壓力容器選材需考慮那些因素

第第頁壓力容器選材需考慮那些因素①介質(zhì)組成和濃度。一般隨介質(zhì)濃度增大，腐蝕速率增大，但也不盡如此。如碳鋼和不銹鋼在50%的硫酸中腐蝕最嚴重，而當濃度增大到60%以上時腐蝕速率反而急劇減小。鉛則相反，硫酸濃度越低，腐蝕速率越小，但濃度超過96%時，腐蝕速率增大。不銹鋼在醋酸中的腐蝕速率，以80%～90%最大。鋁和鋁合金在10%～15%的硫氰酸鈉溶液中腐蝕速率最大。對于介質(zhì)的濃度，除了要注意整體濃度還要注意濃度的不均勻問題?；旌衔锪?如有機化合物)中含有的某一種腐蝕性介質(zhì)濃度可能并不高，但是相對于物料中的水則可能是高濃度介質(zhì)；干濕交替環(huán)境會使表面液膜中的腐蝕性介質(zhì)(雜質(zhì))因蒸發(fā)而濃縮，造成局部區(qū)域濃度比本體溶液高許多。選材時，若濃度變動范圍包含腐蝕率突變邊緣，就須特別注意，此時應(yīng)選擇能耐任一濃度的材料。②溶存氧、氧化劑和還原劑。選材時應(yīng)先確定環(huán)境中有無氧化劑或還原劑，這在許多情況下對腐蝕起決定作用。如脫氧銅制成的醋酸提濃塔，由于氧的混入，加速了腐蝕。碳鋼制的二甲基亞砜回收槽也有同樣的情況。如果是強氧化性介質(zhì)，可以考慮采用在氧化劑作用下易鈍化的材料，如不銹鋼、鈦、鋁等；如果是還原性酸，則可以考慮采用某些非金屬材料。③混酸、混液和雜質(zhì)的含量。混酸、混液的腐蝕性與單一組分有所不同。選材時往往只注意工藝介質(zhì)中的重要成分，而忽略其雜質(zhì)的情況時有發(fā)生。而微量雜質(zhì)有時卻是產(chǎn)生腐蝕的重要因素。如含鉬銅的鉻鎳奧氏體不銹鋼制醋酸回收塔，由于醋酸中甲酸含量增大和Cl-的混入，使腐蝕速率急劇上升。微量的氨或NH4CI則會引起銅和銅合金的應(yīng)力腐蝕開裂，CI-造成奧氏體不銹鋼應(yīng)力腐蝕開裂。硫也是一種有害雜質(zhì)，原油中硫含量高，將直接影響煉油設(shè)備使用壽命。如果從工藝角度做一些改變，比如對物料進行凈化，除去對腐蝕影響很大的雜質(zhì)，可能會使腐蝕問題迎刃而解，取得事半功倍的效果。④溫度及溫度分布。選材時應(yīng)了解設(shè)備是處于高溫還是低溫，溫度梯度分布狀況，有無急冷或急熱的熱沖擊。均勻腐蝕或局部腐蝕都有一個臨界溫度。如常溫醋酸可選鋁材，40～70℃應(yīng)選18-10不銹鋼，80-135℃應(yīng)選超低碳含鉬不銹鋼，135℃以上選用鈦材。對溫度劇變設(shè)備，不能用高硅鑄鐵、陶瓷及搪瓷等制造。存在露點腐蝕的設(shè)備，如使用高硫燃料的鍋爐，應(yīng)該把排氣溫度提高到露點(例如150℃左右)以上，可以避免或減緩省煤器的腐蝕。對環(huán)境溫度也要考慮。北方室外溫度較低，不宜選用容易發(fā)脆的聚氯乙烯等塑料。除考慮耐蝕性外，還應(yīng)考慮溫度對強度和剛度的影響。如鋁用于150℃以下，聚氯乙烯和聚乙烯用于60℃以下，氯化聚醚和尼龍用于120℃以下。聚四氟乙烯可用到260℃，天然橡膠只能用到65℃，合成橡膠可用到110-120℃。設(shè)備局部溫度分布與波動也應(yīng)引起重視。如：加熱蒸汽“入口側(cè)”溫度高于介質(zhì)溫度；“加熱盤管表面”溫度高于介質(zhì)溫度；立式冷卻器往往殼程走液體，如果在最頂端沒設(shè)置排氣孔或排氣孔未予以啟用就會造成頂部存在“死氣層”，受傳熱作用，此處的換熱管溫度高于殼程平均溫度；一些間歇操作條件也可能導(dǎo)致溫度上升，如殘留濃硫酸被置換時的放熱反應(yīng)等。與上述局部過熱對應(yīng)，局部溫度較低也會造成所謂的“冷點腐蝕”。其特點是設(shè)備或管道內(nèi)的介質(zhì)溫度高，處于氣相狀態(tài)，對材料的腐蝕性并不大。但是當設(shè)備某些部分表面溫度低于氣體介質(zhì)的露點，氣體介質(zhì)就會形成強腐蝕性的冷凝液，強腐蝕性組分也可能在冷凝液中濃縮。容器或管道的支撐鋼架、接管、支腿、加強筋等處容易形成散熱點，造成局部溫度偏低，所對應(yīng)的內(nèi)壁容易形成冷點腐蝕。⑤pH值。pH值的大小不但會影響到材料的腐蝕速率、腐蝕陰極過程的性質(zhì)，而且對金屬表面膜或腐蝕產(chǎn)物的溶解度也有重要影響。有些金屬材料在某種介質(zhì)中耐腐蝕，是因為恰好處于特定的pH值范圍。⑥水含量對于非水的腐蝕環(huán)境，例如腐蝕性氣體、固體物料、有機物質(zhì)、大氣等，其中水的含量往往對材料的選擇有重要影響。