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1、电偶腐蚀磨损腐蚀1本讲稿第一页，共四十四页目目 录录1.定义定义 特点特点 2.实例实例 14 3.腐蚀环境选材误区腐蚀环境选材误区4.选材思路与影响因素选材思路与影响因素 5.选材常用资料选材常用资料 2本讲稿第二页，共四十四页常见腐蚀形态示意图常见腐蚀形态示意图3本讲稿第三页，共四十四页定义定义 特点特点电偶腐蚀电偶腐蚀：两种金属在同一介质中接触时，两种金属在同一介质中接触时，电位较低金属腐蚀速度加快，电位较高金电位较低金属腐蚀速度加快，电位较高金属腐蚀速度降低的局部腐蚀现象。属腐蚀速度降低的局部腐蚀现象。两种金属电位差两种金属电位差，电偶腐蚀倾向，电偶腐蚀倾向。阴极面积阴极面积，阳极面积
2、，阳极面积，阳极腐蚀，阳极腐蚀。4本讲稿第四页，共四十四页材料材料 介质介质“电动序电动序”按金属标准电极电位大小按金属标准电极电位大小排列的顺序表。排列的顺序表。标准电极电位：纯金属与介质中所含该金标准电极电位：纯金属与介质中所含该金属的离子处于平衡状态时的电极电位。属的离子处于平衡状态时的电极电位。“电偶序电偶序”按金属在特定介质（如海按金属在特定介质（如海水）中实测腐蚀电位的相对大小排列的序水）中实测腐蚀电位的相对大小排列的序列表。列表。5本讲稿第五页，共四十四页材料材料 介质介质电动序电动序用来判断金属腐蚀倾向，用来判断金属腐蚀倾向，电偶序电偶序用用来判断能否发生电偶腐蚀，并判断谁是阳
3、来判断能否发生电偶腐蚀，并判断谁是阳极。极。电偶序电偶序只能判断发生电偶腐蚀的只能判断发生电偶腐蚀的可能性可能性，不能肯定电偶腐蚀是否一定发生及其不能肯定电偶腐蚀是否一定发生及其速速度度大小。大小。6本讲稿第六页，共四十四页材料材料 介质介质由于金属在很多环境中的相对腐蚀趋势大由于金属在很多环境中的相对腐蚀趋势大体相同，所以可体相同，所以可借用借用“金属或合金在海水金属或合金在海水中的中的电偶序电偶序”初步判断在其他环境中腐蚀初步判断在其他环境中腐蚀电流的大致方向，但电流的大致方向，但例外例外的情况也是常有的情况也是常有的。的。7本讲稿第七页，共四十四页实例实例1 1：甲醇装置：甲醇装置变换工
4、段变换工段COCO饱和塔饱和塔的电偶腐蚀的电偶腐蚀 填料塔，筒体、封头及主体接管材料为填料塔，筒体、封头及主体接管材料为 WST E36，与，与16MnR相近相近。介质为介质为CO、H2、H2O。塔填料原为塔填料原为陶瓷陶瓷环环 第第1步步改用改用1Cr13鲍尔环以解决瓷环大量破碎鲍尔环以解决瓷环大量破碎堵塔堵塔停车问题停车问题第第2步步 8本讲稿第八页，共四十四页实例实例1 1：甲醇装置：甲醇装置变换工段变换工段COCO饱和饱和塔的电偶腐蚀塔的电偶腐蚀 运行后却出现塔体、塔内构件及塔体接管运行后却出现塔体、塔内构件及塔体接管的的腐蚀腐蚀，以管线为甚。，以管线为甚。腐蚀产物沉积于填料表面，使部
5、分填料互腐蚀产物沉积于填料表面，使部分填料互相粘连，造成相粘连，造成堵塞堵塞而影响传质传热效果。而影响传质传热效果。鲍尔环，管线及塔体内部的可拆件均换鲍尔环，管线及塔体内部的可拆件均换成成188SS，解决了填料环堵塞问题，解决了填料环堵塞问题第第3步步 9本讲稿第九页，共四十四页实例实例1 1：甲醇装置：甲醇装置变换工段变换工段COCO饱和塔饱和塔的电偶腐蚀的电偶腐蚀 消除了填料环堵塞问题，但产生新的腐蚀，消除了填料环堵塞问题，但产生新的腐蚀，塔主体腐蚀加剧塔主体腐蚀加剧。腐蚀严重区域出现在下起第一道环焊缝腐蚀严重区域出现在下起第一道环焊缝的上的上300300至下至下500mm500mm。减薄
