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堿液設(shè)備及管道的腐蝕與防護(hù)

文檔作者：劉亞麗，王守華，傅俊豐，劉鵬，李迎文文檔來(lái)源：中國(guó)石油天然氣股份有限公司遼陽(yáng)石化分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年11月01日
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腐蝕與防護(hù) 石油化工設(shè)備技術(shù)，2014，35(5)·4O· Petro—Chemical Equipment Technology
堿液設(shè)備及管道的腐蝕與防護(hù)
劉亞麗，王守華，傅俊豐，劉 鵬，李迎文
(中國(guó)石油天然氣股份有限公司遼陽(yáng)石化分公司，遼寧遼陽(yáng)111003)
摘 要：依據(jù)不同濃度的氫氧化鈉溶液在不同溫度下的選材分區(qū)圖，詳細(xì)分析了堿液設(shè)備及管道在不同
濃度及溫度情況下的腐蝕性能，以及如何選材才能更加有效地避免腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。針對(duì)煉化企業(yè)某裝置
堿液設(shè)備及管道的腐蝕現(xiàn)狀，闡述了碳鋼在堿液中的腐蝕行為，分析了碳鋼在堿液中發(fā)生堿脆應(yīng)力腐蝕開裂
的原因，以及焊縫區(qū)最易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的原因，提出了相應(yīng)的預(yù)防措施及解決途徑，為生產(chǎn)裝置的類似
問(wèn)題的發(fā)生提供借鑒和指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞：堿液腐蝕預(yù)防措施解決途徑
煉化企業(yè)某裝置于2007年12月建成投產(chǎn)，
堿液介質(zhì)為2O ～3O 氫氧化鈉溶液，操作溫度
為常溫，管道材質(zhì)為2O號(hào)碳鋼，管道伴熱系統(tǒng)為
電伴熱，以維持堿液溫度在凝固點(diǎn)之上，其操作溫
度不超過(guò)5O℃ 。由于北方冬季寒冷，且電伴熱控
制溫度較低，堿液常在管道拐點(diǎn)發(fā)生凝固。堿液
長(zhǎng)時(shí)間積存，會(huì)在滯留部位以及焊接部位滲漏堿
液，經(jīng)肉眼觀察，看不見(jiàn)裂紋及砂眼。在冬季，堿
液系統(tǒng)頻發(fā)介質(zhì)凝固及泄漏現(xiàn)象，無(wú)法保證防凍、
防凝、防腐工作的順利開展，常常需要操作及維修
人員對(duì)其進(jìn)行暖管及換管處理。即使如此，也仍
然不能從本質(zhì)上避免類似問(wèn)題重復(fù)發(fā)生。
本文詳細(xì)分析了堿液在不同溫度、濃度、材質(zhì)
條件下的腐蝕機(jī)理，并提出了如何避免腐蝕現(xiàn)象
發(fā)生，從而保證堿液管道平穩(wěn)運(yùn)行。
1 氫氧化鈉溶液設(shè)備的管道材質(zhì)的選擇
NaOH是一種強(qiáng)堿，在常溫下腐蝕性不強(qiáng)，
但在高溫和有應(yīng)力存在的情況下會(huì)對(duì)許多金屬產(chǎn)
生嚴(yán)重腐蝕n】。
不同濃度的NaOH溶液在不同溫度下其設(shè)
備和管道的選材D 如圖1和表1所示。從圖1和
表1可以看出，氫氧化鈉溶液的濃度為0～3O ，
若溫度低于5O℃ 的情況下，工類材質(zhì)的設(shè)備和
管道通常是耐腐蝕的；而0 ～30 氫氧化鈉溶
液在Ⅱ類材質(zhì)的設(shè)備及管道中，在溫度為5O～
100℃ 的情況下，耐腐蝕性能較好。
從選材圖1和表1，還可以看出，0～50 氫
氧化鈉溶液在Ⅱ類材質(zhì)的設(shè)備及管道中，若溫度
為8O～100℃的情況下，耐腐蝕性能較好；50 ～
7O 氫氧化鈉溶液在Ⅲ類材質(zhì)的設(shè)備及管道中，
若溫度為100～150℃ 的情況下，耐腐蝕性能較
好；IV、V類材質(zhì)的設(shè)備及管道通常適用于溫度較
高、溶液濃度較高的場(chǎng)合。
贈(zèng)
濃度，％
圖1 氫氧化鈉溶液設(shè)備和管道的選材分區(qū)
此外，所有金屬材料中，銀對(duì)NaOH 的耐蝕
性最好，其次是鎳。銀和鎳能耐所有濃度和溫度
的NaOH，直到熔融狀態(tài)(480℃)。對(duì)于高溫、高
濃度堿而言，最好選用鎳及其合金(如因科鎳，蒙
乃爾等)。不銹鋼對(duì)40 ～50％以下的NaOH溶
液可耐溫8O～100℃ ，但不耐高濃度、高溫堿液。
碳鋼在較稀的低溫NaOH溶液中耐腐蝕性能較
好，可以在表面形成堅(jiān)實(shí)的氧化保護(hù)膜，且由于價(jià)
收稿日期：2014—02一O1。
作者簡(jiǎn)介：劉亞麗，女，2006年畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)，碩
士，現(xiàn)在烯烴廠乙二醇車間主要從事石油化工設(shè)備檢修維護(hù)
及腐蝕與防護(hù)工作，工程師。
Email：yaliliu@petrochina．corn．cn
