Коррозия и защита толстостенных труб из нержавеющей стали
В нефтехимическом оборудовании широко используются толстостенные трубы из нержавеющей стали из-за их хорошей термопластичности и коррозионной стойкости, но они могут подвергаться коррозии и повреждаться в определенных условиях среды, таких как точечная коррозия, межкристаллитная коррозия и коррозия под напряжением.
Коррозионное растрескивание под напряжением — это форма коррозионного повреждения, которое возникает без предупреждения, повреждение быстрое и более серьезное. Из-за непредсказуемости хрупкого разрушения оно представляет серьезную угрозу для безопасной длительной эксплуатации химического оборудования. Поэтому необходимо изучить причины стресс-коррозии толстостенных труб из нержавеющей стали и принять эффективные меры защиты.
1 Характеристика и механизм коррозии под напряжением
Толстостенные трубы из нержавеющей стали представляют собой коррозионное растрескивание при совместном действии специфических факторов коррозии и растягивающих напряжений, причем напряжения при растрескивании ниже предела прочности самого материала, а макроскопическая морфология разрушения – хрупкое разрушение. Обычно считается, что под действием растягивающего напряжения пассивирующая пленка, прикрепленная к поверхности металлического материала, разрывается, образуя ямки и очаги трещин, подвергая металлический материал воздействию агрессивной среды.
Под повторяющимся действием растягивающего напряжения вновь образовавшаяся пассивирующая пленка продолжает разрушаться. , трещина продолжает расширяться вдоль направления растягивающего напряжения, а в области окклюзии вершины трещины образуется водород, который диффундирует в металл, вызывая катализ, и под действием растягивающего напряжения происходит хрупкое разрушение. Хрупкие трещины продолжают распространяться по глубине до тех пор, пока металлический материал не разрушится и не выйдет из строя.
2 Факторы, влияющие на стресс-коррозию
2.1 Агрессивная среда
Существует множество сред, вызывающих коррозию под напряжением толстостенных труб из нержавеющей стали. Наиболее распространенными в нефтехимической промышленности являются следующие: ионы хлорида, щелочь, полисерная кислота, водный раствор сероводорода, сульфатный радикал, нитратный радикал, водный раствор фторид-иона и т. д. Существует много случаев коррозии под напряжением толстостенных труб из нержавеющей стали. вызываемые ионами хлора. Коррозия под напряжением ионов хлорида должна удовлетворять требованиям, предъявляемым к среде, нейтральной и содержащей окислители или растворенный кислород. Скорость коррозии под напряжением увеличивается с увеличением концентрации ионов хлора.
Когда коррозионная среда находится при температуре от 50 до 200°C, тенденция к возникновению коррозии под напряжением является наибольшей. Коррозия под напряжением щелочи также должна происходить в аэробных условиях. Когда температура щелочи достигает точки кипения, это вызывает коррозионное растрескивание металлических материалов под напряжением. Скорость коррозии под напряжением замедляется по мере уменьшения концентрации щелочи. При концентрации щелочи ниже 50 % коррозия под напряжением почти не возникает.
Лиентосерная кислота в основном образуется в результате появления сульфида железа на поверхности металла и кислорода и воды в воздухе во влажной среде во время остановки и обслуживания оборудования. Когда толстостенная трубка из нержавеющей стали находится в сенсибилизированном состоянии и существует растягивающее напряжение, металлический материал может вызвать коррозию под напряжением после контакта с политионатом. Стресс-коррозия полисерной кислоты также связана со значением pH. Когда значение pH больше 5, вероятность возникновения коррозии под напряжением мала, и коррозия под напряжением ускоряется с уменьшением значения pH.
2.2 Стресс
Напряжение, вызывающее коррозию под напряжением толстостенных труб из нержавеющей стали, в основном возникает из-за рабочей нагрузки, остаточного напряжения во время обработки оборудования, термического напряжения и напряжения при сборке. Среди них на повреждение, вызванное остаточным напряжением, приходится наибольшая доля коррозии под напряжением, на которую приходится около 80%. В процессе обработки и монтажа оборудования неизбежны остаточные напряжения.
Наиболее распространенными остаточными напряжениями являются остаточное напряжение сварки, остаточное напряжение, вызванное холодной обработкой и изгибом, а также остаточное напряжение, вызванное расширительной трубой. Чем больше остаточное напряжение, тем легче вызвать коррозионное растрескивание под напряжением.