化工設(shè)備焊接接頭晶間腐蝕與防護(hù)

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化工設(shè)備是組成一家石油化工企業(yè)的基本。其隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)化工產(chǎn)品的需求不斷的增加，越來越多的設(shè)備在其設(shè)計(jì)能力下滿負(fù)荷運(yùn)行。因而目前對(duì)全球的化工企業(yè)而言，設(shè)備的防護(hù)保養(yǎng)方面，防止受到腐蝕發(fā)生故障而造成損失已成為十分重要的問題。大量專家也認(rèn)為，材料保護(hù)和防腐措施是降低維護(hù)費(fèi)用和使石油化工廠安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證。

化工設(shè)備腐蝕破壞四處可見，腐蝕事故頻頻發(fā)生，這除了因腐蝕本身所具有的自發(fā)性質(zhì)外，很大程度上是由于人們對(duì)腐蝕的危害性估計(jì)不足，對(duì)腐蝕防護(hù)的重要意義認(rèn)識(shí)不深，對(duì)腐蝕與防護(hù)科學(xué)缺乏應(yīng)有的知識(shí)，沒有采取防腐蝕措施、或采取的防腐蝕措施不當(dāng)所致。

而有關(guān)數(shù)據(jù)說明，各類設(shè)備類腐蝕現(xiàn)象中，焊接接頭晶間腐蝕尤為突出嚴(yán)重。其造成的經(jīng)濟(jì)損失不可估量。所以本文著重介紹焊接接頭腐蝕及晶間腐蝕的產(chǎn)生原因及防護(hù)。

下面就是一個(gè)典型的，由焊接接頭腐蝕而引起的化工生產(chǎn)事故?！吧綎|赫達(dá)股份有限公司9.12爆燃事故〞

2023年9月12日，山東赫達(dá)股份有限公司發(fā)生爆燃事故，造成2人重傷，2人輕傷，直接經(jīng)濟(jì)損失約230余萬元。山東赫達(dá)股份有限公司位于淄博市周村區(qū)王村鎮(zhèn)王村，注冊(cè)資本1900萬元，職工總數(shù)220人，主要從事纖維素醚系列產(chǎn)品、PAC精制棉、壓力容器制造等產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售。

1事故經(jīng)過

2023年9月12日11時(shí)10分左右，山東赫達(dá)股份有限公司化工廠纖維素醚生產(chǎn)裝置一車間南廠房在脫絨作業(yè)開始約1小時(shí)后，脫絨釜罐體下部封頭焊縫處突然開裂（開裂長(zhǎng)度120cm，寬度1cm），造成物料（含有易燃溶劑異丙醇、甲苯、環(huán)氧丙烷等）泄漏，車間人員聞到刺鼻異味后馬上撤離并通過電話向生產(chǎn)廠

長(zhǎng)報(bào)告了事故狀況，由于泄漏過程中產(chǎn)生靜電，引起車間爆燃。南廠房爆燃物擊碎北廠房窗戶，落入北廠房東側(cè)可燃物（纖維素醚及其包裝物）上引發(fā)火災(zāi)，北廠房員工迅速撤離并組織救援，10分鐘后火勢(shì)無法控制，救援人員全部撤離北廠房，北廠房東側(cè)發(fā)生火災(zāi)爆炸，2小時(shí)后消防車趕到火災(zāi)被撲滅。事故造成2人重傷，2人輕傷。

2事故判定及原因

以上這起事故，雖然沒造成十分嚴(yán)重的后果，但十分值得我們?nèi)ド钏?。最初判定其原因是由于晶間腐蝕及奧氏體不銹鋼焊接接頭腐蝕造成的事故。而其主要原因有以下兩點(diǎn)。

