石油化工静设备应力腐蚀开裂成因与防护

钟锋(九江检安石化工程有限公司，江西 九江 332004)

0 引言

石油化工产业作为我国经济发展的支柱产业，在生产过程中常会涉及到具有腐蚀性的介质，因此各种设备将会产生一定的腐蚀现象。其中，最为严重的腐蚀现象之一就是基于应力存在的腐蚀，其占据我国石油化工设备总腐蚀问题数量的50%。平均每年基于应力腐蚀下造成的成本损失严重，因此需要积极加强应力腐蚀问题的重视程度，采取相应的解决措施实施必要的防护，进而促使石油化工产业始终以较好的经济效益促进社会总经济水平的发展。

1 应力腐蚀开裂概述

应力腐蚀一般情况下是指在石油化工生产当中应用到的静设备，受到外界的拉伸应力变化影响或是特定介质腐蚀等，促使设备当中的合金部分由于不稳定的金属结构遭受腐蚀破坏从而出现脆断现象。结合实际当中发生应力腐蚀的静设备实际应用状况，发生应力腐蚀变化之后，其中的金属以及合金等受到腐蚀介质的影响，难以形成电子保护作用，促使设备整体的强度受损，严重影响到其实际的应用性能。如若静设备的金属受到的应力为拉应力，则促使其金属的屈服强度也随之降低，进而促使静设备难以保持原有的屈服强度，在出现任何环境变化因素影响时将会呈现出相对更加严重的破坏。且这样的破坏无预兆，无明显的预先变形问题[1]。并且由于在石油化工应用当中的静设备出现应力腐蚀问题后出现的开裂现象大多数为脆性断裂问题，因此开裂现象延续之后将会出现明显的晶界分支扩展裂纹以及晶粒扩展裂纹。石油化工作业环境当中的静设备由于其主要的构成部分就是金属与合金，并且在运转过程当中基于高温高压环境以及运转中产生的强应力拉伸等，都将会促使静设备发生应力腐蚀开裂现象。

2 石油化工静设备应力腐蚀开裂的原因

2.1 拉应力

由于石油化工生产作业环境的特殊性以及复杂性，各种静设备将会出现不同程度影响的应力腐蚀问题。其中，造成这样的现象最为直接的影响因素之一就是由于拉应力的存在，进而对静设备造成程度不一的损坏，影响其实际的应用效果。在石油化工作业当中的静设备受到拉应力影响的方式多种多样，其中最为明显的就是基于在化工设备生产制作工作当中所形成的残余应力问题。这样的应力主要是在设备的生产制造中机械加工设备的应用，从而造成的附带应力。而另一种应力影响方式主要是设备加工完成后，正式投入到使用当中所形成的工作应力的影响，促使静设备受到拉扯从而影响其结构硬度，出现腐蚀现象。基于静设备在石油化工作业环境当中的运转或是基于外界众多应力影响因素等，所形成的明显残余应力将会促使设备在长久磨损之下形成腐蚀问题，最终对其安全应用效果造成严重的影响。一般情况，在石油化工静设备应力腐蚀问题中80%的占比是由于残余应力损坏所造成的；而剩余的20%则是因加工过程中以及各种外界因素的影响，促使静设备出现应力腐蚀开裂现象。严重应力腐蚀开裂问题将会对静设备的使用造成严重安全影响，因此需要高度重视这一问题的产生以及进行有效防护。

2.2 腐蚀环境

石油化工产业中设备所涉及到的生产环境多会储存众多的腐蚀性介质，因此在实际的应用过程当中将会造成严重的腐蚀问题。在特殊的工作生产环境中，静设备在特定介质的长久侵蚀下会出现受外力因素影响的腐蚀状态。静设备的工作环境需要承载高温高压状态下的介质，过高的工作温度，为应力腐蚀变化提供充分的机会，促使其出现明显的腐蚀开裂现象。且众多诸如NH+、Cl-以及酸性介质等具有一定的腐蚀性，都会对静设备的应用造成腐蚀，从而形成严重的开裂现象。

