壓力容器材料劣化的原因
一、劣化
任何與容器表面接觸的物質(zhì),無論是有機或無機組分、污水或淡水、蒸汽或空氣,都可能在容器表面引起劣化。劣化的形式可以是電化學(xué)、化學(xué)、機械或以上三種形式的綜合。劣化可能由于溫度、應(yīng)力、疲勞(包括由振動和壓力變化引起的疲勞)、沖擊、高速沖刷或紊流所致。
二、腐蝕
腐蝕是引起壓力容器材質(zhì)劣化的主要原因,并且可能發(fā)生在容器的任何部位。劣化的嚴重程度受介質(zhì)中腐蝕性物質(zhì)的濃度、溫度、特性以及材料耐蝕性的影響。煉油廠中最常見的內(nèi)部腐蝕介質(zhì)是硫化物和氯化物組分、苛性堿、無機酸、有機酸、水(特別是低pH的水)、沉積物或疏松的腐蝕性化學(xué)物質(zhì),其他用于特殊工藝過程的化學(xué)物質(zhì)也可能腐蝕容器。例如,由于苛性堿與應(yīng)力共同作用引起的應(yīng)力腐蝕斷裂,嚴重的石墨化腐蝕,孔洞式和層間型脫鋅腐蝕,沉積物堵塞及沉積物下腐蝕。外部腐蝕,特別是隔熱層內(nèi),隨著濕度的增加而加快,該種腐蝕還隨空氣環(huán)境中的污染物而加速發(fā)展。在工業(yè)區(qū)和海濱地區(qū)的環(huán)境條件下特別易于引起腐蝕。
三、沖蝕
沖蝕是指由固體顆?;蛞旱卧诓牧媳砻娴臎_刷引起的表面材料損耗,經(jīng)常發(fā)生在節(jié)流處、流向轉(zhuǎn)變處或由于紊流引起的高流速處。典型的沖蝕發(fā)生在出入口的接管處、內(nèi)部管線、隔柵或塔盤折流板、進口接管正對的容器壁、內(nèi)部支承板和受沖擊的折流板處。
四、組織和成分變化
壓力容器在可能引起材料顯微結(jié)構(gòu)和金相組織變化的工況下運行時,顯微結(jié)構(gòu)和金相組織的變化常常影響金屬的力學(xué)性能,并導(dǎo)致裂紋或其他劣化。微觀組織變化既可由對金屬的加熱和冷卻失誤所致,也可由金屬的化學(xué)成分變化所致。這些變化的例子有石墨化、氫脆、碳化合物析出、晶間腐蝕和脆化。
五、機械應(yīng)力
如不采取預(yù)防機械應(yīng)力的措施,將引起容器失效。溫度驟變、周期性溫度變化、振動、任何原因引起的超壓力波動以及外界載荷等都是機械應(yīng)力源。裂紋、鼓脹、扭曲和內(nèi)部裝置的傾覆是機械應(yīng)力作用的表征。
六、選材錯誤或加工失誤
在壓力容器上發(fā)生的許多問題都可以歸結(jié)到選材錯誤或加工失誤。由于選材錯誤或加工失誤造成的問題有斷裂、泄漏、堵塞和嚴重腐蝕。在制造容器前或制造容器的過程中,容器材料內(nèi)部的夾層如果未被發(fā)現(xiàn),在容器投入運行后,夾層可能擴張,當夾層擴張至板材表面時,就表現(xiàn)為裂紋。板材中可能存在表面難以發(fā)現(xiàn)的缺陷,腐蝕后,這些缺陷會導(dǎo)致泄漏。如果泄漏非常嚴重或裂紋接近臨界值,則會導(dǎo)致失效。對于新工藝缺乏經(jīng)驗,可能會造成選材不當而導(dǎo)致嚴重腐蝕。修理時采用物理性能不合適的材料也能導(dǎo)致嚴重腐蝕或失效。
七、制造錯誤
制造錯誤包括焊接質(zhì)量差、熱處理不當、制造配合尺寸超出GB150.1~150. 4-2011的尺寸誤差范圍、內(nèi)部設(shè)備安裝不當、法蘭或螺紋接頭組件不匹配。
(1)焊接質(zhì)量差
不正確的焊接工藝或粗糙的焊接可能會引起未焊透、未熔合、裂紋、咬邊、夾渣和氣孔,其中任何一種情況都可導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生或引起失效。
(2)熱處理不當
熱處理不當會造成焊縫附近的殘余應(yīng)力偏高,影響金屬的物理性能及其耐蝕性,也可導(dǎo)致材料硬化,并可在振動影響下開裂。高殘余應(yīng)力可能導(dǎo)致在容器運行一段時間后出現(xiàn)延遲裂紋,尤其是在接管和補強板周圍。在腐蝕條件下,高殘余應(yīng)力可導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕裂紋,也可導(dǎo)致耐蝕性的改變。熱處理溫度過高或保溫時間過長會造成材料的損害,以至于材料的物理性能不能滿足技術(shù)要求。
(3)尺寸偏差
制造工藝不當可導(dǎo)致誤差超過GB150.1~150. 4--2011允許的范圍,這將導(dǎo)致應(yīng)力集中并可能引起失效。
(4)安裝不正確
內(nèi)部設(shè)備的不正確安裝可降低運行效率、通道堵塞及在壓力波動時內(nèi)部設(shè)備的移位。
(5)組裝不正確
法蘭、螺紋連接組件的不匹配或緊固不當可引起滲漏,如果是螺紋連接則會造成完全失效。
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