（1）事故發(fā)生的直接原因是：纖維素醚生產(chǎn)裝置無正規(guī)設(shè)計(jì)，脫溶釜罐體選用不銹鋼材質(zhì)，在長(zhǎng)期高溫環(huán)境、酸性條件和氯離子的作用下發(fā)生晶間腐蝕，造成罐體下部封頭焊縫強(qiáng)度降低，發(fā)生焊縫開裂，物料噴出，產(chǎn)生靜電，引起爆燃。

（2）事故發(fā)生的間接原因是：企業(yè)未對(duì)脫絨釜罐體的檢驗(yàn)檢測(cè)做出明確規(guī)定，罐體外包有保溫材料，檢驗(yàn)檢測(cè)方法不當(dāng)，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)脫絨釜晶間腐蝕現(xiàn)象，也未能從工藝技術(shù)角度分析出不銹鋼材質(zhì)的脫絨釜發(fā)生晶間腐蝕的可能性；生產(chǎn)裝置設(shè)計(jì)圖紙不符合國(guó)家規(guī)定，圖紙載明的設(shè)計(jì)單位為淄博泰科工程設(shè)計(jì)有限公司，但無設(shè)計(jì)公司單位公章，無設(shè)計(jì)人員簽字，未載明脫絨釜材質(zhì)要求，存在設(shè)計(jì)缺陷；脫絨釜操作工在脫絨過程中升氣閥門開度不足，存在超過工藝規(guī)程允許范圍（0.05MP以下）的現(xiàn)象，致使釜內(nèi)壓力上升，加速了脫絨釜下部封頭焊縫的開裂。安全現(xiàn)狀評(píng)價(jià)報(bào)告中對(duì)脫絨工序危險(xiǎn)有害分析不到位，未提及脫絨釜存在晶間腐蝕的危險(xiǎn)因素。

3晶間腐蝕及奧氏體不銹鋼焊接接頭腐蝕

石油化工生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)條件是多樣化的，它的操作溫度在-196～1100℃之間變化；操作壓力從真空到280.0MPa乃至更高的范圍內(nèi)變化，操作介質(zhì)更是多

種多樣，主要介質(zhì)包括了劇毒、可燃介質(zhì)，蒸汽和其它無危險(xiǎn)性介質(zhì)，因此對(duì)各類材料各類介質(zhì)的了解，及明確其腐蝕特點(diǎn)尤為重要。

對(duì)于上起事故的主要兩種腐蝕所造成的。

3.1晶間腐蝕

主要由于晶粒表面和內(nèi)部間化學(xué)成分的差異以及晶界雜質(zhì)或內(nèi)應(yīng)力的存在。晶間腐蝕破壞晶粒間的結(jié)合，大大降低金屬的機(jī)械強(qiáng)度。而且腐蝕發(fā)生后金屬和合金的表面仍保持一定的金屬光澤，看不出被破壞的跡象，但晶粒間結(jié)合力顯著減弱，力學(xué)性能惡化,不能經(jīng)受敲擊，所以是一種很危險(xiǎn)的腐蝕。尋常出現(xiàn)于黃銅、硬鋁合金和一些不銹鋼、鎳基合金中。不銹鋼焊縫的晶間腐蝕是化學(xué)工業(yè)的一個(gè)重大問題。

造成本起事故產(chǎn)生的晶間腐蝕的材質(zhì)是不銹鋼。當(dāng)受到應(yīng)力作用時(shí)，即會(huì)沿晶界斷裂、強(qiáng)度幾乎完全消失，這是不銹鋼的一種最危險(xiǎn)的破壞形式。晶間腐蝕可以分別產(chǎn)生在焊接接頭的熱影響區(qū)(HAZ)、焊縫或熔合線上，在熔合線上產(chǎn)生的晶間腐蝕又稱刀線腐蝕(KLA)。

