蒸壓釜的腐蝕與防護(hù)

苗源

（廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院韶關(guān)檢測(cè)院，廣東 韶關(guān) 512023）

蒸壓釜的腐蝕與防護(hù)

苗源

（廣東省特種設(shè)備檢測(cè)研究院韶關(guān)檢測(cè)院，廣東 韶關(guān) 512023）

蒸壓釜又稱蒸養(yǎng)釜，廣泛應(yīng)用于建材、化工、橡膠等行業(yè)，如保溫石棉板、灰砂磚、高強(qiáng)度石膏、加氣混凝土砌塊、微孔硅酸鈣板、混凝土管樁、煤灰磚等建筑材料的高溫高壓蒸養(yǎng)養(yǎng)護(hù)。在蒸壓釜的防腐蝕設(shè)計(jì)上，主要是采用縮短設(shè)計(jì)壽命、增加腐蝕余量的辦法來克服嚴(yán)重的腐蝕問題。這種增加壁厚來延長(zhǎng)使用壽命的被動(dòng)方法，對(duì)均勻腐蝕會(huì)有一定的效果，但對(duì)點(diǎn)狀的電化學(xué)腐蝕效果不大。因此，蒸壓釜的設(shè)計(jì)、制造及使用單應(yīng)認(rèn)真應(yīng)對(duì)解決金屬腐蝕問題，在制造和使用環(huán)節(jié)采取有效措施防止或減緩腐蝕的發(fā)生，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少因嚴(yán)重腐蝕帶來的安全隱患。

蒸壓釜；腐蝕；防護(hù)

蒸壓釜是容積較大、重量較重的一種Ⅰ類或Ⅱ類大型壓力容器，筒體、釜蓋一般采用Q345（16MnR）鋼板，釜體法蘭、釜蓋法蘭一般采用16Mn整體鍛造加工，釜體由筒體和釜體法蘭焊接組成，釜蓋由釜蓋法蘭、傘齒板、球冠封頭焊接而成。釜體法蘭與釜蓋法蘭圓周均布的釜齒相嚙合，即可關(guān)閉蒸壓釜。釜體底部鋪設(shè)有導(dǎo)軌，供蒸養(yǎng)小車進(jìn)出和停放。釜內(nèi)還設(shè)置有蒸汽分配管，使蒸汽沿釜體縱向均勻分配。釜體外側(cè)布置有進(jìn)汽、排汽、排凝結(jié)水及安全閥、壓力表等各種管座。

蒸壓釜工作介質(zhì)一般為飽和蒸汽，設(shè)計(jì)壓力1.0～1.6MPa,最高工作壓力0.9～1.5MPa，設(shè)計(jì)溫度0～250℃，內(nèi)徑φ1.65～3.5m，長(zhǎng)度按需要可達(dá)30m或更長(zhǎng)。蒸壓釜在正常使用工況下，設(shè)計(jì)壽命為15年。其壓力不高，但體積龐大，蓄積的能量較大，一旦發(fā)生事故，后果非常嚴(yán)重，曾發(fā)生過蒸壓釜爆炸死亡10人的特大傷亡事故。蒸壓釜事故發(fā)生率比較高，占?jí)毫θ萜魇鹿士倲?shù)的近1/3，最主要原因多與快開門聯(lián)鎖保護(hù)裝置有關(guān)。2014年廣東省特檢院對(duì)某市全部在用的137條蒸壓釜進(jìn)行了核查，發(fā)現(xiàn)100臺(tái)存在安全聯(lián)鎖保護(hù)問題，比例高達(dá)73%，并經(jīng)廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)出了警示特種設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)的通報(bào)，特別強(qiáng)調(diào)對(duì)蒸壓釜使用企業(yè)的安全聯(lián)鎖保護(hù)裝置加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)，對(duì)安全聯(lián)鎖保護(hù)裝置配備不齊或者失效的，應(yīng)當(dāng)立即停止使用。2016年制定了廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《蒸壓釜快開門聯(lián)鎖裝置安全技術(shù)條件》（DB44/T 1830－2016），該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)蒸壓釜快開門設(shè)置了多重聯(lián)鎖裝置，可有效防止快開門帶來的安全隱患。