6、严重部位是进。减薄严重部位是进气孔和出水孔附近，以进气孔附近更为气孔和出水孔附近，以进气孔附近更为突出。突出。壁厚减薄最重处，壁厚减薄最重处，nn：2516mm2516mm，严重，严重影响塔的安全使用。影响塔的安全使用。10本讲稿第十页，共四十四页实例实例1 1：甲醇装置：甲醇装置变换工段变换工段COCO饱和塔饱和塔的电偶腐蚀的电偶腐蚀 腐蚀比较均匀，表面比较光滑，但腐蚀腐蚀比较均匀，表面比较光滑，但腐蚀区域区域集中集中和有限，可排除塔体整体均匀和有限，可排除塔体整体均匀腐蚀和单一材料的电化学腐蚀；腐蚀和单一材料的电化学腐蚀；最严重腐蚀部位在管口周围，而不是管最严重腐蚀部位在管口周围，而不是管
7、口对面，口对面，排除介质冲刷腐蚀排除介质冲刷腐蚀。11本讲稿第十一页，共四十四页实例实例1 1：甲醇装置：甲醇装置变换工段变换工段COCO饱和饱和塔的电偶腐蚀塔的电偶腐蚀 由由陶瓷陶瓷1Cr13，使塔体、内件及接管、，使塔体、内件及接管、管线腐蚀，腐蚀产物沉积填料上管线腐蚀，腐蚀产物沉积填料上填料、塔内件、接管及大部分管线由填料、塔内件、接管及大部分管线由1Cr13 188SS，使原先较严重的腐蚀，使原先较严重的腐蚀现象基本消除，腐蚀严重区域移至没有现象基本消除，腐蚀严重区域移至没有更换材料的塔主体。更换材料的塔主体。断定该塔的腐蚀属于断定该塔的腐蚀属于电偶腐蚀电偶腐蚀。12本讲稿第十二页，共
8、四十四页实例实例1 1：甲醇装置：甲醇装置变换工段变换工段COCO饱和塔饱和塔的电偶腐蚀的电偶腐蚀 解决措施解决措施采用和塔内构件相同的采用和塔内构件相同的SS。考虑到经济因素，在安全分析的基础上，考虑到经济因素，在安全分析的基础上，采用采用SS筒节取代严重腐蚀筒节，实践证明，筒节取代严重腐蚀筒节，实践证明，效果良好。效果良好。13本讲稿第十三页，共四十四页实例实例2 2：氯化氢塔中段塔节电偶腐蚀氯化氢塔中段塔节电偶腐蚀 塔高塔高28m，直径，直径1m；顶部温度；顶部温度25，塔底，塔底135，中部，中部5070；压力；压力1.2MPa；介；介质为质为HCl，CCl4，CHCl3；含水率；含水
9、率100ppm；原用材质原用材质304L，因塔体中段腐蚀严重，部，因塔体中段腐蚀严重，部分塔段改用分塔段改用316L内衬镍板内衬镍板更换更换14本讲稿第十四页，共四十四页实例实例2 2：氯化氢塔中段塔节电偶腐蚀氯化氢塔中段塔节电偶腐蚀大修发现衬大修发现衬Ni板下部、进口管对面部位严板下部、进口管对面部位严重腐蚀。重腐蚀。衬衬Ni板下部、进口管对面腐蚀严重。距焊板下部、进口管对面腐蚀严重。距焊缝缝67mm多处穿孔（见图），多处穿孔（见图），1mm，穿，穿孔附近减薄，最薄处只剩孔附近减薄，最薄处只剩1mm。15本讲稿第十五页，共四十四页实例实例2 2：氯化氢塔中段塔节电偶腐蚀氯化氢塔中段塔节电偶腐
10、蚀塔壁中部最严重处，衬塔壁中部最严重处，衬Ni层与层与SS的焊缝已的焊缝已完全腐蚀消失，轻轻一撬，完全腐蚀消失，轻轻一撬，Ni板分层脱落板分层脱落与与Ni连接处的连接处的316L，腐蚀严重，深度达，腐蚀严重，深度达23mm，离，离Ni板越远腐蚀越轻。板越远腐蚀越轻。316L与与304L 焊缝处，焊缝处，304L腐蚀严重，只腐蚀严重，只剩剩1mm厚。厚。16本讲稿第十六页，共四十四页实例实例2 2：氯化氢塔中段塔节电偶腐蚀氯化氢塔中段塔节电偶腐蚀17本讲稿第十七页，共四十四页实例实例2 2：氯化氢塔中段塔节电偶腐蚀氯化氢塔中段塔节电偶腐蚀 现场覆膜金相现场覆膜金相未发现晶间腐蚀未发现晶间腐蚀迹象
