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針對石油化工設備運行的特點，介紹了304厚(hou)壁不銹鋼管應力腐(fu)蝕的常見工況，著重分析了應力腐(fu)蝕的條件(jian)、腐(fu)蝕機(ji)理(li)及防護(hu)措施(shi)，為304厚壁不銹鋼管的選材和使用提(ti)供參考。

在石油化工設備中(zhong)，304厚(hou)壁不銹(xiu)鋼管因其良好的(de)熱塑性和耐蝕(shi)(shi)(shi)性而得到廣泛應用，但在某些介質條件下(xia)可能腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)破壞(huai)，常(chang)見(jian)的(de)有孔蝕(shi)(shi)(shi)、晶間腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)和應力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。應力腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)開(kai)裂(lie)是一(yi)種在沒(mei)有預兆的(de)情況下(xia)發生的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)破壞(huai)形式，且破壞(huai)速度(du)快、破壞(huai)較為嚴重(zhong)。由于脆性斷裂(lie)的(de)不可預見(jian)性，對化工設備的(de)安(an)全長周期運行構(gou)成嚴重(zhong)的(de)威脅。因此，研(yan)究(jiu)304厚(hou)壁(bi)不銹鋼管應力腐蝕的成因，及對其采(cai)取有效的防護(hu)措(cuo)施十分必要(yao)。

1應力(li)腐蝕(shi)的特征(zheng)與機理

304厚壁不(bu)銹鋼(gang)管(guan)是(shi)在特定腐蝕(shi)(shi)(shi)因素和拉(la)(la)(la)應(ying)(ying)力(li)共同作用(yong)(yong)下(xia)(xia)出現的(de)腐蝕(shi)(shi)(shi)開裂，且(qie)開裂時的(de)應(ying)(ying)力(li)低于材料(liao)自身(shen)的(de)強度(du)極限，斷(duan)(duan)(duan)口的(de)宏觀形貌表(biao)現為脆(cui)性斷(duan)(duan)(duan)裂。一般認為在拉(la)(la)(la)應(ying)(ying)力(li)作用(yong)(yong)下(xia)(xia)附著(zhu)在金(jin)(jin)(jin)屬(shu)材料(liao)表(biao)面的(de)鈍化膜(mo)(mo)破裂，形成(cheng)(cheng)蝕(shi)(shi)(shi)孔和裂紋源，將金(jin)(jin)(jin)屬(shu)材料(liao)暴露(lu)在腐蝕(shi)(shi)(shi)環境中，在拉(la)(la)(la)應(ying)(ying)力(li)的(de)反(fan)復作用(yong)(yong)下(xia)(xia)，新生(sheng)成(cheng)(cheng)的(de)鈍化膜(mo)(mo)繼(ji)續(xu)破裂，裂紋沿著(zhu)拉(la)(la)(la)應(ying)(ying)力(li)的(de)方向持續(xu)擴(kuo)展，并且(qie)在裂紋尖端(duan)的(de)閉塞區(qu)產生(sheng)了氫(qing)，氫(qing)擴(kuo)散(san)到(dao)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)內部造成(cheng)(cheng)催化，在拉(la)(la)(la)應(ying)(ying)力(li)作用(yong)(yong)下(xia)(xia)出現脆(cui)性斷(duan)(duan)(duan)裂。脆(cui)性裂紋不(bu)斷(duan)(duan)(duan)地沿著(zhu)縱深擴(kuo)散(san)，直至金(jin)(jin)(jin)屬(shu)材料(liao)斷(duan)(duan)(duan)裂破壞。

2應(ying)力腐蝕的影響(xiang)因素(su)

2.1腐蝕介質(zhi)

對(dui)304厚(hou)壁不銹(xiu)鋼管造成(cheng)應力(li)腐蝕的介質較多(duo)，石油化(hua)工中較為常(chang)見的有以(yi)下(xia)幾種(zhong)：氯離子(zi)、堿液(ye)、連多(duo)硫酸、硫化(hua)氫(qing)水溶液(ye)、硫酸根、硝酸根、氟離子(zi)水溶液(ye)等。氯離子(zi)造成(cheng)的304厚壁不(bu)銹(xiu)鋼管應力(li)腐蝕(shi)(shi)的(de)事故較多，氯離子應力(li)腐蝕(shi)(shi)必須滿足介質(zhi)(zhi)為中性(xing)環境且含有氧化劑或者溶解(jie)氧，應力(li)腐蝕(shi)(shi)的(de)速率隨(sui)著氯離子濃度的(de)增加(jia)而加(jia)快，當腐蝕(shi)(shi)介質(zhi)(zhi)處(chu)于50～200℃發生應力腐(fu)蝕的傾向最大。堿(jian)液應力腐(fu)蝕同樣(yang)需要在有氧條件下發生，堿(jian)液溫度(du)達到其沸點(dian)時將(jiang)造成金屬(shu)材料應力腐(fu)蝕開裂(lie)，應力腐(fu)蝕速率隨著堿(jian)液濃(nong)度(du)降低(di)而減慢，當堿(jian)液濃(nong)度(du)低(di)于50％時(shi)，應(ying)力腐蝕幾(ji)乎不再發生(sheng)。連多硫(liu)酸多是在設備停工檢修過程中(zhong)潮濕(shi)環境(jing)下，金屬表面上的硫(liu)化鐵與空氣(qi)中(zhong)的氧和水(shui)發生(sheng)而生(sheng)成(cheng)。當304厚(hou)壁(bi)不銹鋼管處于敏(min)化狀態下(xia)且(qie)存在(zai)拉應力時(shi)，金屬材料(liao)接觸連多(duo)硫(liu)酸后(hou)可能造(zao)成應力腐(fu)蝕(shi)。連多(duo)硫(liu)酸應力腐(fu)蝕(shi)還(huan)與pH值有關，當pH大于(yu)5時發生應(ying)力(li)腐蝕的概率較小，應(ying)力(li)腐蝕隨著pH值(zhi)的(de)降低而加(jia)速。