在對(duì)我市蒸壓釜全面檢驗(yàn)時(shí)，除快開門聯(lián)鎖裝置普遍存在缺陷外，還發(fā)現(xiàn)蒸壓釜底部普遍存在大量的腐蝕情況，更有嚴(yán)重的腐蝕深度已超過壁厚的一半，現(xiàn)僅針對(duì)其中某使用單位的4條腐蝕情況較為嚴(yán)重的釜進(jìn)行分析并提出處理意見。

1 蒸壓釜的運(yùn)行參數(shù)及腐蝕情況

蒸壓釜由某鍋爐廠于2005年5月生產(chǎn)，設(shè)計(jì)壓力1.4MPa，最高工作壓力1.3MPa，設(shè)計(jì)溫度197.3℃，內(nèi)徑2000mm，總長(zhǎng)22300mm，壁厚16mm，腐蝕余量4mm。該釜停用時(shí)間較多，于近期進(jìn)行全面檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)在釜的底部存在大量腐蝕坑，大多處在兩條軌道之間，最深處均處在軌道周圍及下部，腐蝕坑形狀不規(guī)則，深度超過腐蝕余量4mm的有20余處，最大深度達(dá)9mm，深度4mm以下腐蝕坑大量存在，四條蒸壓釜情況基本一致，見圖1、2。

圖1 釜體底部的點(diǎn)腐蝕

圖2 導(dǎo)軌部位的局部腐蝕

2 腐蝕原因

蒸壓釜每蒸養(yǎng)一次需要12 ～ 16h，釜內(nèi)介質(zhì)的溫度、壓力隨工作過程呈周期性變化。在一次工作過程中溫度從室溫緩慢升到195℃，保溫幾小時(shí)后再緩慢降到室溫。同時(shí)釜內(nèi)蒸汽壓力也從常壓升到1.3MPa，經(jīng)過穩(wěn)壓再降至常壓。在蒸壓釜通入蒸汽蒸養(yǎng)期間，釜壁金屬溫度相對(duì)進(jìn)入的飽和蒸汽溫度較低，釜壁會(huì)有冷凝水析出，釜內(nèi)蒸養(yǎng)材料表面也會(huì)有大量冷凝水析出，大量的冷凝水就會(huì)聚積在釜的底部，使釜底與釜頂部產(chǎn)生較大的溫差。頂部因溫度較高而膨脹伸長(zhǎng)量較大，底部因相對(duì)溫度較低，膨脹伸長(zhǎng)量較小，結(jié)果使底部不但承受釜內(nèi)工介質(zhì)壓力帶來的應(yīng)力外還要附加上更大的拉應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)蒸壓釜會(huì)出現(xiàn)一種所謂的“香蕉效應(yīng)”，造成釜體變形，中部向上凸起。當(dāng)上下壁溫度差大于40℃時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)復(fù)合應(yīng)力之和大于材料屈服極限的情況。從蒸養(yǎng)車上散落下來的一些加氣混凝土制品等的碎塊長(zhǎng)時(shí)間浸泡在釜底部凝結(jié)水中，并堆積在軌道周圍及釜底。由于加氣混凝土等蒸養(yǎng)制品在蒸養(yǎng)過程中會(huì)釋放出一些具有腐蝕性的氣體，并且釜內(nèi)溫度及壓力高低大小變化頻繁，在周期性變化的熱應(yīng)力、拉應(yīng)力和成份復(fù)雜的凝結(jié)水等的共同作用下，極易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕和金屬疲勞等共同作用下的腐蝕，比單純的腐蝕復(fù)雜得多、條件惡劣得多。

