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多年来对液氨储罐的使用和检验发现,这类储罐很少发生强度破坏,大多数是由腐蚀裂纹引起的腐蚀破坏。根据多年实践,本文对液氨储罐可能引起腐蚀的几个方面进行分析,并提出了相应的防护措施,以防止腐蚀的发生。
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1液氨储罐的腐蚀特征
通过对各类液氨储罐的开罐检查发现,储罐内表面焊缝区的腐蚀裂纹比较严重,且多数出现在环焊缝上,裂纹断口没有塑性变形,呈现出典型的脆性裂纹特征。裂纹多数为浅而长的表面裂纹,且有明显的分支,主干裂纹与焊缝方向垂直,尤其在手工电弧焊的引弧处和收弧处、T型接头处及封头环缝与筒体纵焊缝交叉部位,裂纹更严重。磁粉检测发现,焊缝裂纹呈树枝状,主干裂纹多呈线性,分支较短,端部较尖锐,根部稍宽。
2液氨储罐腐蚀分析
储罐里面的液氨是经过加压或降温而转化成的液化气,它的操作压力就是大气温度下的饱和蒸气压。操作温度和操作压力随气候变化而波动。《压力容器技术监察规程》规定,无保温或保冷、盛装低压液化气体的常温储罐,设计温度均取50℃,工作压力取所装介质在50℃时的饱和蒸气压力。而广东地区夏天的室温一般不会超过40℃,40℃下氨的饱和蒸气压为1.55MPa,通常操作压力为0.8~1.2MPa,故储罐一般不会因超载而发生强度破坏。由于液化气的膨胀系数非常大,为水的数十倍,如果液体充满储罐,储罐内的压力就不再是蒸气压,而是液体的膨胀压力。储罐的工作压力直接受温度的影响,温度每升高1℃,液氨储罐的压力就可升高1.316~1.875MPa,温度只要升高3~5℃,储罐就会因严重超载而爆炸。因此,《压力容器技术监察规程》规定了储罐在不同充液温度下的装量系数,以储罐内有足够的气体空间。如果储罐在投入使用前抽气不完全,就很容易使空气掺杂在里面。液氨在充装、排料及检修等过程中,也会受到空气的污染,储罐焊缝处存在由于操作压力引起的拉应力和焊接残余应力。在拉应力状态下,碳钢在被空气污染的液氨环境中很容易发生应力腐蚀破坏。
空气中的O2、CO2、N2都会促进液氨对罐壁材料的腐蚀。不论是在气相或液相中,氨、O2和N2与碳钢或低合金钢组成了应力腐蚀环境,产生应力腐蚀(SCC)。其腐蚀的机理为:在含O2的液氨中,钢表面吸附O2形成氧膜,这使腐蚀电位保持在正值,当材料受拉力产生应变后,膜被破坏,暴露出来新鲜表面(滑移阶)与有氧膜的金属表面组成微电池,产生快速溶解。在没有其他杂质存在时,O2能在裸露金属表面上再成膜,应力腐蚀的产生;而当液氨中同时溶有N2时,由于N2与O2在滑移阶上产生“竞争吸附”,阻止部分裸露滑移阶的再钝化,从而增加钢的应力腐蚀断裂敏感性。上述有关应力腐蚀的条件,只要缺任何一种,应力腐蚀均不能发生。