液氨压力容器应力腐蚀及预防措施研究.pdf

新疆机械工程学会论文 259 液氨压力容器应力腐蚀及预防措施 艾合买提江·加马力 (新疆维吾尔自治区质量技术监督审核评价中心) 摘要：本文从理论和实践调查分析液氨压力容器应力腐蚀极理，并从材料选 用，制造，使用等方面提出预防措施。 主题词：液氨应力腐蚀预防措施 液氨的应力腐蚀开裂是液氨压力容器受拉伸应力作用而发生的脆性断裂。， 它是最危险的腐蚀破坏形式之一。液氨压力容器的应力腐蚀既不是部件表面流下 宏观的破坏痕迹，也不减薄容器的壁厚，只是由内表及里沿纵深方向形成裂纹，往 往是缺陷还未被发现的情况下突然断裂。 液氨的应力腐蚀开裂一般可分成孕育阶段，扩展阶段和断裂阶段，在整个腐 蚀过程中前两个阶段的裂纹发展较暖慢，而一旦裂纹达到或超过临界裂纹深度时， 裂纹将迅速发展而产生失稳断裂。 液氨的应力腐蚀开裂的报道最早出现于美国。1971年美国联邦运输部(FDT) 召开会议指出，使用中的液氨运输槽约20一25％发生应力腐蚀开裂。 韩国、法国、日本等国先后都有关于液氨压力容器应力腐蚀开裂的报道。 在我国，由于应力腐蚀而导致液氨压力容器破裂而发生重大事故的情况也是 有报道。1973年山东某县化肥厂盛装液氨的6．45m3卧式液氨储罐在使用中突然 发生破裂爆炸，大量液氨泄露并发生二次爆炸着火，这事故给国家和工厂造成严重 损失。事后进行检查，发现断口齐平，有旧裂纹，经分析确认是液氨压力容器的应力 腐蚀开裂。 研究资料表明：液氨压力容器的应力腐蚀开裂与压力容器的材料、使用环境、 制造工艺及容器的用途有关。 一般情况下，无水液氨只队钢产生轻微的均匀腐蚀。但是，液氨压力容器在充 装、排料及检查过程中容易受到空气污染，大气中的氧和二氧化碳促进了液氨的应 力腐蚀，其反应如下： 2NH2+C02一NH4C02NH2 NH4C02NH2—，NH4一++C02NH2一 02+2NH4++Fe一2Fe2++20H一+2NH3 反应中产生的氨基甲酸氨对碳钢有强烈的腐蚀作用，它使钢材表面饨化膜在 260 2006年第二届七省区市机械工程学会科技论坛暨学会改革与发展研讨会论文集 拉伸应力的作用下发生滑移而导致破裂，并沿着此处产生阴极型的应力腐蚀裂纹。 液氨压力容器的应力腐蚀的拉伸应力主要是焊接残余应力。国内某厂1986年 为用户制造的五台16MnR氨储罐由于外来设计图纸没有注明要进行焊后消除残 余应力退火，这五台压力容器出厂后，其中三台使用不到两年先后发生封头和筒体 之间的应力腐蚀开裂，而在同期该厂用16MnR材料制造的多个大型氨储罐，按图 纸要求进行了焊后消除残余应力退火，而未发生应力腐蚀开裂现象。 理论分析表明，内压园筒压力容器纵焊缝处所受的一次膜应力为环焊缝受一 次膜应力的2倍。开裂部位的受力状态表明，产生应力腐蚀的拉伸应力于一次膜应 力关系不大，而是主要由焊接残余应力、局部应力而致。 液氨压力容器的应力腐蚀开裂，根据调查结果表明钢的强度越高应力腐蚀开 内制冷行业液氨压力容器几个主要生产厂家的调查表明艿s≥350Mpa的钢材制造 的液氨压力容器，如不采用焊后热处理来消除焊接残余应力，其罐体的应力腐蚀开 裂比列较大。为了避免应力腐蚀发生，并考虑制造的工艺性，有些厂家转而采用 209、Q235C钢材制造氨储罐。 液氨压力容器的应力腐蚀开裂与它的使用温度有明显关系。发生应力腐蚀的 容器绝大多数使用温度高于0℃，低温下发生液氨应力腐蚀的情况极为少见，温度 对液氨压力容器的应力腐蚀影响，除了温度升高有利于电化学腐蚀过程的进行外， 液氨中氧的浓度由于温度降低，氧的蒸发量相对的大于氨的蒸发量，从而减少了液 氨中的氧含量。这导致在低温下电化学反应过程急剧减缓，从而仰制了铁离子的形 成。 调查情况表明：液氨的应力腐蚀开裂大多发生在封头和筒节连接的环缝或丁 字头上，少数发生在铜节的丁字头焊缝处，这些部位都是液氨压力容器局部应力集 中的部位。某厂1984年以来发生的液氨应力腐蚀开裂的11台压力容器中，10台 发生在封头与筒节连接的环缝或丁字头上，一台发生在铜体的丁字焊缝上，而且这 些容器均为储存容器。 在制造过程中，由于工艺条件的限制，封头与简体的环缝往往采用带垫板单面 焊双面成型的工艺。这就在该部位形成液氨的滞留区，这些