加，產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物有可溶性的，因此會加劇腐蝕[3]；當(dāng)pH值為4~9時，此時的腐蝕過程是在氧的擴(kuò)散所控制的陰極過氧極化腐蝕階段（反應(yīng)式：O2+2H2O+4e-→4OH-），由于氧的溶解度和擴(kuò)散速度均與pH值不成線性關(guān)系，此時鐵的腐蝕速率與pH值無關(guān)；當(dāng)pH值為9~14時，鐵的腐蝕速度反而有降低的現(xiàn)象，這是因為此時產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)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(dāng)環(huán)境的pH值＞14時，鐵將會重新進(jìn)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(zhuǎn)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(hù)性能隨著堿濃度的升高而降低，當(dāng)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(dāng)下雨或有水分進(jìn)入的時候，將發(fā)生放熱反應(yīng)，即，該儲罐的底部可能經(jīng)常處于高于80℃的環(huán)境中，這在一定的程度上加劇了化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而增加了腐蝕速率。底部封頭外側(cè)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(shè)計成專用的耐酸堿的防腐涂料，則在一定的溫度下，儲罐內(nèi)外側(cè)的堿液很容易進(jìn)入涂料內(nèi)側(cè)與鋼板直接接觸，產(chǎn)生堿腐蝕甚至導(dǎo)致環(huán)境開裂。在檢驗時，發(fā)現(xiàn)儲罐的油漆也有大面積剝離的現(xiàn)象，分析是儲罐出廠時，底部封頭的表面處理未達(dá)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(nèi)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(yán)重的部位已超過裕量1mm之多。
5問題的處理及預(yù)防
①對于已發(fā)生腐蝕的部位，已要求使用單位將設(shè)備拆卸、發(fā)回原制造廠進(jìn)行封頭更換，并在技術(shù)上要求下部封頭的油漆，應(yīng)設(shè)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(yīng)檢查油漆的致密性；②對儲罐下部的工業(yè)堿性廢料進(jìn)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(hù)系統(tǒng)對儲罐的保護(hù)；④今后的使用過程中，加強(qiáng)對壓力容器的監(jiān)控，如每年年度檢查時，對其進(jìn)行壁厚測定以觀測其腐蝕情況。
6結(jié)束語
壓力容器的管理，貫穿于其設(shè)計、生產(chǎn)、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(zhì)等關(guān)鍵信息同壓力容器生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行技術(shù)交流。此案例中，如果能夠在設(shè)計時將油漆設(shè)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(shè)備發(fā)回制造單位進(jìn)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(rèn)真細(xì)致地檢驗，發(fā)現(xiàn)問題、分析成因，不但避免了更為嚴(yán)重的事故發(fā)生，而且給使用單位生產(chǎn)工藝提出了改進(jìn)意見，最大程度保障了企業(yè)的安全生產(chǎn)，為企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)工藝、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益提供了技術(shù)支撐。
參考文獻(xiàn)
［1］TSG21—2016，固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程［S］.
［2］GB/T30579—2014，承壓設(shè)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(yù)防對策［J］.中國化工貿(mào)易，2018（7）：175-177.
作者：何慶昌 單位：遼寧省本溪市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗所