压力容器论文发表

浅议化工压力容器的防腐蚀管理论文

一、引言

压力容器是化工生产中各种反应的发生场所，化学反应多处在高温高压的环境下，为了保证化学反应的正常进行以及安全的化工生产，就必须密切关注压力容器的使用寿命和自身完整性。导致压力容器使用寿命缩短和自身完整性被破坏的因素分作两种，一是机械性破裂，二是环境破裂。机械性破裂指的是遭受外力撞击而发生的破损;环境破裂指的是腐蚀。机械性破裂多来自外界，容易发现和处理;环境破裂(腐蚀)多发于压力容器内部，不易察觉和处理。本文就化工压力容器发生腐蚀的类型、原因、防治措施等方面，论述一些管理措施。

二、化工压力容器腐蚀的常见类型

化工压力容器常见的腐蚀类型包括：物理腐蚀、化学腐蚀、电化学腐蚀、应力腐蚀。

1、物理腐蚀

在常温常压下，除了极少数的活泼金属，其他的大部分金属，相互之间不会发生反应。但是在高温高压的环境中，当低熔点的金属变成液态的时候，就会对高熔点的未变成液态的固态金属产生物理溶解作用，这种纯粹是物理性质的剥蚀溶解作用，故称作物理腐蚀。例如，液态锌溶解剥蚀钢制容器就是典型恶物理腐蚀现象。

2、化学腐蚀

化学腐蚀的起因是化学反应。物质的原子被重新排列组合生成新物质的过程，称为化学反应。化学反应中常伴有发光、发热、变色、生成沉淀物等现象，是否生成新的物质，是判断一个反应是否为化学反应的依据。化工压力容器里的化学原料与容器内壁通过置换反应、分解反应、合成反应、氧化还原反应，生成新的物质，改变了化工压力容器材质，削弱了容器耐压耐温的强度。

3、电化学腐蚀

电化学反应指的是，化工压力容器内壁金属与容器内的液态化学原料，由于存在阴阳离子呈现聚集区域的分别，而产生电位差，形成电流回路，使得容器内表面的金属原子不断被剥离出电子，金属原子结构被破坏，最终，内壁金属被不断剥离掉落，形成腐蚀。在化工压力容器内，金属容器与化学原料发生最多的就是电化学反应，电化学腐蚀是最普遍的腐蚀现象。

4、应力腐蚀

化学原料在化工压力容器内部不是静止的，而是在搅拌、反应等作用力下，不断地流动、旋转、翻腾的。多种物质混杂甚至成粘稠状的化学原料在运动中会对容器内壁产生冲刷作用，不论是粘拉或是挤压，统称为应力作用，由此产生的腐蚀称作应力腐蚀。应力腐蚀的发展速度很快，没有外形的明显变化，不易察觉，其造成的破坏性很严重。

三、化工压力容器腐蚀的生成原因与防控举措

1、腐蚀的生成原因

(1)容器本身原因。容器本身引发腐蚀的原因有：①金属化学成分。金属材料具有与容器内的化学原料发生化学反应的特性，金属材料杂质比较多，金属材料的合金成分、比例、加工工艺不合格。②容器制造工艺。在冲压、热处理、焊接等加工过程中，容器金属材料会发生内应力变化。(2)环境原因。在化工生产中，压力容器一方面要承受高温高压的考验，一方面要克服化学原料的各种腐蚀，这些都是有条件有限度的，若是超出了承受的极限，必然会发生腐蚀现象。在加入酸碱等性质的不同化学原料的时候，如果没有按照配方比例严格操作，容器内化学反应物的成分、PH值、浓度、氧化能力等必然会加深腐蚀;在高温高压的环境中，金属的抗腐蚀作用会快速下降，温度与压力越高，抗腐蚀的性能越差;当化学原料流动的速度越快，冲击磨损和空泡磨损的作用就会越大，容器内壁保护膜的脱落速度会因为应力作用而加大。

2、防腐蚀的防控举措

(1)选择合格的压力容器材料。化工压力容器的生产、安装、使用，必须严格执行国标，按照容器的使用用途、安装环境选择合适的容器材料，根据不同的情况，在容器钢材中加入镍、铜、钛、铬等不同的合金，在容器表面进行不同的氧化保护膜的制作。另外，应充分考虑压力容器的安置环境，配置防毒、防爆、防火等附属设施设备。(2)选择合适的缓蚀剂。缓蚀剂的作用是减缓设备的腐蚀速度，根据配比，只需加入原料总量的千分之几、万分之几，就可以有效地保护压力容器内壁的抗腐蚀性能，同时不会对正常的化学反应有任何影响。是一种比较经济实惠的`抗腐蚀方法。(3)提高容器焊接质量。化工压力容器的体积都比较大，需要采用焊接技术拼接制作，一般使用的是电弧焊和氩弧焊这两种焊接工艺。从焊条的选择、焊接的方法、焊接的质量、焊后的热处理，都要按照生产工艺与图纸要求，严格执行，仔细检查，使用晶间腐蚀试验和超声波探伤射线探伤等检验手段，杜绝出现细小的缺陷。最终目的是为了保持焊接区的金相组织与性能，彻底消除焊缝的残余应力，防止产生裂纹。(4)电化学保护。根据电化学原理，采用牺牲阳极保护法或外加电流法，将被保护的金属作为阴极，分别通过牺牲铝、锌、合金等外加阳极，通过外加直流电保护阴极的方法，防止或减缓压力容器金属的腐蚀。(5)使用防腐材料。防腐涂料一般由合成树脂、橡胶、植物油和浆液溶剂等非金属材料调配而成，将其均匀涂抹在压力容器内壁，待干燥后可以形成一层薄膜，削弱化学原料的渗透作用，降低腐蚀电流，从而达到较好的防腐效果。该方法是目前采用最广泛的一种防腐手段。(6)敷设防护衬里。对于腐蚀性很强的化学原料，仅仅使用上述方法是不能有效防控的，此时就需要敷设防护衬里。防护衬里的材料有不锈钢、钛合金、特种陶瓷、聚四氟乙烯、玻璃钢、合成橡胶等。防护衬里的适用性比较单一，成本比较高，一般只在特殊情况下采用。(7)内壁覆盖法。内壁覆盖法是在容器内壁镀一层耐腐蚀金属或陶瓷，亦或通过化学反应使容器金属内壁自身生成一种致密的保护膜。从而隔绝化学原料、水、氧气等与容器钢材的接触，阻止其被腐蚀。内壁覆盖法是一种较为便宜的通用的防护方法。(8)加强日常维护。化工压力容器的防腐蚀，根本之道在于有效预防。因此，增强员工责任心，加强日常的检查维护，是最有效的防腐蚀管理措施。严格执行压力容器的相关使用检修规程、进行定期巡视检查、取样，做好压力容器的运行档案记录工作，在毫末间分析腐蚀状况，做好积极的应对工作，减缓或抑制腐蚀破坏，确保设备的运行安全。

四、结论

总之，化工企业的相关人员要高度重视压力容器的腐蚀现象，时刻保持警惕，及时发现并正确处理压力容器的腐蚀现象，从而抑制或减缓腐蚀破坏，延长设备使用寿命，保证化工设备的安全运行。

简要分析化工企业常压容器使用安全与管理论文

化工企业生产中涉及易燃易爆、有毒、腐蚀性介质较多，工作条件有高温、高压等危险工况，因而压力容器事故成为企业的监控重点，而对于常压容器的安全管理成为相对薄弱的环节，部分企业几乎忽略了常压设备的安全管理工作，没有很好的分析常压设备工作的特点，制定相应的安全管理措施，因而潜存了常压设备的安全隐患。

1 事故案例与分析

1.1 案例一常压容器超压引发容器爆炸

2006 年2 月25 日，山东省淄博市某化工企业的2，6- 二硝基对甲基苯酚装置在开车时，操作人员在反应釜内加好硝酸后，开始向反应釜内滴加邻硝基对甲基苯酚，滴加过程中，反应釜突然发生爆炸，导致厂房屋顶和生产设施损毁。造成事故的直接原因为该企业的操作工在反应过程中，没有将放空管线阀门彻底打开，导致常压反应釜内憋压，造成爆炸事故。硝化反应釜上安装防止误操作的自动防爆泄压设施;二是该企业没有编制详尽的安全操作规程，没有对放空管阀门的操作作出明确的要求。

1.2 案例二易燃易爆介质常压容器混入空气引发爆炸

2015 年11 月17 日，辽宁某石油化工企业碳五分离装置区域内的阻聚剂配制罐发生爆炸致火灾事故，致使装置区部分设备受损，装置内物料部分泄漏，所幸无人员伤亡。造成事故的直接原因为阻聚剂罐液面上形成较大空间，实际操作过程中没有使用充氮设施对负压吸入和使用临时管线带入的空气进行置换和保护，使罐内空间部分形成乙腈蒸气与空气混合的爆炸性混合气体(乙腈的爆炸极限3%～ 16%)。环绕设备的`电伴热带在长期使用过程中，绝缘体出现破损，对罐壁放电，局部形成高温，引发事故发生。

2 常压容器的工况特点分析与安全措施

常压容器区分于压力容器, 通常说的常压容器为容器内无压力，有管道或容器开孔与大气相通，如水罐，低浓度酸、碱罐等。在化工行业，由于所涉及物料大部分为易燃易爆、有毒、腐蚀性介质，这些介质泄漏或以气体形式散发，会导致人员中毒、环境污染、引发火灾爆炸等事故，所以很多储存容器虽为常压容器，但处于密封状态，反应设备多与其他设备连通工作，这些容器内部为微正压(<0.1MPa)或负压(真空)状态。当容器内压力超压时可能发生容器爆炸事故，如果负压设备内介质易燃易爆，密封不严，容器混入空气，可能形成爆炸性混合气体，引发火灾爆炸事故。发生容器爆炸可能发生次生事故，如火灾爆炸、人员中毒、人员灼伤、环境污染等。

现针对几种常压容器举例进行典型的安全隐患分析如下(以下分析主要基于工作压力情况的分析，未针对其他工艺操作、反应温度变化、物料性质变化等因素进行分析)。

2.1 常压反应釜

一般工作条件：常压工作，常温或低、中温工况，排空管道与后续冷凝器或尾气吸收装置连接，或有导热油加热，或循环水(冷冻水)冷却系统。可能发生的问题及安全措施：(1)反应釜排空管道阀门未开或管道堵塞;操作失误，导致反应失控。其结果是容器内压力升高，设备密封破坏，发生泄漏;压力超过设备承受极限，导致容器爆炸。安全措施：反应釜排空管道上的阀门悬挂常开标示牌;反应釜安装安全阀或爆破片;对设备进行定期检查、维护，保持管道畅通;反应釜的选型、设计应考虑反应釜能承受反应过程可能出现的最高压力。(2)涉及易燃易爆介质的反应釜工作状态为负压，误操作或密封不良，导致空气吸入反应系统。其结果是空气与反应釜内可燃介质可能形成爆炸性混合物，遇火花或高能可能发生火灾爆炸。安全措施：对设备进行定期检查、维护，保持设备及管道法兰密封良好;使用易燃易爆物料的容器排空口、备用口应根据工艺需要悬挂“禁止开启”、“常闭”等警示标志。(3)有密闭保温阶段的反应，反应不彻底即进行关闭排空阀门保温。其结果是容器内压力升高;设备密封破坏，发生泄漏;压力超超过设备承受极限，导致容器爆炸。安全措施：严格执行工艺规程操作;反应釜安装安全阀或爆破片;安装压力报警器，连锁压力释放阀。

