反應(yīng)釜在精細(xì)化工生產(chǎn)中是最為常見的設(shè)備，由于反應(yīng)釜選材不當(dāng)、操作不當(dāng)、設(shè)備故障等原因造成的安全生產(chǎn)事故也時(shí)有發(fā)生，其中設(shè)備腐蝕造成的危害最為突出。腐蝕主要與設(shè)備選材與工況環(huán)境有著密切的關(guān)系，反應(yīng)釜常用的材料有碳錳鋼、不銹鋼、合金鋼和復(fù)合材料。受工況環(huán)境的限制，工況條件苛刻的反應(yīng)釜以碳錳鋼、不銹鋼和搪玻璃最為常見，其他襯瓷板、襯PE以及防腐涂層的設(shè)備常用于常壓及弱酸性腐蝕環(huán)境中。在這里有著20多年反應(yīng)釜生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的金宗企業(yè)和大家分享碳錳鋼、不銹鋼和搪玻璃三種材質(zhì)設(shè)備的腐蝕及預(yù)防措施。
一、碳錳鋼
1.孔腐蝕
1.1孔腐蝕原因：孔蝕是在金屬上產(chǎn)生小孔的一種極為局部的腐蝕形態(tài)，也是破壞性和安全隱患最大的腐蝕形態(tài)之一．它是一種局部的和劇烈的腐蝕形態(tài)，在局部形成一個(gè)或一些小孔，一般孔徑小于孔深，由于小孔向縱深發(fā)展因而易使金屬穿孔。小孔腐蝕是一種獨(dú)特類型的陽極反應(yīng)過程，屬于一種自腐蝕—酸化過程，即在腐蝕孔的內(nèi)部因?yàn)楦g發(fā)生而形成的環(huán)境既能促進(jìn)又能保持腐蝕進(jìn)程的不斷深入。
對(duì)于反應(yīng)釜上部氣相部位的金屬表面，介質(zhì)是以氣液二態(tài)形式共存的，即附著在金屬表面上有液滴和氣態(tài)的介質(zhì)，它們的流動(dòng)性相對(duì)較差，其中液滴更容易粘附．液滴中的高濃度腐蝕介質(zhì)使金屬表面的鈍化膜遭到破壞．在其遭到破壞的區(qū)域，金屬表面與液滴中活性離子接觸形成腐蝕的起始點(diǎn)，即形成初始腐蝕坑，隨著時(shí)間的推延，逐漸形成腐蝕狀況．當(dāng)pH值增高時(shí)，出現(xiàn)高度局部孔蝕(呈加速趨勢(shì))，它是陽極反應(yīng)的一種獨(dú)特形態(tài)，是一種自催化過程，在蝕孔內(nèi)腐蝕過程產(chǎn)生的條件既促進(jìn)又足以維持蝕孔的活性．
在氯離子介質(zhì)環(huán)境中，蝕孔內(nèi)高濃度的氯化物水解，其結(jié)果會(huì)產(chǎn)生高濃度的氫離子．這兩種離子都足以促進(jìn)大多數(shù)金屬和合金的溶解，微小鈍化膜破損暴露的金屬表面成為陽極，未破損處成為陰極，陽極電流高度集中，使腐蝕迅速向內(nèi)發(fā)展形成蝕孔，通過自身的促進(jìn)作用，蝕孔快速生長(zhǎng)．因此，介質(zhì)易滯留的部位是孔蝕的多發(fā)區(qū)．對(duì)于上部的氣相空間，因?yàn)槠湟曠R和人孔部位等接管本身擁有一定的非流通空間，孔蝕多發(fā)于此。氫離子和氯離子可以在此處有較長(zhǎng)時(shí)間的滯留，從而產(chǎn)生劇烈的孔蝕．隨著蝕孔的加深，其介質(zhì)濃度越來越高，滯留時(shí)間越長(zhǎng)，腐蝕速率也越快．
1.2孔蝕預(yù)防措施
