化工安全與防腐案例分析.docx

化工安全與防腐案例分析真空制鹽鈦制換熱器腐蝕失效實(shí)例分析班級：xxxxxx姓名：xx學(xué)號：xxxxxxxx真空制鹽鈦制換熱器腐蝕失效實(shí)例分析一般認(rèn)為在溫度不太高的NaCl溶液中，鈦的腐蝕速度非常低。但是隨著鈦在制鹽行業(yè)的大量使用，發(fā)生腐蝕失效事故也開始增多，引起各制鹽企業(yè)的重視，鈦腐蝕的原因大致可歸為四類：縫隙腐蝕、氫損失、應(yīng)力腐蝕、鐵污染等，且受材質(zhì)成分、設(shè)計(jì)制作、工況介質(zhì)等具體情況影響，腐蝕原因往往較為復(fù)雜，多為一個(gè)主要因素誘導(dǎo)，幾種輔助因素共同作用的結(jié)果。以下分析國內(nèi)發(fā)生的兩起制鹽鈦制換熱器腐蝕失效案例。1. 案例一首效換熱管腐蝕失效分析：2004年四川某制鹽廠30 萬噸/年裝置檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)首效換熱管發(fā)生較嚴(yán)重的腐蝕。該加熱室總共1454 根鈦管，本次檢修共發(fā)現(xiàn)158 根換熱管有不同程度的腐蝕穿孔。已拔出的部分換熱管進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)孔損、破損、脆裂較嚴(yán)重，有的管子從1米左右高處自然落下即斷成兩半或破裂，斷口晶粒粗大，破裂片用手可掰斷，吸氫脆化現(xiàn)象明顯。該裝置首效加熱蒸汽約0.4MPa，原料鹵水為天然鹵水和巖鹵的混合鹵水，用石灰乳預(yù)處理鹵水，進(jìn)罐pH約為8。該套裝置首效加熱室采用某種鈦合金材料，效采用TA2 工業(yè)純鈦換熱管。在檢修只發(fā)現(xiàn)了首效換熱管有腐蝕，其余各效換熱管未見腐蝕現(xiàn)象。1.1 化學(xué)成分分析因抽換出的換熱管已明顯脆化(可以從“從1米左右高處自然落下即斷成兩半或破裂”看出)，據(jù)此判斷材料吸氫肯定比較嚴(yán)重，為此分別取3段腐蝕較明顯的管樣和1段外觀形貌較好的管樣分別分析氣體含量。分析結(jié)果見表1，從表中可以看出，腐蝕樣中氫含量明顯高于未發(fā)生腐蝕樣品，據(jù)此可以判斷是失效換熱管可能失效的一種方式是氫損傷。1.2 化學(xué)成分比較采用化學(xué)分析和電鏡（JSM6460）掃描相結(jié)合的方式，對腐蝕樣和非腐蝕樣進(jìn)行較全面的化學(xué)成分分析。分析結(jié)果與工業(yè)純鈦和鈦鉬鎳合金的成分對比表見表2，從表中們可以看出，腐蝕管樣的Mo、Ni含量很少，幾乎可以認(rèn)為未檢出，而主要成分和工業(yè)純鈦（TA2）比較接近，合金元素與鈦鉬鎳合金（TA10）差距較大。1.3 力學(xué)性能分析腐蝕樣和未腐蝕樣進(jìn)行力學(xué)性能檢測，并將檢測數(shù)據(jù)與TA2 進(jìn)行對比，詳見表3，由表3可知，腐蝕管樣的力學(xué)性能也與工業(yè)純鈦一致，那么結(jié)合化學(xué)成分分析可以得出，該換熱器首效管所選材料是工業(yè)純鈦。1.4 腐蝕原因分析及其可能采取防腐措施由圖1可以知道，工業(yè)純鈦在高溫（120）氯化鈉溶液中較鈦鉬鎳合金更易發(fā)生縫隙腐蝕；由圖2可以知道，在發(fā)生電化學(xué)腐蝕的情況下，鈦鉬鎳合金有更低的電流密度，這表明鈦鉬鎳合金能顯著改變電化學(xué)行為，促進(jìn)鈍化，有效降低腐蝕速率圖1 25%沸騰NaCl溶液中鈦材縫隙腐蝕發(fā)生率隨pH變化關(guān)系圖2 pH為0.5的25%沸騰NaCl溶液中鈦材的極化曲線由以上化學(xué)分析，力學(xué)性能分析，可以得到：該裝置首效所采用的換熱管材料是與工業(yè)純鈦很接近的一種鈦材，而工業(yè)純鈦在較高溫度的氯化鈉溶液中較其Mo，Ni合金更容易腐蝕。案例中鈦制換熱器腐蝕失效的原因可以概括為（1）選材不當(dāng)，選用材料性能與工業(yè)純鈦極接近的材料，所選材料在工作過程中易受腐蝕；（2）腐蝕樣中含氫量明顯高于未腐蝕樣，氫腐蝕致脆也是一種腐蝕的可能；（3）管件出現(xiàn)明顯孔損，可能是孔蝕引起；（4）管件明顯的脆性失效，可能與應(yīng)力腐蝕開裂有關(guān)。經(jīng)過這個(gè)案例，可以得出制鹽裝置首效不能使用工業(yè)純鈦。針對該案例，可以通過采取以下措施防腐蝕：（1）合理選材，盡量選擇耐腐蝕合金鈦（應(yīng)具體以管件工作環(huán)境為依據(jù)，確定所選材料是否具有良好的耐蝕性）；（2）盡量出去該換熱器工作環(huán)境介質(zhì)中的氫，以防止發(fā)生氫損傷；（3）對于孔蝕，可以通過提高管件表面光潔度、盡量除去環(huán)境中氧氣及相關(guān)氧化劑的方式加以預(yù)防（4）對于應(yīng)力腐蝕，應(yīng)通過盡量減小管件連接時(shí)殘余應(yīng)力的方式加以預(yù)防。