液氨儲罐的腐蝕與防護

1、 銀 川 能 源 學(xué) 院 過程設(shè)備腐蝕與防護腐蝕分析報告 院 系 石油化工學(xué)院 專業(yè)班級 過控1301班 報告題目 液氨儲罐的腐蝕與防護 學(xué)生姓名 尹仁杰 學(xué)生學(xué)號 指導(dǎo)老師 王斌 上交時間 2016.11.30 審 閱 人 目錄1.液氨儲罐的危害12.液氨的性質(zhì)13.液氨儲罐的腐蝕特征14.液氨儲罐腐蝕分析15.影響腐蝕的原因25.1與空氣接觸25.2 應(yīng)力腐蝕25.3 溫度因素36.腐蝕發(fā)生的部位37.腐蝕防護方法37.1應(yīng)力腐蝕防護37.2大氣腐蝕防護47.3其他方面防護48.結(jié)論5液氨儲罐的腐蝕與防護摘 要氨是一種重要的化工產(chǎn)品和工業(yè)原料,廣泛應(yīng)用于煉油、化工、農(nóng)業(yè)、制藥、制冷等工業(yè)。

2、為便于儲存和運輸,合成氨廠生產(chǎn)的產(chǎn)品氨通常是將氨氣加壓或降溫處理成液氨,液氨儲罐作為一種特殊的壓力容器,在這些行業(yè)也廣泛使。關(guān)鍵詞液氨儲罐 腐蝕防護1.液氨儲罐的危害液氨儲罐作為一種特殊的壓力容器在合成氨廠中使用十分廣泛。多年來的實踐發(fā)現(xiàn),液氨儲罐很少發(fā)生強度破壞,大多數(shù)是由腐蝕裂紋引起的腐蝕破壞。液氨儲罐容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕，將會導(dǎo)致儲罐爆炸。2.液氨的性質(zhì) 氨作為化工產(chǎn)品集工業(yè)原料, 廣泛應(yīng)用工業(yè)之中，氨無色氣體，有特異的刺激臭味，易于液化，在 20下 891 k Pa 即可發(fā)升液化，并放出大量的熱；在溫度變化時，液氨體積變化系數(shù)很大，液氨相對密度 0.771，液氨的熔點為-77.7 ，沸點為

3、-33.35 ，液氨臨界溫度132.44 ，液氨蒸氣相對密度達(dá)到 0.597。3.液氨儲罐的腐蝕特征通過對各類液氨儲罐的開罐檢查發(fā)現(xiàn),儲罐內(nèi)表面焊縫區(qū)的腐蝕裂紋比較嚴(yán)重,且多數(shù)出現(xiàn)在環(huán)焊縫上,裂紋斷口沒有塑性變形,呈現(xiàn)出典型的脆性裂紋特征。裂紋多數(shù)為淺而長的表面裂紋,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(yán)重。磁粉檢測發(fā)現(xiàn),焊縫裂紋呈樹枝狀,主干裂紋多呈線性,分支較短,端部較尖銳,根部稍寬。4.液氨儲罐腐蝕分析儲罐里面的液氨是經(jīng)過加壓或降溫而轉(zhuǎn)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

4、作壓力隨氣候變化而波動。壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程規(guī)定,無保溫或保冷、盛裝低壓液化氣體的常溫儲罐,設(shè)計溫度均取50 ,最高工作壓力取所裝介質(zhì)在50時的飽和蒸氣壓力。而廣東地區(qū)夏天的最高室溫一般不會超過40 , 40下氨的飽和蒸氣壓為1.55MPa,通常操作壓力為0.81.2MPa,故儲罐一般不會因超載而發(fā)生強度破壞。由于液化氣的膨脹系數(shù)非常大,為水的數(shù)十倍,如果液體充滿儲罐,儲罐內(nèi)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1.316 1.875MPa,溫度只要升高3 5 ,儲罐就會因嚴(yán)重超載而爆炸。因此,壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)

5、程規(guī)定了儲罐在不同充液溫度下的裝量系數(shù),以保證儲罐內(nèi)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、排料及檢修等過程中,也會受到空氣的污染,儲罐焊縫處存在由于操作壓力引起的拉應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力。在拉應(yīng)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(yīng)力腐蝕破壞。5.影響腐蝕的原因5.1與空氣接觸設(shè)備、管道的焊接質(zhì)量、連接閥門、法蘭、墊片、螺紋連接的安裝質(zhì)量問題，以及設(shè)備密封裝置的損壞，儲罐在投進(jìn)使用前抽氣不完全,使空氣摻雜在里面；內(nèi)部介質(zhì)的熱響應(yīng)，液相溫度未達(dá)到飽和溫度為過冷狀態(tài)， 熱量由儲罐內(nèi)壁傳入后液體會沿容器壁面上升，與過冷液體混合。 同時，在液氨