1)應(yīng)充分考慮反應(yīng)釜設(shè)計(jì)上的結(jié)構(gòu)合理性及其選材適用性。在結(jié)構(gòu)上，應(yīng)盡量減少易滯留腐蝕介質(zhì)的空間，同時(shí)增加介質(zhì)的流動(dòng)性．特別是水平面上的封閉式接管，如人孔等，這些管孔盡量設(shè)計(jì)在垂直的表面上．深入反應(yīng)釜內(nèi)的接管部分容易形成流通死角，介質(zhì)相對(duì)靜止，介質(zhì)蒸氣里在上封頭冷凝形成液滴倒掛在容器壁上，形成了一個(gè)局部腐蝕環(huán)境，液滴中活性離子在此表面附著，形成了一個(gè)孔蝕起始點(diǎn)，之后孔蝕逐漸發(fā)展．
2)在各金屬的連接處，應(yīng)加工得更光滑圓潤(rùn)些，如情況允許，可經(jīng)鈍化處理，從而使得致密的鈍化膜能更有效地防止腐蝕．
3)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上避免夾套和內(nèi)筒體積液，夾套最低處設(shè)施排水口，在設(shè)備停用時(shí)排盡循環(huán)水。
2.應(yīng)力腐蝕開裂
2.1應(yīng)力腐蝕開裂的原因
材料或零件在應(yīng)力和腐蝕環(huán)境的共同作用下引起的開裂稱為應(yīng)力腐蝕開裂，這是應(yīng)力與腐蝕聯(lián)合作用的結(jié)果。應(yīng)力產(chǎn)生有兩種情況，一種是反應(yīng)釜封頭在沖壓成型的過程中，由于冷加會(huì)形成不均勻的塑性變形，從而產(chǎn)生冷加工殘余應(yīng)力．內(nèi)表面受拉，外表面受壓．加工硬化使材料塑性降低，而此時(shí)的殘余應(yīng)力將對(duì)封頭的脆斷傾向、疲勞壽命及應(yīng)力腐蝕開裂產(chǎn)生較大的影響，尤其是對(duì)奧氏體不銹鋼，還將使其耐晶間腐蝕的性能降低．另一種是焊接應(yīng)力，焊管焊接應(yīng)力按其產(chǎn)生原因可分為溫度應(yīng)力、相變應(yīng)力和殘余應(yīng)力。
溫度應(yīng)力：就高頻直縫焊管而言，溫度應(yīng)力包括縱向溫度應(yīng)力與橫向溫度應(yīng)力兩類。
(1)縱向溫度應(yīng)力：又稱縱向熱應(yīng)力，與焊縫方向平行，是由管體焊接時(shí)受熱不均和焊后冷卻不均引起的，故焊管縱向熱應(yīng)力有兩種表現(xiàn)形態(tài)，一是焊接熱應(yīng)力，二是冷卻熱應(yīng)力。
(2)橫向溫度應(yīng)力。在焊縫冷卻過程中，還要受橫向溫度應(yīng)力作用，其方向與焊縫垂直，當(dāng)焊縫部位急速冷卻時(shí)，必然欲橫向收縮，可是，母材以及成型橫向殘余應(yīng)力必然會(huì)阻止這種收縮，因而焊縫部位就受到橫向拉應(yīng)力作用，焊縫附近部位則受到橫向壓應(yīng)力作用。作為例證，我們可以將焊管沿焊縫熔合線切開，則立刻可見部位的縫隙陡增。
相變應(yīng)力：金屬材料受熱焊接和冷卻時(shí)，焊縫部位的金屬會(huì)發(fā)生相變，體積會(huì)發(fā)生膨脹或縮減，而周圍金屬會(huì)阻礙其體積發(fā)生變化，這樣在金屬內(nèi)部就產(chǎn)生了應(yīng)力，并稱之為相變應(yīng)力。如在焊管焊縫形成與冷卻過程中，焊縫部位至少會(huì)發(fā)生“固相→液相→固相”的變化，其間必然要產(chǎn)生相應(yīng)的相變應(yīng)力。
殘余應(yīng)力：在設(shè)備焊接過程和冷卻過程中，其所產(chǎn)生的的內(nèi)應(yīng)力超過管材屈服極限時(shí)，焊縫部位發(fā)生塑性變形;當(dāng)焊管整體溫度恢復(fù)到原始溫度后，就產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力并殘存于管體中，這個(gè)新的內(nèi)應(yīng)力就是殘余應(yīng)力;與殘余應(yīng)力相對(duì)應(yīng)的是殘余應(yīng)變。如在冷卻水套中的焊管，離開擠壓輥和定徑輥的束縛后，管體就會(huì)沿焊縫方向向上翹曲;而焊管沿焊縫方向向上翹曲的形態(tài)說明，焊縫部位存在較大的殘余縱向壓應(yīng)力，焊縫背面存在較大的殘余拉應(yīng)力，并且，殘余壓應(yīng)力大于殘余拉應(yīng)力。
