循环氨水管道腐蚀的浅析与预防

摘要：焦化厂循环氨水管道泄漏问题是困扰施工企业与建设单位多年的老问题了，许多氨水管道在投入生产后1~3个月就会产生泄漏，而且腐蚀速度极快，由于氨水在温度高时的不稳定性，对于管道泄漏的维修也是非常棘手的问题，那么究竟是原因造成氨水管道在这么短的时间就泄漏了呢？本文作者就多次在焦化项目施工期间处理类似问题以及分析解决问题，总结了一些预防措施与经验。希望对焦化施工中氨水管道安装有所帮助。

关键词：氨水管道 应力腐蚀

Abstract: plant ammonia pipeline leakage problem is circular construction enterprise with construction unit with years of old problem, many ammonia water pipe in put into production 1 ~ 3 months can produce leak, and corrosion speed fast, because in the high temperature of ammonia when instability, for pipe leakage repair is also very difficult problem, so what has caused by ammonia water pipe is in such a short time is leak? In this paper the author many times just in coking project construction period and deal with the similar problem analysis and problem solving, summarizes some prevention measures and experience. Hope in the construction of the ammonia water pipe installation help.

Keywords: ammonia water pipe stress corrosion

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

一般理解，管道放生泄露的原因是管道与氨水发生了化学反应，是氨水腐蚀碳钢管道后造成的。既然氨水腐蚀管道这么严重，那么设计单位怎么还采用碳钢材质的管材呢？实际情况是：铁与氨水一般是不会发生化学反应的， 铁一般只能作为还原剂存在，而氨同理也是经常作为还原剂，二者当然也不可能发生氧化还原反应，即使将铁放入浓氨水中也不会发生络合反应生成铁氨络合物。那么氨水腐蚀这种说法显然是不成立的。循环氨水在冷却的焦炉荒煤气时，煤气中含有一定量的氨、二氧化碳、硫化氢、氰化氢和其他组分溶解于循环氨水中，而硫化氢、氰化氢与铁能够发生反应。化学式如下：

Fe+H2S= Fe S+ H2 Fe+2HCN= Fe(CN)2+ H2

所以初步判定管道内壁的腐蚀主要是酸类物质腐蚀。对回流氨水进行PH值测定一般在5~6左右，呈弱酸性，这也说明了这一点。

但是现实情况是管道泄漏都在焊缝处，仅靠硫化氢、氰化氢等弱酸与铁的反应在短短的1~3月内不可能发生泄漏。显然循环氨水中含有的少量的酸不是腐蚀管道的主要原因。而且就现场观察，腐蚀大部分都发生在焊缝位置，看来问题是出在焊缝处。

首先，焊接作业时在焊缝局部会产生应力。应力在外在媒介的作用下会突然释放而引起钢材表面的开裂，也就是常说的应力腐蚀。在循环氨水中的硫化氢在焊缝处由于还原反应生成FeS等而引起一般腐蚀，反应生成的氢气形成小气泡造成钢材表面细小的鼓包开裂，而焊接应力在这种细小开裂的作用下失去稳定性，在氨水快速流动的推波助澜下，在应力区将产生更多更大的开裂，导致这种开裂向钢材内部渗透并扩散。从而产生更多的裂纹。可称为氢腐蚀。据研究发现，碳钢和低合金钢在pH＝4.2时，硫化物应力的开裂最严重；pH＝5～6时，不易破裂；当pH≥7时，不发生破裂。但有CN－存在时，可发生硫化物应力开裂，随着CN－浓度的增加，氢渗透速率迅速上升，CN－浓度大于5×10-4 mol/L时，还会促进腐蚀。氰化氢易溶于水，那么循环氨水管道中CN－的浓度必定远大于5×10-4 mol/L , 因此造成硫化物应力开裂就会非常严重。