6、充裝、排料及檢驗等過程中, 也會受到空氣的污染, 儲罐焊縫處存在由于操縱壓力引起的拉應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力。在拉應(yīng)力狀態(tài)下,碳鋼在被空氣污染的液氨環(huán)境中很輕易發(fā)生應(yīng)力腐蝕破壞。5.2 應(yīng)力腐蝕空氣中的O2、CO2、N2都會促進(jìn)液氨對罐壁材料的腐蝕。不論是在氣相或液相中,氨、O2和N2與碳鋼或低合金鋼組成了應(yīng)力腐蝕環(huán)境, 產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕(SCC)。其腐蝕的機理為:在含O2的液氨中,鋼表面吸附O2形成氧膜,這使腐蝕電位保持在正值,當(dāng)材料受拉力產(chǎn)生應(yīng)變后,膜被破壞,暴露出來的新鮮表面(滑移階)與氧膜的金屬表面組成微電池,產(chǎn)生快速溶解。在沒有其他雜質(zhì)存在時, O2能在裸露金屬表面上再成膜,抑制應(yīng)力腐蝕的產(chǎn)生

7、;而當(dāng)液氨中同時溶有N2時,由于N2與O2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(yīng)力腐蝕斷裂敏感性。上述有關(guān)應(yīng)力腐蝕的條件,只要缺任何一種,應(yīng)力腐蝕均不能發(fā)生。而空氣中的CO2則會導(dǎo)致全面腐蝕,其腐蝕機理為: 陰極反應(yīng)公式： O2+ 2NH4+ 4e-OH-+ 2NH3陽極反應(yīng)公式： 2Fe2Fe2+ 4e-整個反應(yīng)公式： O2+ 2NH4+ 2Fe-2Fe2+ 2OH-+ 2NH 在液氨儲罐內(nèi)有 CO2氣體共存時, 則將會生成碳酸銨，2NH3+ CO2-NH4CO2NH2NH4CO2NH2-NH4+ NH2CO2-在該反應(yīng)中，碳基甲酸氨對液氨儲罐的碳鋼會產(chǎn)生強

8、烈腐蝕作用,加劇腐蝕破壞。 在含 O2液氨之中,由于鋼表面會吸附 O2，從而將會形成氧化膜, 為此導(dǎo)致腐蝕電位為正值, 當(dāng)儲罐材料在受到拉力變形后，膜就會被破壞,導(dǎo)致新鮮暴露的表面與氧產(chǎn)生溶解。5.3 溫度因素儲存溫度也會對應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生影響, 0以上常溫操縱的儲罐,液氨儲罐易發(fā)生應(yīng)力腐蝕，同時，對于液氨儲罐的應(yīng)力腐蝕，在溫度因素影響下，也會形成液氨儲罐發(fā)生電化學(xué)腐蝕的過程，液氨儲罐溫度的升高，有助于液氨儲罐腐蝕進(jìn)行，低溫液氨儲罐在儲存中，液氨氧含量會不斷蒸發(fā)減少，而常溫液氨儲罐中，其液氨中氧含量也不會降低，故此，也會加劇液氨儲罐腐蝕的發(fā)生。6.腐蝕發(fā)生的部位應(yīng)用液氨儲罐儲存和運輸氨， 還將會面

9、臨液氨儲罐腐蝕風(fēng)險，并且對液氨儲罐檢驗發(fā)現(xiàn), 儲罐很少會發(fā)生強度破壞, 大多是由腐蝕裂紋引起的腐蝕破壞。 內(nèi)、外介質(zhì)腐蝕，容器壁厚減薄，外壁受大氣的腐蝕作用，內(nèi)壁為氨腐蝕。 液氨儲罐內(nèi)的表面焊縫區(qū)，其腐蝕裂紋較為嚴(yán)重,呈現(xiàn)出脆性裂紋特征；裂紋多數(shù)為淺長表面裂紋,在手工電弧焊引弧處裂紋更嚴(yán)重。7.腐蝕防護方法7.1應(yīng)力腐蝕防護由于SCC發(fā)生的三個基本條件是敏感材料、特定環(huán)境和拉應(yīng)力，所以影響SCC的因素 有冶金、環(huán)境和應(yīng)力三個方面。因此，有效的防護方法就是消除這三個方面一切有害的因素。(1)材料選擇。實踐證明,材料強度越高,發(fā)生應(yīng)力腐蝕的可能性越大。但不發(fā)生應(yīng)力腐蝕的最低強度限與雜質(zhì)含量及特性、