加氣混凝土砌塊在蒸汽養(yǎng)護(hù)時(shí),高溫高壓的飽和蒸汽通入釜內(nèi),在低溫混凝土砌塊表面放出熱量 ,形成凝結(jié)成水 ,少部分凝結(jié)水可滲入到砌塊的孔隙中，也有少部分蒸汽可直接進(jìn)入多孔的混凝土砌塊內(nèi)部，形成凝結(jié)水，并溶解 Ca(OH )2，成為 SiO2與 Ca(OH)2之間水熱合成反應(yīng)的介質(zhì)，大部分水分則會(huì)經(jīng)砌塊表面落入蒸壓釜底， 經(jīng)砌塊表面凝結(jié)而落入釜底的凝結(jié)水必然帶走部分溶解的Ca(OH)2和少量溶解度較低的硅酸鹽水化礦物等。由于蒸壓釜安裝處于水平位置，在凝結(jié)水排放不暢通的情況下，釜體內(nèi)的冷凝水在沉積時(shí)間內(nèi)不能循環(huán),經(jīng)不斷的沉積和升溫、降溫過程，并在釜內(nèi)呈氣 — 液相狀態(tài)，冷凝水中含有已溶解的 Ca(HO)2和其他物質(zhì)不斷濃縮，在高溫高壓下，蒸壓釜內(nèi)壁與呈高濃度堿性的冷凝水接觸，釜內(nèi)產(chǎn)生較強(qiáng)烈的電化學(xué)腐蝕—堿腐蝕。碳鋼在66℃以上的高濃度苛性堿液中就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，溫度達(dá)到93℃時(shí)，腐蝕速率非常大，且濃度越高，腐蝕越嚴(yán)重。在溶解氧、拉應(yīng)力和疲勞的共同作用下，腐蝕速度進(jìn)一步加大。

腐蝕機(jī)理為：

因此 ,在陽極附近氧化成的二價(jià)鐵離子 ,進(jìn)一步氧化成高價(jià)鐵離子 ,當(dāng)高價(jià)鐵離子在堿性溶液里析出時(shí) ,降低了水中鐵離子的濃度 ,從而使鋼鐵溶解得更快。

因此，破壞了金屬表面的鈍化膜，加速了堿腐蝕過程的持續(xù)發(fā)生，使腐蝕的程度不斷加大。

在蒸壓釜內(nèi)除凝結(jié)水的堿腐蝕外還存在汽空間的氧腐蝕，這種氧腐蝕可以發(fā)生在釜內(nèi)所有部位，釜體內(nèi)頂部往往較為嚴(yán)重，是釜內(nèi)空氣中的氧和鍋爐給水中溶解的氧共同作用的結(jié)果，這種腐蝕起初為帶有銹蝕色的斑點(diǎn)，后期逐漸擴(kuò)展為氧腐蝕坑。這種氧腐蝕的速度比堿腐蝕要小的很多。

3 腐蝕防護(hù)

由以上腐蝕原因可以看出，凝結(jié)水的沉積和濃縮、溶解氧的存在和應(yīng)力的作用產(chǎn)生腐蝕的主要因素，所以要減緩腐蝕就應(yīng)該從以上幾個(gè)因素加以防護(hù)。

3.1 冷凝水是腐蝕的關(guān)健因素

冷凝水不僅提供了腐蝕環(huán)境，而且還產(chǎn)生了釜體上下溫差應(yīng)力，這種拉應(yīng)力隨著溫度差的減小而降低，直至消失。所以蒸壓釜底部的排水系統(tǒng)設(shè)置和性能是很重要的，因此使用單位應(yīng)制定切實(shí)可行的蒸壓釜操作規(guī)程，明確運(yùn)行中冷凝水排放和停釜時(shí)對(duì)釜內(nèi)料渣清理的要求。對(duì)釜內(nèi)冷凝水經(jīng)常積聚的部位和排水系統(tǒng)給予定時(shí)清理和檢查，以防止堵塞，確保排水暢通，保證阻汽排水裝置必須有效可靠。使用單位還要經(jīng)常檢查基礎(chǔ)有無下沉等情況，防止釜體變形，造成冷凝水積存。如停釜時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)對(duì)釜底徹底進(jìn)行清理，采取封閉干燥保養(yǎng)等有效的防腐措施，防止停用期間的腐蝕發(fā)生。

在檢查中，發(fā)現(xiàn)多數(shù)使用單位的自動(dòng)控制箱的功能缺失，對(duì)上、中、下壁溫的監(jiān)測(cè)裝置失靈，無法正確顯示上下壁溫度，均要求進(jìn)行修復(fù)，以便作業(yè)人員能夠通過對(duì)上下部溫度的比較判斷蒸壓釜的應(yīng)力水平，當(dāng)發(fā)生冷凝水排放受阻引起蒸壓釜嚴(yán)重上拱變形時(shí)，應(yīng)采取緊急措施排放冷凝水，仍無效時(shí)應(yīng)停止運(yùn)行，并嚴(yán)格控制釜上下部溫差在小于40 ℃的范圍內(nèi)。