11、。迹象。塔壁腐蚀穿孔是发生在壁厚严重减薄的塔壁腐蚀穿孔是发生在壁厚严重减薄的凹坑处的自然穿孔，凹坑处的自然穿孔，不是孔蚀不是孔蚀。Ni与与316L之间存在电偶腐蚀之间存在电偶腐蚀。316L与与304L焊接处，由于焊接处，由于NiSS、316L304L两个电偶的共同作用，两个电偶的共同作用，304L产生产生严重的腐蚀。严重的腐蚀。18本讲稿第十八页，共四十四页实例实例2 2：氯化氢塔中段塔节电偶腐蚀氯化氢塔中段塔节电偶腐蚀 穿孔距焊缝穿孔距焊缝67mm，属，属HAZ，加速腐，加速腐蚀蚀图中沿焊缝从上到下流线状腐蚀，该区正图中沿焊缝从上到下流线状腐蚀，该区正处于进口管对面，流体冲刷加速钝化膜破处于
12、进口管对面，流体冲刷加速钝化膜破坏，坏，冲刷冲刷与腐蚀相互促进。与腐蚀相互促进。电偶、电偶、HAZ和冲刷腐蚀的联合作用，该区和冲刷腐蚀的联合作用，该区出现严重的活性凹坑腐蚀，使设备穿孔。出现严重的活性凹坑腐蚀，使设备穿孔。19本讲稿第十九页，共四十四页实例实例2 2：氯化氢塔中段塔节电偶腐蚀氯化氢塔中段塔节电偶腐蚀 结论：结论：氯化氢塔中段塔节严重腐蚀的原因是氯化氢塔中段塔节严重腐蚀的原因是电偶电偶、HAZHAZ和和冲刷腐蚀冲刷腐蚀的联合作用，使该区出现的联合作用，使该区出现了严重的活性溶解。了严重的活性溶解。建议建议开展更为严格的选材试验、研究。开展更为严格的选材试验、研究。20本讲稿第二十
13、页，共四十四页提示提示 解决解决“实例实例1”电偶腐蚀的有效措电偶腐蚀的有效措施恰好是构成施恰好是构成“实例实例2”电偶腐蚀的电偶腐蚀的直接原因，直接原因，要要具体问题具体分析具体问题具体分析。21本讲稿第二十一页，共四十四页定义定义 特点特点磨损腐蚀磨损腐蚀：腐蚀介质与金属构件相对运动腐蚀介质与金属构件相对运动使构件局部表面遭受严重的腐蚀破坏现使构件局部表面遭受严重的腐蚀破坏现象。象。效果非效果非“磨损磨损”与与“腐蚀腐蚀”的简单叠加，的简单叠加，而是交互作用彼此促进的。而是交互作用彼此促进的。“湍流湍流”与与“气蚀气蚀”是磨损腐蚀两种特殊是磨损腐蚀两种特殊形式。形式。22本讲稿第二十二页，
14、共四十四页实例实例3 3：酒精厂立式蒸煮罐破裂：酒精厂立式蒸煮罐破裂事故经历事故经历：19971997年年2 2月月9 9日日4 4：20am20am，某酒，某酒精厂精厂3#3#蒸煮罐破裂，沸腾的玉米糊喷出；蒸煮罐破裂，沸腾的玉米糊喷出；死亡死亡1 1人，重伤人，重伤3 3人，轻伤人，轻伤1 1人。人。19931993年年9 9月月设备启用，设备启用，运行运行3 3年多年多。裂纹状况裂纹状况：进料口补强圈上沿：进料口补强圈上沿30mm30mm处起处起裂，裂，1020mm1020mm长，纵向裂纹（图）长，纵向裂纹（图）。23本讲稿第二十三页，共四十四页实例实例3 3：酒精厂立式蒸煮罐破裂：酒精厂
15、立式蒸煮罐破裂工艺流程工艺流程：5个蒸煮罐串联，第个蒸煮罐串联，第3个发生个发生事故。压缩机出口压力：事故。压缩机出口压力：0.50.6MPa，到第，到第5个达：个达：0.10.2MPa 是是降压降压过过程。程。结构特征结构特征：罐内介质下进上出，接管端部：罐内介质下进上出，接管端部与罐壁与罐壁平齐平齐。n：10mm，裂纹处仅剩，裂纹处仅剩0.40.9mm厚，进料口上部区域严重厚，进料口上部区域严重减薄。壳体材料：减薄。壳体材料：Q235-C。24本讲稿第二十四页，共四十四页实例实例3 3：酒精厂立式蒸煮罐破裂：酒精厂立式蒸煮罐破裂比较分析比较分析：另一工厂同样工况，采用：另一工厂同样工况，采
