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堿液設備及管道的腐蝕與防護

文檔作者：劉亞麗，王守華，傅俊豐，劉鵬，李迎文文檔來源：中國石油天然氣股份有限公司遼陽石化分公司		點擊數：	更新時間： 2021年11月01日
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腐蝕與防護 石油化工設備技術，2014，35(5)·4O· Petro—Chemical Equipment Technology
堿液設備及管道的腐蝕與防護
劉亞麗，王守華，傅俊豐，劉 鵬，李迎文
(中國石油天然氣股份有限公司遼陽石化分公司，遼寧遼陽111003)
摘 要：依據不同濃度的氫氧化鈉溶液在不同溫度下的選材分區圖，詳細分析了堿液設備及管道在不同
濃度及溫度情況下的腐蝕性能，以及如何選材才能更加有效地避免腐蝕現象的發生。針對煉化企業某裝置
堿液設備及管道的腐蝕現狀，闡述了碳鋼在堿液中的腐蝕行為，分析了碳鋼在堿液中發生堿脆應力腐蝕開裂
的原因，以及焊縫區最易發生應力腐蝕開裂的原因，提出了相應的預防措施及解決途徑，為生產裝置的類似
問題的發生提供借鑒和指導。
關鍵詞：堿液腐蝕預防措施解決途徑
煉化企業某裝置于2007年12月建成投產，
堿液介質為2O ～3O 氫氧化鈉溶液，操作溫度
為常溫，管道材質為2O號碳鋼，管道伴熱系統為
電伴熱，以維持堿液溫度在凝固點之上，其操作溫
度不超過5O℃ 。由于北方冬季寒冷，且電伴熱控
制溫度較低，堿液常在管道拐點發生凝固。堿液
長時間積存，會在滯留部位以及焊接部位滲漏堿
液，經肉眼觀察，看不見裂紋及砂眼。在冬季，堿
液系統頻發介質凝固及泄漏現象，無法保證防凍、
防凝、防腐工作的順利開展，常常需要操作及維修
人員對其進行暖管及換管處理。即使如此，也仍
然不能從本質上避免類似問題重復發生。
本文詳細分析了堿液在不同溫度、濃度、材質
條件下的腐蝕機理，并提出了如何避免腐蝕現象
發生，從而保證堿液管道平穩運行。
1 氫氧化鈉溶液設備的管道材質的選擇
NaOH是一種強堿，在常溫下腐蝕性不強，
但在高溫和有應力存在的情況下會對許多金屬產
生嚴重腐蝕n】。
不同濃度的NaOH溶液在不同溫度下其設
備和管道的選材D 如圖1和表1所示。從圖1和
表1可以看出，氫氧化鈉溶液的濃度為0～3O ，
若溫度低于5O℃ 的情況下，工類材質的設備和
管道通常是耐腐蝕的；而0 ～30 氫氧化鈉溶
液在Ⅱ類材質的設備及管道中，在溫度為5O～
100℃ 的情況下，耐腐蝕性能較好。
從選材圖1和表1，還可以看出，0～50 氫
氧化鈉溶液在Ⅱ類材質的設備及管道中，若溫度
為8O～100℃的情況下，耐腐蝕性能較好；50 ～
7O 氫氧化鈉溶液在Ⅲ類材質的設備及管道中，
若溫度為100～150℃ 的情況下，耐腐蝕性能較
好；IV、V類材質的設備及管道通常適用于溫度較
高、溶液濃度較高的場合。
贈
濃度，％
圖1 氫氧化鈉溶液設備和管道的選材分區
此外，所有金屬材料中，銀對NaOH 的耐蝕
性最好，其次是鎳。銀和鎳能耐所有濃度和溫度
的NaOH，直到熔融狀態(480℃)。對于高溫、高
濃度堿而言，最好選用鎳及其合金(如因科鎳，蒙
乃爾等)。不銹鋼對40 ～50％以下的NaOH溶
液可耐溫8O～100℃ ，但不耐高濃度、高溫堿液。
碳鋼在較稀的低溫NaOH溶液中耐腐蝕性能較
好，可以在表面形成堅實的氧化保護膜，且由于價
收稿日期：2014—02一O1。
作者簡介：劉亞麗，女，2006年畢業于遼寧石油化工大學，碩