2.2 易燃易爆物料常压储罐

一般工作条件：常压、常温储存，排空管道安装阻火器与大气相通，或氮封储存。

可能发生的问题及安全措施：(1)与大气相通储罐未安阻火器或阻火器损坏。其结果是空气与储罐内可燃介质可能形成爆炸性混合物，有明火或火花可能引入储罐内部发生火灾爆炸。安全措施：储罐通气管安装阻火器，并定期检查维护;备用口应加盲板并密封完好。(2)氮封储罐氮气泄漏，氮封失效。其结果是空气与反应釜内可燃介质可能形成爆炸性混合物，发生火灾爆炸。安全措施：储罐顶部安装压力监测报警装置;氮气补充系统应为自动补充系统;对设备进行定期检查、维护，保持设备及管道法兰密封良好。(3)氮封储罐氮气减压阀损坏、氮气压力失控;容器内压力升高(此情况一般出现在小型氮封储罐，大型氮封储罐安装有呼吸阀)。结果是设备密封破坏，发生泄漏;压力超超过设备承受极限，导致容器爆炸。安全措施：严格执行工艺规程，控制氮气系统压力;氮封储罐安装安全阀;氮气缓冲罐安装安全阀;对设备、安全阀等进行定期检查、维护，保持设备及管道法兰密封良好。

2.3 短时间压力操作的常压罐

一般工作条件：正常工艺操作条件为常压，因气体压送转料、连接设备转换等特定工艺操作而短时间承受一定压力。

可能发生的问题及安全措施：(1)设备选型和设计未考虑短时间压力升高情况。结果是密封泄漏;储罐变形或破裂;发生容器爆炸;有易燃易爆物料可引发火灾爆炸。安全措施：根据工艺操作条件进行储罐选型和设计;加强设备管理，定期检测设备腐蚀情况，容器壁厚小于设计壁厚条件下禁止使用。(2)使用增压气体压力超过设计值;增压气体压控制失效。结果是密封泄漏;储罐变形或破裂;发生容器爆炸;有易燃易爆物料可引发火灾爆炸。安全措施：选用增压气体气源应符合设计工况要求;增压气体进入设备前设置缓冲罐，安装安全阀，安全阀的设定压力不超过用气的常压容器的设计压力。(3)对于易燃易爆物料，使用增压气体压送物料停气后，容器开口或降温后设备处于负压状态，空气可能进入容器;使用真空抽料，设备密封不严，空气可能进入容器内;使用真空抽料完毕，误操作空气可能进入容器内。结果是空气与容器内可燃介质可能形成爆炸性混合物，发生火灾爆炸。安全措施：根据工艺条件制订完善的安全操作规程，并严格执行;对于易燃易爆物料使用氮气等惰性气体作为增压气体，并严禁混入空气;对真空抽料的设备应选用惰性气体破坏真空;进行定期检查、维护，保持设备及管道法兰密封良好;使用易燃易爆物料的容器排空口、备用口应根据工艺需要悬挂“禁止开启”、“常闭”等警示标志。以上分析是对某种设备的典型操作隐患分析，实际生产过程中一套容器可能同时存在几种典型操作工况，企业应根据设备类型及用途、工艺条件、物料性质等多方面分析。

3 化工企业常压容器的管理措施

常压容器是化工行业生产系统中不可缺少的组成部分，普遍分散于装置中各部分，放松常压设备的安全管理就会直接导致系统安全性的降低。常压容器在正常工作状态下属于常压，但如果出现误操作或装置、控制系统失灵，就可能产生一定的压力，加之设备本身承压能力较低，一旦超压极易引起爆炸事故。人们一般将精力集中在压力容器的操作和管理上，因此常压容器出现误操作的机率相对较高。要保证企业安全生产，只有在管理上不断加强，消除各种不安全因素，严格规范常压容器的管理。建议企业在常压设备的管理上注意以下几个方面：(1)装置系统内的常压容器，设计和选型应考虑容器可能出现的最高工作压力，确保容器能够承受短时间的压力操作状态。(2)对误操作或相关装置失效可能导致常压容器超压的，常压容器安装安全阀或爆破片等压力释放装置。(3)有化学反应过程的常压容器，应根据工艺情况完善配置反应速度控制系统、冷却降温系统、压力释放系统，并根据工艺特点配置安全联锁系统。(4)氮封等惰性气体保护的常压容器，应配置压力检测和控制系统，确保氮封有效，并有氮气压力自动控制措施。