16、用插入插入式式接管结构（图），未发生壁厚局部减接管结构（图），未发生壁厚局部减薄现象。薄现象。结论与建议结论与建议：气蚀、磨损腐蚀是事故的主：气蚀、磨损腐蚀是事故的主要原因。将接管端部与罐壁的要原因。将接管端部与罐壁的“平齐结构平齐结构”改为改为“插入式结构插入式结构”可避免此类事故。可避免此类事故。25本讲稿第二十五页，共四十四页实例实例3 3：酒精厂立式蒸煮罐破裂：酒精厂立式蒸煮罐破裂26本讲稿第二十六页，共四十四页实例实例3 3：酒精厂立式蒸煮罐破裂：酒精厂立式蒸煮罐破裂27本讲稿第二十七页，共四十四页实例实例4 4：搅拌釜合并进出口引发爆炸：搅拌釜合并进出口引发爆炸28本讲稿第二十八页
17、，共四十四页实例实例4 4：搅拌釜合并：搅拌釜合并“进、出料口进、出料口”引引发爆炸发爆炸一一间歇间歇操作搅拌釜，为减少容器开孔、操作搅拌釜，为减少容器开孔、布管紧凑，将液态物料布管紧凑，将液态物料“进、出料口进、出料口”合并，位于下封头中心。合并，位于下封头中心。接管端部与下封头采用接管端部与下封头采用“平齐结构平齐结构”，以，以满足排液需要，但引发满足排液需要，但引发气蚀气蚀、闪蒸闪蒸，使管，使管口附近封头壁厚减薄。口附近封头壁厚减薄。物料中含固体颗粒，桨叶的物料中含固体颗粒，桨叶的下返料下返料搅拌作搅拌作用加速下封头用加速下封头磨损磨损。29本讲稿第二十九页，共四十四页实例实例4 4：搅
18、拌釜合并：搅拌釜合并“进、出料口进、出料口”引引发爆炸发爆炸“进、出料口进、出料口”附近成为附近成为检测死角检测死角。内。内部检测受到搅拌轴、桨叶限制；外部检部检测受到搅拌轴、桨叶限制；外部检测受到外保温层、管法兰限制。测受到外保温层、管法兰限制。由于对此类情况重视不够，使管口附近下由于对此类情况重视不够，使管口附近下封头壁厚封头壁厚严重减薄严重减薄，引发搅拌釜爆炸。，引发搅拌釜爆炸。30本讲稿第三十页，共四十四页提示：提示：液体由狭窄的管路进入相对宽阔的容液体由狭窄的管路进入相对宽阔的容器空间，在压力有所降低的同时，会产器空间，在压力有所降低的同时，会产生生气蚀气蚀、闪蒸闪蒸、磨损腐蚀磨损腐
19、蚀，使管口附近，使管口附近容器壳体局部容器壳体局部壁厚减薄壁厚减薄。31本讲稿第三十一页，共四十四页腐蚀环境选材误区腐蚀环境选材误区1.事先事先不查阅资料；不查阅资料；2.忽视忽视结构结构对腐蚀的影响；对腐蚀的影响；3.认为认为SS是是万能万能的耐蚀材料；的耐蚀材料；4.忽视忽视加工加工（焊接）对腐蚀的影响；（焊接）对腐蚀的影响；5.不重视大气、水、蒸馏水等的腐蚀。不重视大气、水、蒸馏水等的腐蚀。32本讲稿第三十二页，共四十四页选材的思路与影响因素选材的思路与影响因素成分决定组织，组织决定性能，性能决定成分决定组织，组织决定性能，性能决定选用。同时应注意选用。同时应注意“加工加工”、“环境环境
20、”、“比较比较”三环节。三环节。加工加工 环境环境 比较比较成分成分组织组织性能性能选用选用33本讲稿第三十三页，共四十四页“性质性质”与与“性能性能”性质：一种事物所性质：一种事物所固有固有的、区别于其他事的、区别于其他事物的属性。物的属性。性能：某种事物的性质在性能：某种事物的性质在特定环境特定环境条件下条件下所表现出的功能。所表现出的功能。二者的区别在于二者的区别在于“环境环境”，性质是固有的；，性质是固有的；环境是千变万化的；所以环境是千变万化的；所以对性能的要求是对性能的要求是变化变化的。的。34本讲稿第三十四页，共四十四页“性能性能”之一之一：nnPWHTPWHT临界应力临界应力S