在壓力反應(yīng)釜使用中，應(yīng)力腐蝕開裂的危害尤為突出，容易發(fā)生重大事故。
2.2 應(yīng)力腐蝕開裂的預(yù)防措施
防腐蝕措施：
1)去除夾套或改善夾套結(jié)構(gòu)．由于腐蝕是在夾套內(nèi)腐蝕介質(zhì)形成積液，而且長(zhǎng)時(shí)間未被排盡，因此可去除夾套，改用內(nèi)置式盤管，或改善夾套結(jié)構(gòu)，在夾套最低處開設(shè)排污口，從而有利于積液的排除．
2)嚴(yán)格控制夾套冷卻水離子濃度，加大循環(huán)水排污的頻次，控制氯離子濃度應(yīng)小于25 mg／L．
消除應(yīng)力措施：
(1)退火：包括焊縫局部退火與設(shè)備整體退火兩種，前者能夠大幅度消除焊縫縱、橫向應(yīng)力，后者則能夠完全消除設(shè)備生產(chǎn)過程中殘存于管體內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力，效果最好，但后者成本高。
(2)時(shí)效：將設(shè)備加工完成后在室溫下放置一段時(shí)間，設(shè)備的內(nèi)應(yīng)力會(huì)慢慢實(shí)現(xiàn)自我平衡，此為自然時(shí)效。自然時(shí)效一大弊端就是耗時(shí)長(zhǎng)、占地廣，這時(shí)可考慮振動(dòng)時(shí)效進(jìn)行處理。
二、搪玻璃釜
1.1腐蝕原因
搪玻璃反應(yīng)釜在反應(yīng)釜內(nèi)筒體燒制一層搪瓷保護(hù)層，搪玻璃保護(hù)層能有效防護(hù)反應(yīng)釜不被介質(zhì)腐蝕，但受介質(zhì)環(huán)境變化，使用工況條件以及外力影響往往容易導(dǎo)致搪玻璃損壞，進(jìn)而導(dǎo)致反應(yīng)釜本體失去保護(hù)而腐蝕。主要有以下幾種原因：
1）安裝過程中配裝和不正確安裝方式導(dǎo)致搪玻璃襯里破損，在接觸腐蝕性物料后，介質(zhì)與設(shè)備本體金屬表面接觸腐蝕。
2）反應(yīng)釜投料過程中，操作不當(dāng)，固體物料碰撞導(dǎo)致攪拌和內(nèi)筒體搪玻璃脫落。
3）反應(yīng)釜制造缺陷，搪玻璃層面呈現(xiàn)針眼或?qū)щ娍祝g物料從針眼進(jìn)入，加速基體的腐蝕。
4）操作不當(dāng)，急冷急熱，搪玻璃和設(shè)備本體熱脹冷縮不均勻?qū)е绿虏Ａ撀涓g。
5）攪拌等傳動(dòng)部件安裝不到位，局部擠壓導(dǎo)致搪玻璃脫落，造成腐蝕。此情況多發(fā)生于上封頭攪拌孔和攪拌軸上。
1.2預(yù)防措施
1）安裝搪玻璃設(shè)備應(yīng)采取一定的保護(hù)措施，防止磕碰；
2）搪玻璃在出廠前應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量檢查，確保搪玻璃層完好無缺性；在安裝過程中特別注意在上封頭焊接施工應(yīng)采取保護(hù)措施，防止焊渣落入設(shè)備中，搪瓷局部高溫爆瓷。
3）搪玻反應(yīng)釜使用中應(yīng)注意防止硬物落入反應(yīng)釜中，發(fā)生磕碰；