综上所述，只有加强常压容器的安全管理工作，才能够避免常压容器违章操作、消除容器的潜在危险、避免爆炸事故的发生，保障化工企业安全生产。

发表科技论文170余篇，被SCI、EI和ISTP收录80余篇次，申请国家专利30项，获得国家软件著作权7项。先后主持国家自然科学基金、“十一五”863计划、霍英东青年教师基金、国家“十五”重大科技攻关项目子专题、上海市自然科学基金、上海市科教兴市重大产业化攻关项目、美国John Deere公司国际合作项目等20余项。参加了国家标准GB/T19624-2004《在役含缺陷压力容器安全评定》的编制及科研工作。获国家和省部级科研奖励3项。2004年入选上海高校优秀青年教师后备人选培养计划，2005年入选上海市青年科技启明星人才奖励计划，2005年获第十届霍英东教育基金会高等院校青年教师基金资助，2006年获教育部新世纪优秀人才支持计划资助，2008年上海市优秀教师，2009年获上海市曙光学者称号。先后获2001－2006年度中国机械工程学会先进工作者称号，中国机械工程学会优秀论文奖，上海市优秀博士论文奖和全国百篇优秀博士论文提名奖等奖项。 跨学科经历奠定扎实根基从成长经历和履历上看，70后的轩福贞跟许多同龄的优秀新上海人无太大差别：出生于孔孟之乡的他凭着优异学习成绩考进山东工业大学，本科毕业后保送攻读研究生，硕士毕业后留校在化工系任教，两年后如愿进入华东理工大学的化工工程机械专业攻读博士学位。说起专业，轩福贞本科时念的是化工机械，硕士时则从事固体力学专业研究，博士又回到了情有独钟的化工机械。正是这样一种对工程和工业有一定了解，同时又有理科基础的跨专业经历，为他今后在学术上的发展奠定了坚实基础。 博士毕业后，轩福贞在企业发展、政府部门还是留校工作的抉择中选择了后者。采访交流中，轩福贞告诉我，他把科学研究和教书育人作为毕生事业的追求始于博士毕业后的日子，尤其是真正对做科研产生感觉，则源于博士毕业后的艰苦努力。“当时做科研成了生活中的唯一要事，周末假期很少休息，感到浑身有使不完的劲，印象最深的是那些年有几次的春节都是在实验室里度过。打理家务和照顾小孩都是太太一人默默承担，每天晚上12点后回到家里，既有工作中取得阶段成果的愉悦，但更多是对太太和孩子的愧疚”。上海市自然科学基金是轩福贞博士毕业一年后独立负责的第一个科研项目，其后，他又相继获得了上海市科技启明星计划、国家自然科学基金青年基金、教育部霍英东青年教师基金等一系列人才计划和科研课题资助。更值得强调的是，这期间他开始了与上海汽轮机厂的合作研究，围绕超超临界汽轮机——这一被誉为“制造业皇冠上明珠”的重大装备国产化瓶颈技术，开展了寿命分析和设计方法难题攻关，启动了华理工和上海汽轮机厂延续至今的产学研合作历程，也成为其学术研究从石油化工跨入电力装备的触发剂。谈及这段经历，轩福贞感慨地说，这不仅是其科研事业的启动与转型期，而且提升了对科学与技术的品味和鉴赏力。笔者认为，这或许可以作为天道酬勤的又一个案例。磨剑十年敢摘皇冠明珠“汽轮机关键部件的寿命设计这个项目从立项程序上先是企业提出，但最初形成合作意向则源于我们的聊天”。目前国内的先进汽轮机技术，如百万千瓦级超超临界汽轮机组和核电设备等均是由日本三菱、东芝和德国西门子等国外公司引进，这些产品的核心技术如寿命设计与考核不属于转让范畴。这不仅限制了产品的国产化进程，而且也长期困扰了企业技术人员：高参数新型汽轮机关键部件寿命设计的依据是什么？长期使用和服役工况改变会对寿命产生如何影响？在设计中又该如何控制？一次偶然机会，轩福贞等人了解到企业技术人员挂念的这些问题，正是博士期间他跟着导师和课题组承接和参与过的课题涉及的方向，于是说服企业开始了这一难题的合作。 