腐蚀现象实质是环境介质对材料反应敏感性的反映。通常根据材料被腐蚀的速率,分成耐蚀材料、尚耐蚀材料和不耐蚀材料。由于千变万化的环境条件和材料的缺陷,使腐蚀变得复杂而难以预计。
1. 均匀腐蚀
由于化学或电化学反应,使材料表面失去金属,壁厚减薄失效的均匀腐蚀,可以参考经验、试验的腐蚀速率数据和设计寿命,选用耐腐蚀材料(含复合材料)或增加管道的腐蚀裕量。
2. 应力腐蚀
应力腐蚀泛指由于腐蚀和应力共同作用,造成结构材料破坏失效。包括应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳、磨蚀、氢脆和氢鼓泡等应力腐蚀,占腐蚀失效的1/3以上。要防止或减少应力腐蚀开裂,还要了解应力的性质和应力源。应力腐蚀开裂是拉应力与腐蚀共同作用的结果,而应力源主要来自焊接残余应力和加工残余应力以及热应力。因此,对有SCC倾向的材料-环境组合,在条件允许时应避开敏感区;管道布置时应注意增加其柔性,以降低热应力水平;设计文件中应明确提出热处理要求,以消除或降低残余应力。必要时选用超低碳双相不锈钢。
3. 局部腐蚀
局部腐蚀多属微电池作用引起的局部破坏,如点腐蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀以及不同电势序材料间的电化学腐蚀,局部腐蚀占腐蚀失效的30%左右。缝隙腐蚀一般发生在缝隙中。为此管道设计应尽量避免螺纹连接和承插焊连接。不同材料等级的管道,最好以法兰为界,避免异种钢材焊接,以避免材料问电化学腐蚀的发生。防止奥氏体不锈钢晶间腐蚀可选用超低碳材料;也可选用含稳定元素(Ti、Nb)材料;还可以对材料进行固溶处理。
4. 其他腐蚀
管道材料的防腐还应考虑大气的影响。海洋大气和工业大气由于氯离子、H2S和SO2等的作用,腐蚀有时甚至是严重的。不锈钢管在海洋大气或工业大气环境,进行表面防腐处理也有利于防止湿隔热状态下的腐蚀破坏。对含湿的酸性气体(如C和氯气管道,由于操作条件改变和气候的变化可能出现露点腐蚀。某厂生产装置大幅度增加水碳比约4周后,某换热器三通处突然爆破起火,爆破口壁厚仅剩3mm,据分析,高水碳比下,露点比原设计高约10℃,露点腐蚀和冲刷腐蚀共同导致了管道破坏失效,管道可采用伴热的方式维持管内介质温度在露点以上。
保温层下的腐蚀(CUI)是指发生在施加了保温层材料的管道或设备外表面上的一种腐蚀现象。CUI有一个重要特点就是,外加的保温层会造成一个高温高湿的密闭环境,从而导致腐蚀的加剧。而且更严重的是CUI无法及时发现,因为为了美观效果,通常会在保温层外包裹一层镀锌铁皮或铝层,这样在腐蚀的初级阶段,很难被观察到,而当保温层下的腐蚀被发现时,通常已经是腐蚀很严重的时候,甚至已经发生安全事故。在本书防腐蚀章节进行详细讲述。