论文摘要：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。

　　关键词：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- 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. 45m，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+CO2→NH4CO2NH2

　　NH4CO2NH2→NH4_+CO2NH2—

　　O2+2NH4++Fe→2Fe2++20H—+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裂越敏感。代写毕业论文如Ti钢的敏感性远大于ASTA202钢。国内制冷行业液氨压力容器几个主要生产厂家的调查表明δs≥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20g，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，封头与筒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，这些部位的缝隙和滞留区的形成引起有害物质的浓缩和聚集，从而加速了液氨的电化学腐蚀的进行。

　　同时，制造过程中由于对封头的测量误差，筒节的下料尺寸难以精确控制，因而造成这些部位局部错边量、棱角度过大，而操作者往往采取强制装配的方法进行装配，使这些本来由于结构原因而引起的局部应力更加增大。

　　在氨压力容器中发生液氨应力腐蚀的仅是储存容器。液氨换热气，分离容器由于其实用特点，在正常工作状态时一般存在气、液两相氨介质的剧烈流动，这使得CO2，O2气体迅速从液氨中分离出来，从而消除了容器内壁进行应力腐蚀所必需的条件。储存容器一般情况下液氨相对处于静态，在充装过程中不可避免地带入液氨中的CO2，O2含量较多，这就为液氨的应力腐蚀的进行创造了条件。

　　为了防止氨的应力腐蚀，各国投入了大量的人力，物力进行了长期的研究工作，美国腐蚀工程师协会（NAKE）—T-SE-10委员会经过长期研究，提出防止氨应力腐蚀的建议：所有碳钢和合金钢储槽焊接必须进行整体热处理。对于不允许加水的场合，如冷冻介质氨要采用较低强度的钢制造容器并进行焊后热处理。农用氨如果在调质钢制作的储槽中运输时（如ASTMASI7钢）为了仰制应力腐蚀开裂，至少应注入0. 2%的水。

　　新容器或被打开过的容器必须清理污物，并在充装液氨前排除空气。

　　在我国，液氨的应力腐蚀己引起高度重视，为了消除造成应力腐蚀的残余应力，GB150-1998（（钢制压力容器》第十章中专门列一条款，凡图样注明有应力腐蚀的压力容器应进行热处理。1989年化工部在HGJ15一89《钢制化工容器材料选用规定》中针对液氨应力腐蚀的情况规定：介质为液态氨，含水量不高（≯0.2%）且有可能要受空气（O2或CO2）污染的场合，使用温度高于一5℃的环境为液氨应力腐蚀环境，并且规定在这种环境下使用的低碳钢和低合金高强度钢（包括焊接接头）应符合：

　　1.对于钢材标准规定的最低屈服极限<350Mpa的低碳钢和低合金高强度钢应采取下列三条措施其中之一来避免液氨应力腐蚀的发生。

　　1. 1焊后进行消除应力热处理；

　　1. 2控制焊接接头（包括热影响区）的硬度植HB≤235 ；

　　1. 3添加>0. 2%的水作缓蚀剂。

　　2.对于钢材标准规定的最低屈服极限≤350Mpa且<450Mpa低合金高强度钢，焊后必须进行消除应力热处理。

　　3.对于钢材标准规定的最低屈服极限≤450Mpa低合金高强度钢，焊后必须进行消除应力热处理并加入>0.2%的水作缓蚀剂。

　　为了防止液氨的应力腐蚀开裂，需要以设计材料、制造、使用等方面采取措施。

　　设计方面，要考虑容器的特点，改进循环，消除液氨滞留的区间，尽可能用双面焊来代替有垫板的单面焊双面成型的节点型式。

　　在材料方面，要在满足设计要求和制造工艺可行的情况下，尽可能采取屈服极限较低的碳钢或低合金高强度钢。

　　在制造方面，严格控制装配尺寸，防止错边量、棱角度超差；焊接时严格执行工艺纪律，防止线能量过大而导致焊缝及热影响区的晶相组织发生变化；采取适当的消除焊接残余应力的热处理方式。

　　在使用方面，充装前应将残留容器内的空气及污物排尽；运行过程中也要注意观察，防止系统内空气进入容器内；在工艺条件允许的前提下，将液氨内加入> 0.2%的水以延缓应力腐蚀的发生和发展。

　　参考资料

　　1.GB150-1998钢制压力容器：

　　2.NGJ15-89钢制化工容器材料使用规定：

　　3.《压力容器安全学》（吴奥桑编著）

　　4.《压力容器可金性》（李泽震少主编）