轩福贞当时不可能想到，他和汽轮机厂技术员们一次偶然聊天所确定下来的研究方向——大型汽轮机关键部件的寿命分析技术——实际上是触及到了现代制造业中的共性难题，是被誉为“制造业皇冠上的明珠”超超临界汽轮机国产化的关键技术之一。采访中，轩福贞给我介绍的这方面信息让我长了见识：目前国内正在开发的世界上最大核电汽轮机焊接转子，是汽轮机设备里最难也最值钱的部分，要保证其顺利运转，寿命和工艺可靠性的核校技术居于核心地位。譬如标明其设计寿命30年，寿命分析的核心内容就是弄清楚怎么来控制寿命，它何时会到达临界点？这其中不仅仅涉及到多种新工艺，而且需要考虑新材料等诸多因素。 这些年来，轩福贞教授及其团队的研究方向，经历了从化工设备的安全评价、失效分析到先进能源装备的寿命分析和安全控制。去年，轩福贞教授获得的启明星（跟踪）计划支持项目，就涉及了核电压力容器的安全评价与检测技术。谈及这些，轩福贞教授自信地说，压力容器技术研究是我们专业的本行，与民用设备相比，核电压力容器的安全性要求更高，尤其是需要考虑辐射的影响，通过进一步修正和补充，我们目前提出的全寿命分析技术完全可移植于核电设备。这次日本福岛核电厂的泄漏事故，不幸中的万幸是压力容器经受住了考验，如果这个设备一出事情，就真正的不可收拾了。“先进的寿命设计技术应该体现在，讲60年寿命就应该是60年，这对设备的制造技术要求极高，需要从设计、制造和运行维护等全寿命过程来保证”。（有关设备全寿命设计技术的相关介绍请见本期轩福贞撰写的综述“机械结构的全寿命预测与安全保障”。）学会从工程中提炼科学问题近年来，华东理工大学在解决工程技术问题和基础理论研究方面均取得了令人瞩目的成果，这也可从2010年度上海市49项科学技术一等奖中，华理占据七分之一席位可见一斑。轩福贞教授这些年的工作业绩，也体现了华东理工大学的这一特色。他的研究不仅获得国家自然科学基金和上海市自然科学基金重点项目资助，而且承担了863计划、国家科技支撑计划、启明星计划和一大批企业研究课题。从副教授到破格博士生导师和教授，轩福贞把这些一律归结为“运气好”。如果要总结这几年的发展有哪些诀窍，轩福贞说，这应该受益于在“从工程项目中提炼出科学问题”方面做的比较好。“比如压力容器的安全评价，其本身是一个工程技术问题，我们团队搞了一个针对压力容器的失效评定图，这是一个工具方法，用于解决工程实际问题。进一步，科学上的要素就是对压力容器不同破坏模式和机理认识，利用力学的、材料的等多学科交叉的方法，获取其破坏过程和原理的系统知识，提出根本解决安全问题的方案。”轩福贞坦言，要真正从工程中提炼出科学问题其实是很不容易的，“研究选题需要关注‘顶天立地’，但应用基础研究则是位于‘天’、‘地’之间，我们也是在朝这个方向努力，这是困扰大家的难点之一”。教授的要务还是培养学生 在跟轩福贞教授交流的过程中，我觉得他对科研评价、学生培养等当下的热门话题都有不俗的见解，比如尽管他所在的机械与动力工程学院这10年来科研经费翻了10倍。但他清醒地认识到高校教师的第一要务还是学生培养，科研也要为这一目标服务，“做科研仅仅是高校教师的职责之一，更重要的通过高水平科学研究带出一批好学生。大学做研究需要从对学生的培养出发，让学生能顶天立地，顶天就是指理论上的建树，立地是扎根实际，解决工程问题，形成创新的思维和能力。” 对于当前热议的SCI论文考核标准问题，轩福贞教授认为，论文发表是科研成果体现的重要途径，但不是唯一途径，不同领域和方向研究人员的评价需要区别对待。谈及学生的培养，轩福贞教授说，“我不鼓励研究生有一点创新就发论文，而是要把问题搞清楚了，形成一个系统再写论文更有价值”。培养创新能力仅仅是研究生教育的一方面，品德与文化素养同样重要，另一方面，交流与表达能力也是高层次人才的必备要素。 最近发表论文如下：1. 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