10、應(yīng)力大小、操作速度等因素有關(guān)。為了防止應(yīng)力腐蝕,在綜合考慮操作壓力、殘余應(yīng)力以及安全性和經(jīng)濟性的情況下,應(yīng)盡可能選用強度較低的鋼材。(2)采用合理的結(jié)構(gòu)和焊接工藝。結(jié)構(gòu)上應(yīng)避免焊縫過多、過于集中、焊縫不對稱、焊縫交叉和焊接順序不合理等造成的應(yīng)力集中。制造時應(yīng)避免強力組焊,防止咬邊、錯邊等缺陷,并保證與介質(zhì)接觸的表面盡量光滑。制造完成后,應(yīng)進(jìn)行退火熱處理以去除焊后殘余熱應(yīng)力。正確的焊后熱處理可以大大降低制造過程中的殘余應(yīng)力,并可以降低焊接熱影響區(qū)的峰值硬度。(3)對投入使用前的新儲罐。應(yīng)徹底清除里面的空氣;在充裝、排料及檢修等過程中,采取一定的措施避免帶進(jìn)任何空氣。對大型儲罐應(yīng)連續(xù)冷凝氨蒸氣,而

11、不凝氣體大部分是空氣,應(yīng)將其排出。對較小的設(shè)備用抽氣或蒸騰除去儲罐里面的空氣。總之,消除儲罐里面的空氣污染,可以有效地防止應(yīng)力腐蝕。(4)新投用的儲罐,應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行內(nèi)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(yīng)重點檢驗;對液面以下所有焊縫應(yīng)進(jìn)行100%磁粉或超聲波探傷,若條件允許,應(yīng)對所有焊縫進(jìn)行100%磁粉探傷。對檢驗出的裂紋應(yīng)進(jìn)行評估。因應(yīng)力腐蝕界限斷裂韌度JISCC大約只有材料常規(guī)斷裂韌度W0.05的1/5,所以應(yīng)根據(jù)斷裂力學(xué)判據(jù)對裂紋進(jìn)行安全等級評估,并給出處理意見及下次檢驗時間。對于不超過1/4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

12、械消除,但要嚴(yán)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(yīng)先預(yù)熱加溫以防止焊接硬化,焊接時宜采用低氫焊條,焊后進(jìn)行探傷復(fù)查,并進(jìn)行去應(yīng)力處理。(5)定期檢測液氨濃度和含水率。發(fā)現(xiàn)水分低于臨界濃度應(yīng)及時補充水分,使含水率始終保持在0.2% 1%的范圍。另外,還可加入其它抑制劑,如加入100g/g的冷凍機油或5g/g菜籽油或10 50g/g的硅油作為應(yīng)力腐蝕抑制劑,都可有效地抑制液氨引起的應(yīng)力腐蝕。7.2大氣腐蝕防護大氣防護一般從材料，鍍層和環(huán)境入手，由于前面已經(jīng)選定了材料，但是環(huán)境一般不好改變，因此只能從鍍層下手了。做好表面處理工作，應(yīng)該先去除油污再除銹，將設(shè)備附著物以及

13、其它雜質(zhì)沖洗干凈，并且對于油污部位采用丙酮、乙醇等有機溶劑進(jìn)行擦拭。 采用防腐涂料，在配置中，應(yīng)先預(yù)熱備到 60到 80左右，在稱量中也一定要注意做到細(xì)致準(zhǔn)確，多次混合涂料，確保涂料的黏度。高分子復(fù)合修復(fù)材料，具有超強的粘著力，可以避免機械加工，也不會受到無補焊熱應(yīng)力熱的影響，在涂料配置中應(yīng)該確保和料時間在五分鐘以上，確保涂料的使用質(zhì)量。7.3其他方面防護7.3.1 保溫處理可以液氨儲罐定期進(jìn)行相應(yīng)的保溫處理，使液氨能夠在低溫下儲存，這樣可以減少氧的含量；并且，還需清除儲罐內(nèi)的空氣，減少氧及其它氣體， 避免儲罐發(fā)生空氣污染, 從而能夠有效防止液氨儲罐發(fā)生應(yīng)力腐蝕。7.3.2提升焊接工藝采用合理焊接工藝，避免焊縫過多且過于集中，避免強力組焊，同時防止咬邊，保證接觸表面光滑，并且進(jìn)行正