2. 案例二換熱管與管板連接處發(fā)生腐蝕2006 年7月，國內(nèi)某大型鹽業(yè)集團(tuán)投產(chǎn)3年的60萬噸/年裝置效加熱室下管板發(fā)現(xiàn)腐蝕。據(jù)了解，該加熱室換熱管采用TA2工業(yè)純鈦，壁厚1.2mm，管長7m，管板采用8mmTA2+60mm15MnVR+6mm316L的三層復(fù)合結(jié)構(gòu)，管與管板連接采用脹接加強(qiáng)度焊的方式。腐蝕主要集中在管與管板的焊縫處，焊縫余高多數(shù)已腐蝕掉，焊縫與管板平齊，焊接熱影響區(qū)腐蝕較嚴(yán)重，部分腐蝕較重的部位開始淌銹水，說明鈦復(fù)合層已經(jīng)蝕穿， 中間的碳鋼部分已經(jīng)開始腐蝕，上管板只有極少量管與管板焊縫發(fā)現(xiàn)腐蝕。2006 年10月，再次停產(chǎn)檢修，下管板與管的焊縫已基本全部掉落，管板出現(xiàn)許多大窟窿（見圖3、圖4），許多地方已經(jīng)可以看到管板底部的316L 復(fù)合層，法蘭墊圈與管板接觸處腐蝕也很嚴(yán)重，出現(xiàn)大量蝕坑（見圖5）。上管板腐蝕狀況也較7月份更為嚴(yán)重，已有多處焊縫淌銹水。圖3 下管板腐蝕形貌圖4 蝕孔深度已達(dá)56mm圖5 法蘭墊片處的蝕坑2.1. 失效原因分析 效料溫一般100左右，pH值在7.58之間，一般認(rèn)為工業(yè)純鈦在這種介質(zhì)中是耐腐蝕的，因此引起腐蝕的主要原因可能來自結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造加工過程。經(jīng)過查閱相關(guān)資料后發(fā)現(xiàn)，該裝置換熱器管長達(dá)到了7m，卻沒有設(shè)置支撐板，且效管與管板的焊接方式與另外3臺不同，、效為強(qiáng)度脹+密封焊，效為貼脹+強(qiáng)度焊，這種方式應(yīng)力著力點(diǎn)就在焊縫處。加熱室工作時(shí)大量的蒸氣變?yōu)槔淠?，眾所周知水蒸氣變?yōu)樗畷r(shí), 由于體積驟然變小，將會產(chǎn)生強(qiáng)烈振動，這樣設(shè)備將在交變載荷作用下運(yùn)行。換熱管與管板焊縫連接處處于受力最大的高應(yīng)力區(qū), 在交變應(yīng)力作用下, 焊縫所承受的應(yīng)力超過屈服極限時(shí), 晶界產(chǎn)生滑移, 并逐漸發(fā)展成微小裂紋, 且裂紋不斷擴(kuò)展, 最后導(dǎo)致焊縫開裂，直至破壞。法蘭墊片處的腐蝕為典型的縫隙腐蝕。一般情況下，鈦材無論表面狀況如何，在常溫下在制鹽介質(zhì)中不易發(fā)生縫隙腐蝕的，但隨著溫度升高，鈦材的縫隙腐蝕傾向就會增大。這是因?yàn)殡S著溫度升高，縫隙內(nèi)和自由面的電位差會快速增大，縫內(nèi)電位顯著負(fù)移（見圖6）。圖6 工業(yè)純鈦電位隨溫度變化曲線據(jù)以上分析，可以得到腐蝕的可能原因有（1）焊縫處殘余應(yīng)力較大，在腐蝕介質(zhì)共同作用下可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕；（2）換熱器由于水蒸氣間歇性冷凝為水產(chǎn)生交變脈沖載荷，配合腐蝕介質(zhì)，可能發(fā)生疲勞腐蝕失效；（3）在較高溫度下，法蘭連接發(fā)生的縫隙腐蝕；（4）不同金屬復(fù)合板可能發(fā)生接觸電偶腐蝕，即產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。2.2.防腐蝕措施為了防止鈦材發(fā)生縫隙腐蝕，（1）鈦制設(shè)備盡量少用非金屬墊片，尤其謹(jǐn)用聚四氟乙烯墊片，因?yàn)榫鬯姆蚁┥系姆飼苹伈牡拟g化膜，加速腐蝕；（2）較高溫度和壓力下，金屬包墊、纏繞墊或金屬墊等，如鈦包墊片等。（3）在法蘭處采用更耐縫隙腐蝕的鈦合金材料，如TA9、TA10等（4）(5)換熱器內(nèi)設(shè)置2個(gè)以上支撐板，減少蒸汽冷凝時(shí)換熱管的擾動；(6)改變管與板的連接方式，由貼脹加強(qiáng)度焊改為強(qiáng)度脹加密封焊（如圖7）。 圖7 焊接方式改進(jìn)3.個(gè)人體會 通過以上兩個(gè)案例分析，以及結(jié)合在化工安全與防腐課程中所學(xué)，我得到了以下幾點(diǎn)想法：（1）合理選材對于防腐是及其重要的，尤其是依據(jù)構(gòu)件實(shí)際工作環(huán)境合理選材；（2）盡可能減小殘余應(yīng)力對于防腐是有利的