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液氨贮罐应力腐蚀分析与对策南通江山农化公司设计室高红云摘要：对可能引起液氨贮罐腐蚀的几个方面进行了分析，并提出了相应的防治措施。关键词：液氨贮罐；应力腐蚀；分析；措施引言液氨贮罐广泛应用于化工、化肥、制冷、冶金、农药等企业。南通江山农药化工股份有限公司有大小六个制冷站，每个制冷站都配置2—3台液氨贮罐。在制冷站的运行过程中，液氨贮罐焊缝处多次发生泄漏，经分析，液氨贮罐的泄漏最大可能是应力腐蚀，成为在用压力容器重大事故隐患之一，给我公司的安全管理带来相当大的难度。本文通过对液氨贮罐可能引起应力腐蚀的几个方面进行了分析，并提出了相应的防护措施，以防止腐蚀的方法。1液氨贮罐应力腐蚀裂纹的特征1)应力腐蚀是指金属在持久的拉应力和腐蚀性环境联合作用下产生腐蚀裂纹,并使裂纹迅速扩展,从而可能出现的早期性破坏的腐蚀形式。2)引起材料应力腐蚀破裂的应力是拉应力,而非压应力。应力的来源可以是构件在制造过程中的残余内应力，也可以是设备、构件在使用过程中所承受的各种应力。对液氨贮罐检验情况证明：由制造加工过程的残余应力而引起贮罐应力腐蚀裂纹的占大多数。3)使某一材料发生应力腐蚀的介质是特定的介质，不是任意介质，就液氨贮罐贮存的介质及制造用材低碳钢及焊接性较好的低合金高强度钢而言，可能引起应力腐蚀裂纹的介质主要是液氨。4)腐蚀只局限于裂纹的尖端。应力腐蚀主要沿着裂纹的尖端发展，而对于金属的其它表面，包括裂纹的2个侧面，往往未发现腐蚀或仅有轻微的腐蚀迹象。因此在裂纹尖端处发生腐蚀的速度比发生在金属其它浸渍表面上的任何腐蚀过程要快得多，从而导致裂纹沿尖端扩展。2液氨贮罐应力腐蚀裂纹的分析液氨贮罐的应力腐蚀裂纹是发生在贮罐内表面焊缝区的微细裂纹，大多数裂纹与焊缝呈垂直状态(即横向裂纹)，且裂纹位于焊肉上，并向两侧母材延伸，多数多呈晶间开裂型，浸没在液氨的液相区罐体上裂纹较气相区为多。如我公司的一台液氨贮罐(材料为20g钢板)进行检验就发现应力腐蚀裂纹。该液氨贮罐直径为￠720mm、L=3000mm、δ=10mm，容积1m3，操作压力为1.5MPa，温度为≤40℃，检验发现，在内表面焊缝上发现十多处近百条裂纹，长度一般在10～25mm，个别长达40mm，裂纹深度在4～6mm。大多数裂纹出现在环焊缝上及筒体与接管的角焊缝上，裂纹断口没有塑性变形，呈现出典型的脆性裂纹特征。但在手工电弧焊引、收弧处及焊缝的“T”形接头处，应力腐蚀裂纹更严重。经过分析，发现液氨贮罐的表面主要是应力腐蚀引起的。液氨贮罐的应力腐蚀裂纹有如下规律：1)诱发应力腐蚀裂纹的主要因素是焊接残余应力。通过对液氨贮罐检验情况来看，板材越厚，焊接应力就越大，产生应力腐蚀的倾向就越大；残余应力越小，产生应力腐蚀裂纹的倾向就越小。如焊缝的起收弧处，“T”字形接头处等。焊接应力较大容易产生应力腐蚀；贮罐两端的椭圆形封头由于成型后多经退火热处理消除残余应力，则未在封头焊缝上发现裂纹。2)液氨贮罐母材强度越高，产生应力腐蚀裂纹的倾向就越大。据资料统计：343～490N／mm2的钢材，应力腐蚀裂纹率为92.8％。随着工业生产的不断发展，液氨贮罐也越来越大型化，越来越多地采用了高强度钢，随之也增加了产生应力腐蚀裂纹的危险性。3)液氨中的杂质对产生液氨贮罐应力腐蚀裂纹有明显的影响，而氧和二氧化碳的污染则会加速应力腐蚀。其反应过程如下：2NH3+C02NH4Co2NH2(氨基甲酸铵)NH4C02NH2NH+4+CO2NH2-02+2NH4++2Fe2Fe+++20H-+2NH3氨基甲酸铵对碳钢有很强的腐蚀作用，但由于上述反应进行得很缓慢，腐蚀仅仅局限在较小的范围内。因此，空气(O2，CO2等)的污染加速了液氨贮罐应力腐蚀。