2.2應力

引起304厚壁不(bu)銹(xiu)鋼管應力(li)腐蝕的應力(li)主要來源于工作載荷、設(she)備加工過程中的殘(can)余(yu)(yu)應力(li)、熱(re)應力(li)和裝配應力(li)。其中，殘(can)余(yu)(yu)應力(li)造成(cheng)的破壞在(zai)應力(li)腐蝕中占(zhan)比最大，約占(zhan)80％。而(er)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)力在設備的(de)加(jia)工、安(an)裝過程中又是難以避免的(de)，最為常見(jian)的(de)有(you)焊(han)接殘(can)余(yu)應(ying)(ying)力、冷加(jia)工彎(wan)曲引起的(de)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)力、膨管(guan)引起的(de)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)力，殘(can)余(yu)應(ying)(ying)力越(yue)大(da)越(yue)易造成應(ying)(ying)力腐蝕開裂。

3防護措施

304厚壁不銹(xiu)鋼管應力腐蝕的(de)三(san)個必要因素為腐蝕介(jie)質、拉(la)應力和金屬材料(liao)，現由上(shang)述(shu)三(san)個方面入手分析其防護措施。

3.1改進(jin)加工(gong)工(gong)藝

以固溶(rong)態(tai)交貨的(de)304厚(hou)壁不(bu)(bu)銹鋼管(guan)還(huan)應(ying)(ying)再做固溶穩定(ding)化處理，來(lai)消除加工(gong)(gong)過(guo)程(cheng)中形(xing)成的(de)殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)。坡口(kou)不(bu)(bu)允許熱(re)切割，應(ying)(ying)采(cai)用(yong)機械加工(gong)(gong)。選用(yong)合適的(de)焊接工(gong)(gong)藝(yi)以保證熱(re)影(ying)響區受熱(re)均勻，必(bi)要(yao)時(shi)還(huan)應(ying)(ying)進行(xing)焊后熱(re)處理，減小焊接殘(can)(can)余(yu)應(ying)(ying)力(li)。保證金屬(shu)表(biao)面光滑程(cheng)度，避(bi)(bi)免切削(xue)痕跡。設計中要(yao)盡(jin)量避(bi)(bi)免缺口(kou)、尖(jian)角、小半徑彎管(guan)等結構，最大限度的(de)避(bi)(bi)免集中應(ying)(ying)力(li)。

3.2改善介質環境

嚴格控制氯離子和氧(yang)的(de)濃度，可采(cai)用(yong)蒸餾或(huo)者(zhe)離子交換方式降低介(jie)質中的(de)氯化物濃度，通過添加化學試劑(ji)或(huo)者(zhe)機(ji)械鼓泡(pao)方式除氧(yang)，還應(ying)注意定期對304厚壁(bi)不(bu)銹(xiu)鋼管設備(bei)進行清洗和除(chu)垢(gou)，以(yi)防止(zhi)氯離子(zi)濃縮和吸附。停工檢修時應及時采用充氮(dan)氣的(de)(de)方(fang)法來隔絕(jue)空(kong)氣和水與金屬(shu)材(cai)料的(de)(de)接觸，避免連多硫(liu)酸的(de)(de)產生。打開設備(bei)前應在(zai)設備(bei)表面進行充分的(de)(de)堿洗，去除(chu)可能已經生成的(de)(de)連多硫(liu)酸。

3.3金屬材料

對(dui)(dui)于(yu)氯離子造成的(de)應力(li)腐(fu)蝕(shi)，可通過添加鉬(mu)、鎳等合金來提高(gao)材料的(de)抗(kang)開(kai)裂性能(neng)，也可以通過噴丸處理人為(wei)的(de)制造壓應力(li)，防止不銹鋼(gang)敏(min)化。對(dui)(dui)于(yu)連對(dui)(dui)硫酸(suan)造成的(de)應力(li)腐(fu)蝕(shi)，可選擇對(dui)(dui)連多(duo)硫酸(suan)應力(li)腐(fu)蝕(shi)開(kai)裂不敏(min)感的(de)材料，如低碳不銹鋼(gang)或(huo)雙相鋼(gang)等。操作溫(wen)度(du)低于(yu)400℃時，可(ke)選用低碳不銹鋼。對于(yu)堿液造(zao)成的應力腐蝕，可(ke)通過退火熱處理來(lai)消除應力。

4結語

應(ying)(ying)力(li)腐蝕對化工設(she)備的長周期安全(quan)運行構(gou)成極(ji)大威脅，深入研究(jiu)應(ying)(ying)力(li)腐蝕的成因、腐蝕機理及(ji)防(fang)護措施可有效控制應(ying)(ying)力(li)腐蝕破壞，從而保障設(she)備安全(quan)運行。