士，現在烯烴廠乙二醇車間主要從事石油化工設備檢修維護
及腐蝕與防護工作，工程師。
Email：yaliliu@petrochina．corn．cn
筇35卷第5期 劉ilE麗等．堿液沒備及管道的腐蝕 防f，t
格低廉，常常成為許多用廠]的首選。
由此【1丁以得出結論，只有依據運行工況及選
材圖進行合理選擇，才能及時有效地避免腐蝕情
況的發生。
表I 不同溫度、濃度氫氧化鈉設備
和管道的選材
1 灰鑄鐵，碳鋼，Crl8Ni9Ti，鎳，銀，銅，蒙乃爾合金
U 耐堿鑄鐵，Crl8NilOTi，鎳，銀，哈氏合金B、C
m 耐堿鑄鐵，鎳，銀，哈氏合金
I＼1 耐堿鑄鐵，鎳，銀
V 耐堿鑄鐵，鎳，銀
2 碳鋼在氫氧化鈉溶液中的腐蝕行為
本裝置氫氧化鈉溶液濃度為20 ～30 ，碳
鋼材質的設備及管道在溫度低于5O℃ 的情況下
是耐腐蝕的，是完全符合設計要求的。然而，在實
際運行中，經常發現碳鋼材質的設備和管道在焊
縫區及堿液積存部位發生“堿脆’’現象，產生肉眼
看 見的裂紋而發生滲漏。
2．1 堿脆的基本含義
“堿脆”義稱為應力腐蝕開裂，簡稱SCC，是
指金屬在特定腐蝕介質和同定拉伸應力同時作用
下發生的脆性開裂。材料一 發生應力腐蝕開
裂，可以往沒有明顯征兆的情況下幾分鐘內破裂，
其擴展速度比其他類型的局部腐蝕速度要快兒個
數堪級，所以稱SCC是一種災難性的腐蝕n 。
2．2 碳鋼發生堿脆的原因
通過對本裝置堿液管道產生裂紋及對接焊縫
熱影Ⅱ向I)(裂紋產生原因的分析，可以得出結淪：堿
脆的產牛需同時具備三個條件，一是較高濃度的
Na()H溶液，試驗表明。濃度大于10 的堿液足
以引起碳鋼的堿脆；二是較高的溫度，堿脆的溫度
范 較寬，但最容易引起堿脆的溫度是在溶液的
沸點附近；三是拉仲臆力，可以是外載荷引起的應
力，也可以足殘余應力。
2．3 焊縫區最易發生應力腐蝕開裂的原因
焊縫的“堿脆”，其實質就是焊縫區在堿液中
的應力腐蝕開裂現象。設備施焊后，其焊縫會產
牛殘余應力，陔應力的大小與施焊時的焊接規范
以及焊縫所處的約束狀態有關。
在長期的生產實踐及檢維修作業中發現，殘
余塑性變形最大的熱影響區的部分金屬，即焊接
過程中被加熱到50O～850 C的那部分金屬，尤其
是在焊接過程中加熱溫度超過550℃和略低于再
結晶區的金屬，其應力腐蝕開裂的傾向性最大。
3 碳鋼在堿液中的腐蝕防護對策
由于堿液濃度是不變的，避免堿脆的方法
如下：
1)對設備及管道的材質進行升級；
2)進行合理的焊接結構設計，采取合理的裝
配工藝措施，合理安排焊縫位置、選擇焊縫尺寸和
形狀，盡可能減少焊縫數量，減少焊縫長度；合理
選擇裝配程序，是指采取預留收縮余量法、反變形
法、剛性固定法等預防焊接變形。焊接工藝措施
包括焊接方法、焊接規范、焊接順序和方向等，如
堿液儲槽底板焊接就應先焊短焊縫，再焊長焊縫，
這種方法在成品堿罐等大型堿設備制作時，避免
堿脆的效果非常顯著。
3)施焊前采用大于等于5O℃的溫度進行預
熱，焊后對碳鋼管道進行低溫、短時間的熱處理來
消除焊接應力。
4)對伴熱系統進行改造，防止堿液管壁溫度
過高及死區的存在，避免靜態堿液管道直接與熱
源接觸。
4 結語
堿液的濃度及操作溫度，決定了堿液管道的
材質選擇，堿液腐蝕程度關鍵取決于 藝條件、所
采取的焊接結構設計及焊接方法等因素。因此，
若實際生產中，工藝參數偏離原設計值，極有可能
對設備及管道造成腐蝕性破壞‘ ，給生產帶來不
穩定因素。
參考文獻：
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