而大量的试验及现场经验表明：在液氨中加入0.2％以上的水具有缓蚀作用。但对于高强度调质钢，则0.2％的水尚不足以阻止应力腐蚀裂纹的扩展。因此，国外有主张在液氨贮罐中加入0.1％～0.25％水作为缓蚀剂或主张加入100ml的冷冻机油以减缓应力腐蚀裂纹。4)贮存温度对液氨贮罐的应力腐蚀有明显影响。绝大多数发现应力腐蚀裂纹贮罐的最高操作温度是在零度以上，至于常压贮存的一33℃液氨贮槽，则较少发现应力腐蚀裂纹。实践证明：在0℃以上操作的液氨贮罐大多数是在常温下使用，发生应力腐蚀裂纹的几率较高。其主要原因是由于液氨的应力腐蚀破裂亦是电化学腐蚀过程。温度的升高无疑有助于腐蚀的进行。低温贮存过程中液氨中的氧含量是不断蒸发减少的，而常温贮存的液氨中氧含量却不会降低。3防止液氨贮罐应力腐蚀的措施3．1设计与制造1)液氨容器除按一般压力容器规范和标准设计制造外，要特别注意选用合适的材料，按HG20581—1998(钢制化工容器材料选用规定》对于处在液氨应力腐蚀环境中的化工容器所用的材料其屈服强度应小于或等于355MPa。若最高屈服强度超过450MPa的钢材，则不适合制造贮氨容器，若设计制造较大容量的氨罐，则应考虑采用耐腐蚀的铬钼钢设计制造。同时，材料使用状态应至少为正火或正火+回火，退火，调质状态。2)所有焊缝均应经焊接工艺评定，包括对焊、补焊、堆焊、角焊。在满足强度要求的前提下，尽可能采用低强度焊接材料。焊缝外的起弧，打弧点(包括临时焊缝处)均应在焊后热处理前打磨0.3mm以上，并作磁粉或着色检查。3)制造氨罐的冷压封头应经消除应力热处理，与氨相接触的焊接区域其拉伸应力应控制在低限。可通过采用正确的焊接顺序如：手工电弧焊或埋弧焊等方法加以控制。避免强力组焊，消除焊缝处咬边、错边等易引起应力的缺陷。如果可能应对整台容器进行应力消除处理；若有困难可制定局部热处理的论据及方案，但钢材的屈服强度若小于300N／mm2，则不须做应力消除处理。3．2检测检验1)新设计制造的液氨压力容器应根据相应的技术标准、规程进行检查。2)新投用的贮氨容器，必须按规定进行内外部检验。并重点观察液气相界面及起、收弧处。“T”字缝接头处等部位。可能的话应对所有焊缝进行100％的磁粉探伤，同时对罐体上部焊缝进行抽查。对于氨罐这样的压力容器一定要实行周期性的定期检验制度。对贮氨容器进行内外部检验，并对前次发现裂纹的部位进行复验，监控产生新的裂纹及其裂纹扩展等情况，并根据检验的情况评定贮氨容器的安全等级，以及确定下次检验期等。3)对于在用贮氨容器检出不超过1／4壁厚和小于4mm深度的裂纹，根据经验可以采用打磨方法予以消除。对于深度较大的裂纹，则应进行焊补，焊补前也应进行打磨处理，将补焊处检出的裂纹全部消除并清理干净，预热加温防止焊接硬化，采用低氢焊条，焊后用磁粉探伤复查其有无缺陷，修补后必须做消除应力处理。3．3贮氨压力容器的使用1)充装料投用时，应尽量避免空气污染，并在液氨中加入少量(0．2％以上)水作为缓蚀剂，以减少氧的影响。2)贮入液氨后应维护容器的足够压力，避免形成真空以及氨气化，导致局部温度的快速波动。4结语1)液氨贮罐发生应力腐蚀裂纹是有一定条件的，它不仅与选材及制造过程有关，也与使用条件有关。2)预防液氨贮罐的应力腐蚀开裂有许多方法，如降低金属表面的应力水平(喷丸处理、材料的选择及新容器的消除应力处理)，添加水以减少氧的影响和牺牲阳极的阴极保护法等。3)对于贮罐、没有热处理的氨容器及氨贮车，在三年内必须进行全部的检查。并根据该检查结果确定下次检查的资料和考虑运转中检查的等级。[参考文献][1]董大勤．化工设备机械基础．北京：化学工业出版社，l989．[2]姜焕中．焊接方法与设备．北京：机械工业出版社，l9．[3]全国化工工程建设标准编辑中心．HG2058l—l998钢制化工容器材料选用规定．国家石油和化学工业局，l988．