3.2 減少釜內(nèi)氧含量

蒸養(yǎng)車進(jìn)出時(shí)，應(yīng)快進(jìn)快出，縮短開釜時(shí)間，減少空氣進(jìn)入；提高蒸氣的品質(zhì)，減少蒸汽中的氧含量；在通入蒸汽蒸養(yǎng)前應(yīng)進(jìn)行抽真空，適當(dāng)提高真空度能夠有效減少釜內(nèi)的含氧量，加快蒸汽進(jìn)入坯體的速度和升溫速度，提高制品的蒸養(yǎng)質(zhì)量。

3.3 進(jìn)行防腐處理，抑制腐蝕電流的產(chǎn)生

由于蒸壓釜工作時(shí)介質(zhì)處于高溫高壓狀態(tài)，釜壁表面的水分子很容易在高溫高壓的作用下透過有機(jī)防腐涂層到達(dá)金屬基體，使釜壁發(fā)生腐蝕，從而達(dá)不到防腐的效果。有試驗(yàn)對(duì)各種防腐蝕涂層進(jìn)行大量試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析比對(duì)，試驗(yàn)結(jié)果顯示電弧噴涂金屬涂層比較適合蒸壓釜的腐蝕防護(hù)。

依據(jù)電化學(xué)防護(hù)原理，只有當(dāng)陽極金屬的電極電位比蒸壓釜基體更負(fù)時(shí)，才能起到犧牲陽極保護(hù)釜體金屬的作用。按金屬活性程度，鋁和鋅的活性高于鐵，相對(duì)鋼材可以作為陽極，在電解質(zhì)中它們會(huì)犧牲自己來保護(hù)下面的鋼材表面免受腐蝕。但鋅涂層的腐蝕電位隨溫度而發(fā)生明顯變化，很難適應(yīng)釜內(nèi)溫度的周期性變化。經(jīng)過釜內(nèi)兩個(gè)月的實(shí)驗(yàn)表明，鋅涂層有大量鼓泡，用手輕輕一揭就從基體上揭下來了，但鋁涂層幾乎沒有腐蝕跡象，試驗(yàn)表明150μm厚的鋁電弧噴涂層在蒸壓釜的工作環(huán)境下，可以起到防腐蝕20年以上。

4 結(jié)語

當(dāng)前在蒸壓釜的防腐蝕設(shè)計(jì)上，主要是采用縮短設(shè)計(jì)壽命、增加腐蝕余量的辦法來克服嚴(yán)重的腐蝕問題，腐蝕余量一般取4mm。按該鍋爐廠生產(chǎn)的蒸壓釜核算，壁厚16mm，腐蝕余量就占去了25%的壁厚，不僅增加了鋼材消耗，而且還增加了蒸壓釜制造的難度和成本，同時(shí)也在設(shè)備運(yùn)輸和安裝的工作中增加了大量的成本。這種增加壁厚來延長(zhǎng)使用壽命的被動(dòng)方法，對(duì)均勻腐蝕會(huì)有一定的效果，但對(duì)點(diǎn)狀的電化學(xué)腐蝕效果不大，在蒸壓釜中，往往會(huì)在腐蝕坑以外筒體壁厚幾乎無損失的情況下，就因底部的局部點(diǎn)腐蝕嚴(yán)重而使整臺(tái)設(shè)備報(bào)廢。

蒸壓釜的設(shè)計(jì)、制造及使用單位應(yīng)認(rèn)真應(yīng)對(duì)解決金屬腐蝕問題，在制造和使用環(huán)節(jié)采取有效的措施防止或減緩腐蝕的發(fā)生，既可減少制造安裝成本，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，又可減少因嚴(yán)重腐蝕帶來的安全隱患，取得經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的雙豐收。

[1]蒸壓釜.JC/T720-2011.

[2]承壓設(shè)備損傷模式識(shí)別.GB/T30579-2014.

[3]張志軍，曹露春，殷惠光.蒸壓反應(yīng)釜防腐蝕研究[J].腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2007.(6).

TQ052.4

A

1671-0711（2017）05（上）-0039-03