4）搪玻璃不耐強(qiáng)堿腐蝕，使用上應(yīng)注意介質(zhì)PH值，建議堿性條件下溫度控制在70-80度，PH值控制在10左右；
5）在使用中應(yīng)避免設(shè)備極冷急熱，高低溫反應(yīng)建議分開設(shè)置避免同釜操作；
6）在設(shè)備安裝中應(yīng)注意，保證設(shè)備水平和攪拌軸的垂直度，避免攪拌與反應(yīng)釜軸孔磕碰脫瓷。
三、不銹鋼反應(yīng)釜
1.1腐蝕原因
1）全面腐蝕：這種類型的腐蝕通常均勻地發(fā)生在與腐蝕性介質(zhì)接觸的整個(gè)金屬表面。主要是由于不銹鋼的性能不足以抵抗化學(xué)溶液的腐蝕，也就是選材不當(dāng)造成。
2）晶間腐蝕：這種形式的腐蝕最典型實(shí)例是焊接區(qū)晶間腐蝕。在金屬焊接處開始破裂并呈龜裂紋樣。奧氏體在焊接中被加熱到450-900°C時(shí)，晶間內(nèi)的鉻容易與碳一起沉淀出來形成碳化鉻。由于碳和鉻的親和力很大，要占用含碳量17倍的鉻形成碳化物，從而顯著降低不銹鋼的耐腐蝕性。
3）應(yīng)力腐蝕裂紋：應(yīng)力腐蝕裂紋在一定的腐蝕性成分及適當(dāng)?shù)臏囟葪l件，在受到應(yīng)力時(shí)或者殘余的拉伸應(yīng)力作用時(shí)，容易在不銹鋼表面產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的風(fēng)險(xiǎn)。主要是大部分高溫設(shè)備的內(nèi)表面在加工制造后尚有一些殘余內(nèi)應(yīng)力。氯化物、燒堿溶液及硫酸鈉、含有一定氯離子含量的自來水都是工業(yè)上常用的溶劑，也是不銹鋼的常見“殺手”。不高于60°C的氯化鈉溶液就足以在應(yīng)力區(qū)域引起裂紋，而燒堿溶液中只需要20%的氫氧化鈉溶液在130°C便可促使裂紋出現(xiàn)。
4）點(diǎn)腐蝕：點(diǎn)腐蝕是在不銹鋼材料與腐蝕介質(zhì)直接接觸的情況下，最為常見的腐蝕類型，因此也是反應(yīng)釜設(shè)備最為常見的腐蝕類型。它總是始于有氯元素存在的100°C以上溫度中不銹鋼鈍化膜的細(xì)小破損。一旦在不銹鋼表面形成點(diǎn)腐蝕，隔絕了氧與金屬的接觸，阻止了鉻的再鈍化。然后腐蝕就迅速擴(kuò)散到不銹鋼內(nèi)部，點(diǎn)隨之慢慢擴(kuò)大，如果不加以控制，就是演變?yōu)槿娓g。只要在130°C時(shí)，多達(dá)0.1克/升的氯化鈉，點(diǎn)腐蝕就會(huì)在316不銹鋼上發(fā)生。
1.2 腐蝕預(yù)防控制措施
1）不同牌號(hào)的不銹鋼其耐腐蝕性能也各有差異，在設(shè)計(jì)中應(yīng)合理選材，科學(xué)的根據(jù)介質(zhì)的腐蝕特性選擇適用的牌號(hào)；
2）設(shè)備加工和使用前進(jìn)行應(yīng)力消除，同時(shí)在使用時(shí)控制工況溫度；
3）嚴(yán)格控制環(huán)境氯離子濃度，如循環(huán)水中的氯離子濃度；
針對(duì)上述設(shè)備，還應(yīng)該注意使用過程中的定期檢查。使用單位應(yīng)根據(jù)設(shè)備的工況條件，檢維修情況，設(shè)備完整性進(jìn)行綜合評(píng)估，制定一個(gè)符合設(shè)備實(shí)際情況的檢查周期，定期進(jìn)行檢查。通過外觀檢查和儀器檢查及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，及時(shí)處理，避免更大的安全事故發(fā)生。
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