有的環(huán)境，越干燥對某些金屬的腐蝕性越嚴重。如：醇對鋁的腐蝕和酚對低碳鋼的腐蝕，當含有少量水時幾乎不腐蝕，當不含水時腐蝕加??；鈦在濕氯(含水量0.5%)中耐蝕，在干氯氣中(含水量0.5%)非但不耐蝕而且還會起火。相反，有些非水物質(zhì)在干燥時不腐蝕金屬，一旦吸水后就成為強腐蝕性物質(zhì)。如：氯化鎂、氯化鋁一旦吸水，生成強腐蝕性的鹽酸，對許多金屬的腐蝕性很嚴重。水含量的波動也影響腐蝕速率，所謂“干千年，濕百年，不干不濕用半年”說的就是這種現(xiàn)象。⑦應(yīng)力狀況即使是常壓容器，也承受著許多外加機械載荷，壓力容器更承受著內(nèi)外壓力載荷。設(shè)備加工過程會產(chǎn)生不同程度的局部殘余應(yīng)力。這些應(yīng)力會引發(fā)應(yīng)力腐蝕開裂和腐蝕疲勞開裂，選材時要避免此類材料與環(huán)境的組合。對難以避免的情況則應(yīng)采取有效措施消除應(yīng)力。⑧壓力狀況首先，不同的壓力容器對材料的強度、耐蝕性都會有不同的要求。其次，液體飽和蒸汽壓與壓力相關(guān)，所以選材時應(yīng)考慮設(shè)備是處于高壓、低壓還是真空狀態(tài)，是否存在壓力波動或壓力沖擊情況。如：減壓、溶存氧減少，對許多金屬材料提高耐蝕性有利，但對于不銹鋼，除應(yīng)力腐蝕開裂外，還會產(chǎn)生相反的效果。再次，由于壓力變動，從飽和溶液中逸出氣體，往往又成為嚴重侵蝕的原因，這在截斷面變化的管路或減壓閥中不可忽略。⑨流速和攪拌介質(zhì)的流動狀態(tài)會改變金屬的溶解速率，也會改變表面保護膜的穩(wěn)定性以及腐蝕的形態(tài)和機理，所以選材時應(yīng)考慮工藝介質(zhì)流速對腐蝕速率的影響。在擴散控制的腐蝕中，由于氧、硫化氫等的供給隨流速增大，碳銅的腐蝕速率增大。反之，在使用緩蝕劑的情況下，流速增大，緩蝕效果增強，腐蝕速率降低。在高速流動情況下，也有因金屬表面保護膜破壞而引起腐蝕加劇的情況發(fā)生。為防止沉積腐蝕，往往需要有一定的流速。當流體中混入固體顆粒時，要注意避免引起磨損腐蝕。⑩副反應(yīng)和污染選材時還應(yīng)考慮工藝反應(yīng)中是否有其他有害的副反應(yīng)，是否會影響工藝流程、污染產(chǎn)品質(zhì)量、造成催化劑中毒或危及材料的使用。⑩自然環(huán)境。選材時除了注意上述所列設(shè)備及管道內(nèi)的介質(zhì)條件外，還要考慮自然環(huán)境對設(shè)備及材料的影響。如各種工業(yè)大氣、海洋大氣對設(shè)備外部直至內(nèi)部的影響，自然環(huán)境的氣溫與濕度的影響等。工業(yè)區(qū)域大氣的腐蝕性比沙漠地區(qū)可能大50～100倍；鋼鐵在海岸附近的大氣腐蝕速率比在沙漠中大400~500倍。材料性能①耐蝕性不光要考慮材料耐均勻腐蝕性能，也要考慮耐局部腐蝕性能。②力學(xué)性能綜合比較各種力學(xué)性能。有時選擇強度較低但對腐蝕不敏感的金屬材料，可能比選擇不能有效地進行熱處理的金屬材料更合理，因為后者往往對應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞敏感。③物理性能密度(計算腐蝕速率時需要)、熔點、導(dǎo)熱率、線膨脹系數(shù)等也應(yīng)加以考慮。如材料導(dǎo)熱率對換熱設(shè)備效率有很大影響，非金屬材料(石墨除外)導(dǎo)熱性均較差。選用設(shè)備防腐襯里時，應(yīng)考慮基體材料與襯里材料線膨脹系數(shù)的差異。④加工性能為提高耐蝕性能，可以考慮采用特殊的處理方法，如：特種焊接、消除應(yīng)力措施、表面硬化、表面噴涂、密封焊等。但需要注意的是，如果處置不當，任何加工制造方法都有加劇材料腐蝕破壞的可能。材料價格和來源有時材料價格和來源可能成為選材中的決定性因素，但需要經(jīng)過具體核算比較才能予以確定，其中的一些常見因素容易被忽略。例如：某換熱器腐蝕比較嚴重，可以采用雙相不銹鋼或鈦換熱管。雙相不銹鋼與鈦的市場價格是變化的，不變的是材料的耐蝕性與材料的密度。此時的鈦換熱管規(guī)格為251.5，雙相不銹鋼換熱管規(guī)格為252.5；鈦材密度為4.51kg/cm3，雙相不銹鋼密度為7.70kg/cm3、材料按質(zhì)量記價，鈦材與雙相不銹鋼質(zhì)量之比為：(1.5/2.5)(4.51/7.70)1/3、參照兩種材料的市場