21、c最大最大，可避免，可避免SCC。Scs -设计应力（外应力）设计应力（外应力）Sc4.5 应力集中应力集中处最大应力处最大应力显然显然“Sc4.5”是控制环节。是控制环节。n，经济，经济上不合理，受力分析更不合理。上不合理，受力分析更不合理。PWHT是合理措施。是合理措施。对已形成尖锐缺口部位：对已形成尖锐缺口部位：“4.5”，n和和 PWHT都无济于事。都无济于事。倍加防范。倍加防范。35本讲稿第三十五页，共四十四页“性能性能”之二之二：低（常）温高：低（常）温高温温s 体心立方材料的屈服强度；体心立方材料的屈服强度；S 面心立方结构材料的屈服强度；面心立方结构材料的屈服强度；c 断裂强度
22、；断裂强度；tk 韧脆转变温度韧脆转变温度Tc。36本讲稿第三十六页，共四十四页“性能性能”之二之二：低温高温：低温高温37本讲稿第三十七页，共四十四页“性能性能”之二之二：常温高温常温高温Te 等强温度等强温度 常温：常温：晶界晶界 细化晶粒细化晶粒比表面积比表面积 高温：高温：晶内晶内 粗晶粒粗晶粒比表面积比表面积38本讲稿第三十八页，共四十四页“性能性能”之二之二：常温高温：常温高温39本讲稿第三十九页，共四十四页“性能性能”之三之三：F F体体A A体体40本讲稿第四十页，共四十四页“性能性能”之四之四：高压：高压低、中压低、中压项目项目低、中压低、中压高压高压选材假设选材假设均匀、各
23、向同性均匀、各向同性裂纹体裂纹体基本理论基本理论弹性、塑性变形阶弹性、塑性变形阶段。薄膜理论，材段。薄膜理论，材料力学。料力学。裂纹形成与扩展的控裂纹形成与扩展的控制，引入断裂力学评制，引入断裂力学评定。定。管法兰管法兰 密封结构密封结构整体法兰整体法兰螺纹法兰（板式）螺纹法兰（板式）等径螺柱（栓）等径螺柱（栓）缩径螺柱缩径螺柱无自位性的垫片无自位性的垫片有自位性的透镜垫有自位性的透镜垫41本讲稿第四十一页，共四十四页“性能性能”之五之五：易受腐蚀的：易受腐蚀的“阳阳极极”金属材料的破坏是阳极反应的直接结果，金属材料的破坏是阳极反应的直接结果，腐蚀破坏总是主要集中在阳极区。所以需腐蚀破坏总是主
24、要集中在阳极区。所以需要注意：要注意：电极电位电极电位较低的金属较低的金属电偶腐蚀（避免电偶腐蚀（避免大阴小阳），大阴小阳），各种金属各种金属在不同介质中腐蚀在不同介质中腐蚀电位次序不同；电位次序不同；温度温度较高的部位较高的部位温差电池（注意局部温差电池（注意局部温差）；温差）；42本讲稿第四十二页，共四十四页“性能性能”之五之五：易受腐蚀的：易受腐蚀的“阳阳极极”3.浓度浓度较低的部位较低的部位氧浓度较低部位，盐氧浓度较低部位，盐离子浓度较低部位。缝隙腐蚀、点蚀、水离子浓度较低部位。缝隙腐蚀、点蚀、水线腐蚀等；线腐蚀等；4.变形变形较大部位及较大部位及应力应力集中处集中处焊接接头、焊接接头
25、、胀接处、弯曲处、划伤处等；胀接处、弯曲处、划伤处等；5.钝化膜破损处钝化膜破损处正确制定刷涂料方案；正确制定刷涂料方案；6.金属本体金属本体微观不均匀处微观不均匀处金相的基础。金相的基础。43本讲稿第四十三页，共四十四页“性能性能”之六之六：“临界值临界值”的讨的讨论论讨论讨论SCC中，中，“材料材料”有临界应力有临界应力Sc，“试样试样”有临界分压（浓度）。有临界分压（浓度）。作为压力容器作为压力容器产品没有产品没有“临界临界”的概念的概念，有可以接受的工程控制有可以接受的工程控制指标指标，或合于使用，或合于使用的实用的实用措施措施。“应力集中应力集中”、“介质浓缩介质浓缩”两个因素，两个因素，与与结构结构设计密切相关。设计密切相关。44本讲稿第四十四页，共四十四页