再者据研究发现出现裂缝后会引发缝隙腐蚀，氨水管道的焊接缺陷或应力腐蚀会在管道内壁形成微小的裂纹缝隙，管道溶液中的介质留存其中，导致管道内流动的氨水和滞留在缝隙内的氨水产生浓度差，从而引起电位差，致使电化学电池的建立，在阳极位置发生氧化过程，就导致了缝隙内的金属腐蚀。阴极位置的电子与氨水中的氢离子反应生成氢原子，氢原子向金属内部扩散，并集聚在金属的高应力区，即裂缝的尖端区域，导致裂缝尖端变脆并使裂缝扩展成更大的裂纹。当循环氨水溶液中存有Cl－离子时这种情况就会更加严重。

结合以上论述，循环氨水中的酸腐蚀是对管道比较均匀的腐蚀，腐蚀性也较小。焊缝处的应力腐蚀才是主要原因。而酸腐蚀又促进应力腐蚀的快速反应产生裂纹，裂纹内电池电化学反应又导致缝隙腐蚀。在三者的互相作用下循环氨水管道在短时间内就发生了焊缝泄漏。要想减少或杜绝氨水管道泄漏，我们在平常施工时就要对症下药，消除管道中存在的残余应力。减少应力腐蚀对管道的影响，就个人而言在氨水管道施工时应注意以下几个方面：

管道安装方面

1.下料尺寸力求精准，不可强力对口，焊缝对口平齐，管道坡口加工一般采用手工氧炔焰气割加工，不但坡口加工角度参差不齐，表面割纹也很多，焊接成型就较差。而采用机械加工则可以避免上述问题的出现。所以管道坡口尽量采用机械加工模式。管道对口时若发生错口，整体薄厚将变薄，且在管道内口形成错台现象，则氨水流动时形成阻力，加大腐蚀速度。

2. 管道管座应该因势利导，安装前应充分考虑管道的热胀冷缩时支座的位移方向，管道在敷设时应受力均匀，不能有点间距远、有的间距进。造成管道下垂或上翘，尤其在焊接位置不能出现“波浪”型管道，否则会加重管道焊缝处的应力。因此管道安装时要合理配置管座及支架的位置和形式，支架间距不能或远或近，更不能与管道直接焊接在一起固定住。

3、管材表面不能有磕碰刮擦及电弧伤害。管道一旦有了“外伤”，势必会造成“内患”。管材表面一旦被磕碰刮擦或电弧伤害，管壁处就变薄，从管道内壁开始均匀腐蚀，此处将最先被腐蚀泄露。

焊接施工

在焊接工艺方面主要是制定合理的焊接工艺规程，一般来讲要选用有经验的焊工，手工电弧焊焊条选用不要选用大直径焊条，选用Φ2.5mm或者Φ3.2mm的较为适宜，焊接电流要适当调小，采用小电流快速多层焊接的方法，减少焊接作业时焊缝周围局部应力的产生。这在多次焦化施工中也得到了很好的验证，而采用氩弧焊、CO2气体保护焊也是个不错的选择。

焊后热处理

焊后热处理是消除管道应力的主要方法，使用氧炔焰加热管道不均匀，效果较差，目前一般采用电加热带加热，每焊完一道焊缝马上要对焊缝进行焊后热处理以更好的消除残余的焊接应力，如果施工管材采用螺旋埋弧焊接钢管，为防止管道出厂时未进行热处理有必要对螺旋焊缝也进行热处理消除应力。

若焊缝处已经开始泄露，生产又不能停，维修时且不可直接在焊缝处补焊，以免造成氨水管道崩开酿成事故，一般的办法是采用“腰带”将焊缝包住。该施工方法应经非常普遍，不在赘述。

结束语：

总之，只要在施工中能够充分考虑到各个方面的因素，在管道下料组对、焊接方法及焊后热处理等方面精心施工。解决循环氨水管道腐蚀的问题将得到很大的改观。另外造成循环氨水管道泄漏的原因还有很多。循环氨水管道中含有多种化学介质，它们之间互相作用，发生的反应也错综复杂，以上关于循环氨水管道泄露的论述只是个人在施工中的一点粗浅看法，要想彻底解决该类问题还需要在今后的实践中去继续发现和验证。

参考文献：

《H2S浓度对国产X07管线钢及其焊接接头应力腐蚀性能的影响》作者：陶勇寅、杜则裕等

《金属学及金属工艺金属电化学腐蚀》出处：21世纪精细化工网