[实用新型]防开裂的盐化工设备管道结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及盐化工设备管道领域，具体涉及一种防开裂的盐化工设备管道结构。

背景技术

设备腐蚀开裂是盐化工企业生产中面临的一个重大难题。之所以盐化设备存在各种腐蚀开裂问题，归根到底与其极端恶劣的工作环境有关，主要体现在以下几个方面：

（1）氯离子浓度

卤水中氯离子浓度极高，这是不锈钢产生腐蚀的根源，不锈钢构件常见的环境失效方式如点蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳断裂都与溶液中存在氯离子有关。

已有研究表明，即使氯离子浓度较低的服役环境，对不锈钢的腐蚀影响也是不容忽视的，所以，与卤水直接接触的不锈钢构件处于极端恶劣的工作环境中，氯离子的影响成为分析问题的关键。

（2）工作温度

蒸馏是卤水制盐的主要工艺手段，卤水温度各区段稍有不同，大约在90-120℃左右。处于高温卤水中的电解质以及与之相接触的不锈钢中各种元素的活性都增强，促进不锈钢的腐蚀。奥氏体不锈钢应力腐蚀断裂多发生在50-300℃的范围内，一般来说，温度越高，应力腐蚀断裂越容易发生。与卤水接触的不锈钢正好处于这一敏感温度范围，所以，容易产生应力腐蚀。

（3）卤水压力

卤水压力一般在0.5MPa左右，使泵阀、管道及蒸馏釜等相关构件的材料承受相当的应力作用。很显然，材料的开裂归根到底是由应力引起的，在没有腐蚀介质的环境中，材料开裂的应力极限高于腐蚀环境下的应力极限。

目前，盐化工企业遇到构件开裂的问题，往往首先考虑材料问题，认为材料抗点蚀、抗晶间腐蚀性能不足，造成所用不锈钢等级越来越高，在实在解决不了问题的情况下，甚至使用钛合金材料。即便如此，也不能有效阻止盐化工构件的早期开裂。由于没有对症下药，这样做并不能从根本上解决问题，反而增加了企业的生产成本。为此，除了在提高材料耐腐蚀性方面采取措施外，还应该从减小应力方面采取措施。

不锈钢具有优异的力学性能和耐腐蚀性，已被广泛地应用于各种腐蚀环境中，诸如化工、炼油、航空、造船及医药等行业。当环境中的氧化性足够强时，这种钢的表面不仅能生成致密钝化膜，而且钝化膜一旦破损都能及时修复，使钝化膜下的金属不再继续腐蚀，所以，不锈钢耐大气腐蚀的能力较好。但是，在一些特定的条件下，尤其是含有氯离子的环境中，所形成的钝化膜并不稳定，容易破裂，从而发生严重的局部腐蚀，如点蚀和缝隙腐蚀等。

大量研究表明，一定温度下，氯离子的浓度超过点蚀的临界浓度时就会发生点蚀。TSUTSUMI等研究了304不锈钢在25℃时点蚀的临界浓度约为6 mol/L，卤水中的氯离子浓度远远超过此临界浓度，因而，与卤水接触的不锈钢将不可避免地产生点蚀。目前，尚无资料指明316系列不锈钢点蚀的临界浓度，但是，我们仍然可以大胆地预计，卤水的氯离子浓度也势必超过其临界浓度，所以，对于盐化设备而言，用316系列取代304系列不锈钢，仍然不能阻止点蚀的发生，因为，即使氯离子在几十个ppm浓度范围内，在一定温度下，经过一段诱导期，316不锈钢也能发生点蚀。

强吸附侵蚀性的氯离子会取代钝化膜中的氧，一旦氯离子吸附在金属表面，将削弱金属离子-原子键，导致钝化膜破裂。另外，吸附在金属表面的氯离子会和金属离子形成复合物溶解到电解液中，导致局部地方氧化膜的薄化，从而使膜内更多的金属离子向膜与电解液的界面迁移，增加了金属溶解速度。

点蚀坑的底部发生金属溶解反应，由于坑附近区吸氧，坑内阳离子浓度的增加导致氯离子向点蚀坑内聚集。氯离子与金属阳离子结合形成金属氯化物，金属氯化物水解生成酸使得坑内具有较低的PH值，从而导致金属发生自催化型溶解。自催化溶解的结果使点蚀坑不断生长与扩展，形成椭球形凹坑。研究表明，点蚀坑确实是裂纹萌生的可能位置，但点蚀与裂纹萌生并不存在一一对应的关系，只有具有较大深度或深径比的点蚀坑才能萌生裂纹。对于不锈钢而言，点蚀造成的应力集中达到一定值时，才会形成裂纹源。

一旦裂纹形成，裂纹的扩展随即展开，直至工件破裂。因而，不锈钢构件的使用寿命实际上由两个基本时段构成，即裂纹源萌生时间和裂纹扩展时间，延缓裂纹萌生或扩展速度都将有利于提高不锈钢构件的使用寿命。

不锈钢开裂常见的有两种类型，分别为应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳断裂。

（1）应力腐蚀开裂