2.3 特定金属与合金成分

静设备的应用往往需要处于相对较为复杂的环境当中，因此对静设备的使用制作等提出了相对较高的要求，所应用到的材料具有相对较高的标准。其中，最为常见应用到的材料就是不锈钢以及低合金钢[2]，同时也会应用到碳素钢、低温常用合金钢等。大多数的石油化工产业压力容器专用钢为碳素钢以及低合金钢。基于基础性质上的差异，低合金钢与一般的结构钢相比较，含有少量的合金元素，从而起到优化结构性能的作用，起到一定的抗腐蚀效果。但是如若在静设备的实际制造过程中难以应用到符合工艺标准的制作方式，或是在制作过程当中难以添加相应的防腐蚀材料等，都将会促使静设备在石油化工生产过程当中造成严重的应力腐蚀问题。

3 石油化工静设备应力腐蚀开裂防护措施

3.1 优化材料结构

虽然在石油化工生产的过程当中，静设备出现应力腐蚀开裂的现象较为常见，但是这一问题同样可以应用到相对应的办法实施预防解决，并不是所有应用到石油化工生产当中的静设备都会出现严重的应力腐蚀开裂现象，其中主要是与静设备的结构材料具有直接关系。如若静设备实际应用到的材料具有相对较高的稳定性与质量保障等，则能够降低应力腐蚀开裂发生的概率，从而实现良好的质量保障，有效延长静设备的使用时间。

因此在设计制作静设备时，就需要选择更加合理的结构材料，以规避应力腐蚀开裂现象的发生，材料的选择需要尽可能地避免应用到具有易诱导开裂的材料。尤其是针对静设备应用过程当中的关键性结构部位，需要尽可能地选择具有较高稳定性，且应用过程中不会出现腐蚀开裂的材料。而其他的结构位置则可以应用到价格相对较为低廉的材料，进而在保障静设备良好应用效果的同时，也能够避免制作成本过高，同时也能够形成相对便捷的维护工作效果。

例如，在实际的石油化工生产作业环境中，如氯离子的实际含量相对较高，则不适用奥氏体不锈钢结构，需要应用其他的材料进行替换，保障设备结构呈现出高度的合理性，避免设备短时间更换造成的成本增加问题。与此同时，面对静设备极易出现的应力腐蚀开裂现象，做好防护处理工作，需要保障其结构呈现出较高的合理性状态，全面优化结构设计，促使静设备的应用从源头保障质量。优化设计结构，促使静设备承担较弱的拉应力，避免拉应力过于集中，存积相应的腐蚀物质效果，减缓设备承受的腐蚀问题，从而形成相对较好的防护作用。

3.2 解决腐蚀问题

做好应力腐蚀开裂问题的有效解决，才能够避免开裂现象延伸对静设备结构造成严重的影响。首先需要做好静设备的清洁处理，避免残留的腐蚀介质在风化作用下造成的浓缩现象，并且应用高压冲水的方式对静设备的罐体内壁实施清理，全面清除杂物，避免介质腐蚀[3]。其次，需要尽可能地促使静设备始终处于相对较为干燥的环境当中。这是由于在罐体内若存在着较多的水分，则会导致静设备当中的其他腐蚀物质出现较为明显的电化学作用，进一步增加了静设备的应力腐蚀强度。因此在静设备的运输环节中，需要尽可能地促使罐体呈现出较高的整洁效果，降低杂质存量，规避应力腐蚀。

对于容易出现应力腐蚀开裂的管道，缓解其工作环境当中的腐蚀介质浓度是最有效的防护措施。如果管道的实际工作环境存在着大量的氯离子，伴随其他的酸性离子，则可以通过酸碱综合的作用降低其中的酸性离子实际含量，进而避免酸化腐蚀问题产生。静设备的不同材料结构其实际的抗腐蚀程度也大有不同，处于130 ℃环境下的316 L不锈钢受到应力腐蚀开裂的氯离子含量为10%，而氯离子含量为5%时则会促使2205双相钢出现应力腐蚀开裂。因此在实际当中为了降低腐蚀程度，需要应用到相应的脱氧剂来避免管道出现严重的腐蚀问题。且金属的应力腐蚀问题则主要是基于电化学反应所产生的，氧气浓度越高，则相应的会产生更加明显的应力腐蚀问题。基于这一现象，可以应用脱氧剂降低静设备工作环境当中的氧气含量，或是在静设备表面涂抹油漆，以达到隔绝空气的作用。

