防止压力容器缝隙腐蚀

缝隙腐蚀主要是由于缝隙的存在，导致介质的电化学不均匀性引起的。本文从一起压力容器缝隙腐蚀破坏事故谈起，从腐蚀机理、设计结构、使用管理、定期检验等方面，对其原因进行分析，并提出相应缝隙腐蚀破坏的预防措施。

江苏省扬州市一家工业气体有限公司的乙炔厂，建成投运于1989年5月，历次在用压力容器定期检验，以及在用设备巡回检查中，在用压力容器一直未见异常。但是，最近进行的一次在用压力容器定期检验，发现该公司乙炔生产系统中的4台高压干燥器的相同部位，都存有不同程度的大面积腐蚀情况。

4台高压干燥器均为同一压力容器制造单位生产，设计压力9.98MPa，设计温度150℃，腐蚀裕度2mm，筒体材质为20#无缝管，壁厚16.0mm，材质为碳素结构钢；上封头为平盖，壁厚34.0mm；下封头为椭圆形封头，壁厚16.0mm；内直径为161.7mm，使用温度60℃，使用压力2.5 MPa，介质为乙炔；支撑为位于容器上部宽70mm两半圆钢板夹持固定的支撑。

自高压干燥器使用以来，历次在用压力容器定期检验和设备维修保养过程中，从未对钢板夹持支撑进行过拆卸。本次定期检验时，发现其中一只容器的钢板夹持支撑已有不同程度的腐蚀破损，从破损处对夹持部位锈蚀的筒体进行清理时，发现夹持支撑覆盖下的筒体腐蚀更为严重。因此，决定拆除夹持支撑钢板进行进一步检查。

在4台高压干燥器的筒体外表面，距离上环缝100mm处以下，约70mm宽的支撑处被两半圆钢板夹持并覆盖，此处充满凹凸不平的黑色腐蚀层，局部有大面积隆起的腐蚀产物。进一步清理腐蚀层后，发现有5～8mm不同深度的环形腐蚀坑。经现场检验，判定为缝隙腐蚀造成的局部大面积腐蚀损伤。

腐蚀机理

金属的腐蚀

金属在外界环境影响下常遭受化学和电化学的作用，从而引起腐蚀失效，因此，腐蚀失效现象是普遍存在的。由于材料表面与环境介质发生化学或电化学反应，引起材料的破坏或变质称为材料的腐蚀。腐蚀的分类方法很多，常见的有以下几种分类方法。

根据腐蚀反应的机理，分为化学腐蚀和电化学腐蚀；根据腐蚀的环境，分为大气腐蚀、水和蒸汽腐蚀、土壤腐蚀、化学介质腐蚀等。

根据腐蚀的形态，总体上可分为两大类：均匀腐蚀和局部腐蚀。局部腐蚀又分应力腐蚀破裂、点蚀、晶间腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀及冲刷腐蚀（磨损腐蚀）、选择性腐蚀、氢损伤和腐蚀疲惫等。其中，局部腐蚀主要局限于微小区域中，腐蚀速度通常要比均匀腐蚀大得多，而且难以发现，常常是突发性和灾难性的，可能引起各类事故。因此它的危害要比均匀腐蚀大得多。局部腐蚀破坏约占腐蚀破坏的70%。

缝隙腐蚀

在腐蚀介质中的金属材料，由于金属与金属或金属与非金属之间存在特别小的缝隙，造成缝内介质处于滞流状态而发生的一种局部腐蚀形态，称为缝隙腐蚀。缝隙腐蚀一开始就在缝隙条件下受闭塞电池的作用，由于几何形状的限制或腐蚀产物的覆盖，腐蚀介质的扩散受到了很大限制，从而形成了局部平衡的“闭塞电池”。同时，在闭塞电池的内部，介质成分与整体介质有很大差异，这种介质的不均匀性导致了缝隙腐蚀。从电极电位来看，发生和发展缝隙腐蚀的电极电位比较低。

腐蚀原因分析

腐蚀环境分析

该压力容器使用单位为乙炔生产企业，使用碳化钙（电石）水解生成乙炔的工艺生产乙炔。生产乙炔的电石中含有少量硫化钙、砷化钙、磷化钙等物质，跟水作用时生成硫化氢、砷化氢、磷化氢等有特殊气味的气体。因而，压力容器使用环境中含有一定的硫化氢、磷化氢、砷化氢等介质。同时，该单位靠近京杭大运河长江入水口附近，周围空气相对湿度较大，每年的梅雨季节空气尤为潮湿，为缝隙腐蚀创造了外部条件。

腐蚀成因分析

为了支撑容器的重量，位于容器上部、宽70 mm两半圆钢板夹持固定的支撑，与容器筒体外表面之间连接较为紧密（一般发生缝隙腐蚀的敏感缝隙宽度是在0.025～0.1mm范围），并且容器长期在室内运行，周围空气相对湿度较大，缝隙内介质停滞难以流动，因此极易形成潮湿的水膜。同时，空气中含有一定量的酸性介质，在这层水膜中，形成电解质溶液。这样一来，就在缝隙间的金属表面形成一种微电池，也称腐蚀电池，从而产生电化学腐蚀。

防范措施

缝隙腐蚀，主要是由于缝隙的存在，导致介质的电化学不均匀引起的。所以，对于缝隙腐蚀的防止，主要应做好以下防范措施。

合理进行结构设计，避免缝隙。在设备、部件的结构设计上，应尽量避免形成缝隙和滞流区。对于支座垫板等元件，用连续焊代替点焊、铆接或螺栓连接等结构。

对于设计无法避免缝隙时，可以在接合面上涂上加有缓蚀剂的油漆予以保护，延缓缝隙腐蚀；根据使用情况，选用合适的材料。对于某些重要的部件，可以改用抗缝隙腐蚀能力较强的材料，减轻缝隙腐蚀损伤；在使用中，对可拆卸的无法避免的缝隙部位，定期拆卸，对缝隙处进行清理维护；在压力容器定期检验中，对有可能产生缝隙腐蚀的部位，应认真进行检验，防止因漏检造成缝隙腐蚀破坏。（图片来自互联网）

编辑 韩 颖

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