不銹鋼具有耐腐蝕能力的必要條件是鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)必需大于10~12%。當(dāng)溫度升高時(shí)，碳在不銹鋼晶粒內(nèi)部的擴(kuò)散速度大于鉻的擴(kuò)散速度。由于室溫時(shí)碳在奧氏體中的溶解度很小，約為0.02%～0.03%，而一般奧氏體不銹鋼中的含碳量均超過此值，故多余的碳就不斷地向奧氏體晶粒邊界擴(kuò)散，并和鉻化合，在晶間形成碳化鉻的化合物。數(shù)據(jù)說明，鉻沿晶界擴(kuò)散的活化能力162～252KJ/mol，而鉻由晶粒內(nèi)擴(kuò)散活化能約540KJ/mol，即:鉻由晶粒內(nèi)擴(kuò)散速度比鉻沿晶界擴(kuò)散速度小，內(nèi)部的鉻來不及向晶界擴(kuò)散，所以在晶間所形成的碳化鉻所需的鉻主要不是來自奧氏體晶粒內(nèi)部，而是來自晶界附近，結(jié)果就使晶界附近的含鉻量大為減少，當(dāng)晶界的鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低到小于12%時(shí)，就形成所謂的“貧鉻區(qū)〞，在腐蝕介質(zhì)作用下，貧鉻區(qū)就會(huì)失去耐腐蝕能力，而產(chǎn)生晶間腐蝕。

晶間腐蝕示意圖如下圖所示。

3.2奧氏體不銹鋼焊接接頭的腐蝕

其原因是由于焊接接頭的化學(xué)成份不均勻，各部分存在電極電位差；組織不均勻，各部分耐蝕性能有差異；加上焊接剩余應(yīng)力的影響以及載荷下焊接接頭形狀引起的應(yīng)力集中的影響，使得焊接接頭成為化工設(shè)備上易發(fā)生腐蝕的薄弱部位。

焊接接頭比母材更簡(jiǎn)單腐蝕的現(xiàn)象在碳鋼和不銹鋼中都是存在的，只不過發(fā)生在不銹鋼焊接接頭上的腐蝕現(xiàn)象更明顯，后果也更嚴(yán)重。3.2.1焊縫及熱影響區(qū)的電極電位

焊縫區(qū)是一對(duì)接觸電池。由于不同的金屬材料接觸在一起，又放在腐蝕介質(zhì)中，這樣一部分電極電位低的材料為陽極，產(chǎn)生腐蝕溶解，另一部分電極電位較高的材料為陰極，在腐蝕介質(zhì)中被保護(hù)。

焊縫區(qū)域電位分布的基本形式

曲線a－母材與焊縫區(qū)域在電化學(xué)性質(zhì)上完全一致，排除了由于各部分電位不同引起的電化學(xué)腐蝕；

曲線b－焊縫金屬的電位比母材高，于是焊縫旁邊的母材被猛烈腐蝕；曲線c－母材電位比焊縫金屬的電位高，形成了大陰極（母材）與小陽極（焊縫金屬）的腐蝕電池。焊縫金屬因形成選擇性溶解而被迅速地腐蝕掉，

曲線d－兩種不同材料焊在一起，焊縫金屬的電位在兩種不同母材電位之間。

曲線e－電位較低的陽極區(qū)，距離焊縫熔合線有一定的距離，相當(dāng)于未加穩(wěn)定化元素的奧氏體不銹鋼或加穩(wěn)定化元素而未經(jīng)穩(wěn)定化處理的奧氏體不銹鋼在熱影響區(qū)中析出碳化鉻所造成的狀況。

曲線f－電位較低的陽極區(qū)在熔合線上，則相當(dāng)于因焊接造成穩(wěn)定型奧氏體不銹鋼碳化鈦（碳化鈮）等溶解或鐵素體類不銹鋼敏化處理所帶來的結(jié)果。3.2.2焊接接頭的腐蝕類型

焊接接頭的腐蝕類型有好多種，譬如：均勻腐蝕、焊縫局部腐蝕、母材局部腐蝕、熱影響區(qū)晶間腐蝕、焊縫晶間腐蝕、刀狀腐蝕等。

本次事故