3.3 控制残余应力

结合实践研究发现，在石油化工产业当中应用到的静设备出现严重的应力腐蚀开裂现象，最主要的原因就是在于在加工过程中所形成的残余应力对其造成的拉伸，促使其出现开裂现象。因此对这样的问题实施必要的防护处理，需要注重在加工过程中的应力控制，在静设备应用到生产后，需要采取相应的措施控制残余应力，有效避免静设备基于应力腐蚀问题出现开裂，从而有效提升设备的使用寿命与质量。结合石油化工生产加工当中的全过程进行研究分析来看，实际中最容易出现残余应力的环节就是设备的零部件的组装与焊接。在组装零部件时，若由于相关操作人员缺乏专业的技术水平，难以按照严格的操作规定实施零部件的拆装，在实施过程中的工艺质量无法达到既定的要求，操作人员强制拆卸的方式，将会造成零部件的损伤以及拉应力的产生。或是在零部件的组装过程当中，由于尺寸链以及公差链等出现问题，即使完成了整体的组装，但是各个零件的实际尺寸难以达到既定的要求，造成严重的残余应力问题。由于零部件在加工作过程中不能够及时的消除应力变化，最终将会促使静设备出现较为严重的应力腐蚀开裂现象。

同时，残余应力也可能会在零部件的焊接过程当中出现。常见的残余应力形成原因就是随意焊接，无法按照严格的焊接施工标准执行工作，难以有效消除处理焊接工件的最终应力，这些应力集中在静设备的某一局部区域，导致出现应力腐蚀问题。在石油化工生产当中，大型工件的焊接方向若与设计中的不一致，同时也会造成后续出现的应力无法排除的问题，多人合作的工作模式下，不能够及时协调工件焊接的各个环节，导致最终出现严重的应力腐蚀开裂现象。残余应力过大，促使静设备受损，降低使用效果，缩短使用时限，因此则需要应用相应的办法及时排除应力。

在实施焊接与组装时，对工件实施热处理，例如：正火、退火等加工方式，进一步强化设备金属材料所具有的延展性，达到排除应力的作用；科学调试机械设备，促使既定的拉伸部位先行排除拉应力，进而避免在后续的应用当中出现应力腐蚀的现象。各种零部件的加工过程中应用到水压试验、喷丸、震动以及温差拉伸等方式，都能够对应力起到一定的排出作用。同时，在施工过程当中也需要遵照施工准则实施严格监管，保障施工人员具有较高的责任意识，保障全面遵循既定工作原则，尽量避免残余应力的产生。

3.4 加强日常养护

为避免石油化工生产当中应用到的静设备基于应力腐蚀出现开裂现象，需要及时的日常养护，从而起到一定的防护作用。首先需要相关人员及时对设备的运转状态进行监测，并对比其非运转时的工作状态，确保第一时间发现问题并实施必要的处理。全面监测设备各项指标，尤其是工作环境压力、温度等容易造成应力腐蚀开裂现象的因素等，都需要及时地进行监测控制。降低危险因素，从而保障静设备能够在正常工作环境下相应延长使用时间。定期针对重点装置实施全面检查，一旦发现问题由专业人士及时跟进处理，避免静设备长期处于不正常运行状态出现质量问题。

4 结语

静设备在石油化工生产当中作用十分关键，因此需要注重防护应力腐蚀作用下造成的开裂问题，保障合理的材料结构设计，排除残余应力影响，及时解决既有的应力腐蚀问题，并做好后续养护处理，才能够延长静设备使用寿命，更好地保障企业生产效益。