筇35卷第5期 劉ilE麗等．堿液沒(méi)備及管道的腐蝕 防f，t
格低廉，常常成為許多用廠]的首選。
由此【1丁以得出結(jié)論，只有依據(jù)運(yùn)行工況及選
材圖進(jìn)行合理選擇，才能及時(shí)有效地避免腐蝕情
況的發(fā)生。
表I 不同溫度、濃度氫氧化鈉設(shè)備
和管道的選材
1 灰鑄鐵，碳鋼，Crl8Ni9Ti，鎳，銀，銅，蒙乃爾合金
U 耐堿鑄鐵，Crl8NilOTi，鎳，銀，哈氏合金B(yǎng)、C
m 耐堿鑄鐵，鎳，銀，哈氏合金
I＼1 耐堿鑄鐵，鎳，銀
V 耐堿鑄鐵，鎳，銀
2 碳鋼在氫氧化鈉溶液中的腐蝕行為
本裝置氫氧化鈉溶液濃度為20 ～30 ，碳
鋼材質(zhì)的設(shè)備及管道在溫度低于5O℃ 的情況下
是耐腐蝕的，是完全符合設(shè)計(jì)要求的。然而，在實(shí)
際運(yùn)行中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)碳鋼材質(zhì)的設(shè)備和管道在焊
縫區(qū)及堿液積存部位發(fā)生“堿脆’’現(xiàn)象，產(chǎn)生肉眼
看 見(jiàn)的裂紋而發(fā)生滲漏。
2．1 堿脆的基本含義
“堿脆”義稱為應(yīng)力腐蝕開裂，簡(jiǎn)稱SCC，是
指金屬在特定腐蝕介質(zhì)和同定拉伸應(yīng)力同時(shí)作用
下發(fā)生的脆性開裂。材料一 發(fā)生應(yīng)力腐蝕開
裂，可以往沒(méi)有明顯征兆的情況下幾分鐘內(nèi)破裂，
其擴(kuò)展速度比其他類型的局部腐蝕速度要快兒個(gè)
數(shù)堪級(jí)，所以稱SCC是一種災(zāi)難性的腐蝕n 。
2．2 碳鋼發(fā)生堿脆的原因
通過(guò)對(duì)本裝置堿液管道產(chǎn)生裂紋及對(duì)接焊縫
熱影Ⅱ向I)(裂紋產(chǎn)生原因的分析，可以得出結(jié)淪：堿
脆的產(chǎn)牛需同時(shí)具備三個(gè)條件，一是較高濃度的
Na()H溶液，試驗(yàn)表明。濃度大于10 的堿液足
以引起碳鋼的堿脆；二是較高的溫度，堿脆的溫度
范 較寬，但最容易引起堿脆的溫度是在溶液的
沸點(diǎn)附近；三是拉仲臆力，可以是外載荷引起的應(yīng)
力，也可以足殘余應(yīng)力。
2．3 焊縫區(qū)最易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂的原因
焊縫的“堿脆”，其實(shí)質(zhì)就是焊縫區(qū)在堿液中
的應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象。設(shè)備施焊后，其焊縫會(huì)產(chǎn)
牛殘余應(yīng)力，陔應(yīng)力的大小與施焊時(shí)的焊接規(guī)范
以及焊縫所處的約束狀態(tài)有關(guān)。
在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐及檢維修作業(yè)中發(fā)現(xiàn)，殘
余塑性變形最大的熱影響區(qū)的部分金屬，即焊接
過(guò)程中被加熱到50O～850 C的那部分金屬，尤其
是在焊接過(guò)程中加熱溫度超過(guò)550℃和略低于再
結(jié)晶區(qū)的金屬，其應(yīng)力腐蝕開裂的傾向性最大。
3 碳鋼在堿液中的腐蝕防護(hù)對(duì)策
由于堿液濃度是不變的，避免堿脆的方法
如下：
1)對(duì)設(shè)備及管道的材質(zhì)進(jìn)行升級(jí)；
2)進(jìn)行合理的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采取合理的裝
配工藝措施，合理安排焊縫位置、選擇焊縫尺寸和
形狀，盡可能減少焊縫數(shù)量，減少焊縫長(zhǎng)度；合理
選擇裝配程序，是指采取預(yù)留收縮余量法、反變形
法、剛性固定法等預(yù)防焊接變形。焊接工藝措施
包括焊接方法、焊接規(guī)范、焊接順序和方向等，如
堿液儲(chǔ)槽底板焊接就應(yīng)先焊短焊縫，再焊長(zhǎng)焊縫，
這種方法在成品堿罐等大型堿設(shè)備制作時(shí)，避免
堿脆的效果非常顯著。
3)施焊前采用大于等于5O℃的溫度進(jìn)行預(yù)
熱，焊后對(duì)碳鋼管道進(jìn)行低溫、短時(shí)間的熱處理來(lái)
消除焊接應(yīng)力。
4)對(duì)伴熱系統(tǒng)進(jìn)行改造，防止堿液管壁溫度
過(guò)高及死區(qū)的存在，避免靜態(tài)堿液管道直接與熱
源接觸。
4 結(jié)語(yǔ)
堿液的濃度及操作溫度，決定了堿液管道的
材質(zhì)選擇，堿液腐蝕程度關(guān)鍵取決于 藝條件、所
采取的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及焊接方法等因素。因此，
若實(shí)際生產(chǎn)中，工藝參數(shù)偏離原設(shè)計(jì)值，極有可能
對(duì)設(shè)備及管道造成腐蝕性破壞‘ ，給生產(chǎn)帶來(lái)不
穩(wěn)定因素。
參考文獻(xiàn)：
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