论文部分内容阅读
摘要：文中分析了氨制冷立式冷凝器外壳腐蚀的产生原因，并提出了改进建议；
关键词：氨制冷；立式冷凝器；腐蚀；
【分类号】TQ021
1 引言
2013年11月4日，国家质检总局特种设备局發布了《关于氨制冷装置特种设备专项治理工作的指导意见》（质检特函[2013]61号），意见中对涉氨特种设备的设计、制造、安装、使用、定期检验等步骤均做出详细规定。同时对无技术资料的涉氨压力容器和压力管道的处理做出了明确要求。根据意见要求，宁德市先后多次对小型冷冻厂涉氨特种设备展开专项治理工作。使用单位对此均非常重视，积极开展自查、自纠工作，在检验单位的技术支持下，发现并解决了多项安全隐患，为企业的生产安全提供了保障。
2014年6月，检验人员在对某冷冻厂氨制冷压力容器进行定期检验时发现，其中一台立式冷凝器顶部外壳腐蚀严重，且在腐蚀部位附近可闻到刺鼻的气味，初步判定为漏氨。经过沟通，使用单位立即停止使用该设备并协助检验人员进一步对其做详细分析。
2 问题描述
2.1 设备参数
该设备为国内正规有资质的厂家设计并制造，相关资料齐全。经查阅使用登记证、质量证明书、历次检验报告等资料，收集设备参数见表1
2.2 现场情况
该冷凝器为立式，管壳式，其顶部为水箱，冷却水从水箱流入，经由换热管流至下方储水池，再经抽水泵将水抽至顶部水箱，如此循环。壳程内介质为氨，水在循环过程中将氨的热量带走。示意图见图1。
在水箱附近，筒体表面大部分被厚厚一层铁锈覆盖，鼓起的多个铁锈包呈现溃疡状分布。将表层的铁锈清除后可见筒体表面存在多个腐蚀坑。安全阀、压力表均在校验有效期内，压力表压力显示正常，因此可排除筒体腐蚀坑泄漏的可能性，见图2。
现场可闻到刺鼻的氨气气味，经仔细观察，腐蚀区域靠近冷凝器的安全阀、压力表接口，用PH试纸测试发现，安全阀及压力表的接口处均会使试纸变色，其余地方则无变色反应。因此可推断氨气是从安全阀及压力表的接口处泄漏出来的，见图3。
顶部水箱盖板已破损，仅剩不到一半残余，水箱中的水不停溅出至腐蚀区域处，筒体外壁防腐层破损严重，水顺着筒壁一直流至筒体下方。
3 原因分析
3.1 筒体生锈原因分析
冷凝器顶部水箱挡板破损，水长期喷溅至上筒体外表面，且该区域防腐层大部分脱落，使用单位保养意识薄弱，没有及时修补防腐层，使母材直接暴露在潮湿的环境下。在潮湿的空气中，钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜，这层水膜里含有少量的H+和OH-，还溶解了氧气，结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里，铁是负极，碳是正极，铁失去电子而被氧化，最终形成氧化铁，即铁锈：
一块铁完全生锈后，体积可胀大8倍。如果铁锈不除去，这海绵状的铁锈特别容易吸收水分，铁也就烂得更快了。
3.2 安全附件接口密封面泄漏
从图3中可看出，该安全阀明显经过暴力拆卸，管口接管已变形，拆装后密封面无法完全密封，使氨泄漏到空气中，而吸附在筒体外表面的水吸收空气中的氨气成份后，水溶液变成氨水溶液，具有一定的腐蚀性，加剧了腐蚀程度。
氨水能腐蚀金属有三个原因：一是金属与金属离子存在双电平衡；二是氨分子可以与许多金属离子形成稳定的配离子；三是大气中含有大量的氧分子。
具体地说，是由于氨可以与许多金属离子形成比较稳定的配离子，所以会使金属离子与金属单质之间的标准电极电势降低，从而使金属更容易被氧化而发生腐蚀现象。氨水对金属的的腐蚀作用中，氨分子本身没有发生氧化还原反应，真正腐蚀金属的是大气中的氧分子，NH3只是介质，其作用是使得腐蚀更容易进行。这与液氨对金属的腐蚀有着本质的区别。
4 问题处理
4.1 强度校核
将铁锈清除后，对壁厚减薄部位进行超声波测厚，测得最薄处厚度为6.1mm。根据《TSGR7001-2013压力容器定期检验规则》规定，腐蚀深度超过腐蚀裕量、应当进行强度校核，经查阅资料得到校核所需的参数，见表2
查阅上次全面检验报告可知，上次实测筒体最小壁厚为7.8mm，3年实际减薄量为1.7mm，剩余壁厚按照实测最小值减去至下次检验日期的腐蚀量，作为强度校核的壁厚。因此腐蚀裕量取1.7mm。
由此可见，剩余壁厚小于壁厚允许最小值，该容器壁厚不符合安全使用要求。
4.2 改造维修方案分析
该容器腐蚀减薄区域所剩余壁厚已无法满足安全使用要求，建议使用单位将该区域筒体切割去除后再回补。这种维修方案成本低，时间短，但是切割时易损伤到内部换热管，且由于换热管的存在，焊接后无法进行射线检测。
考虑到该容器已投用8年多，部件老化较为严重，换热效果降低明显。即使维修成功，继续使用仍存在安全隐患。使用单位从安全、经济的角度考虑，最终决定将该容器拆除，更换为蒸发式冷凝器。
5 结论
为提高冷凝器使用寿命，保证企业生产安全，通过对该容器腐蚀泄漏的问题分析，我们可以得出以下几点结论：
1）使用单位应加强使用管理，建立管理制度，由持证人员负责定期对冷凝器进行检查，有遇到防腐层破损、脱落现象的，应及时修补防腐层，及时消除锈蚀可能。
2）建立安全操作规程，在拆装安全附件时，不宜暴力拆卸，以免损伤到密封面。
3）建立巡查制度，对于有漏氨现象的，应高度重视，分析问题，查找原因，及时处理。不应置之不理，使小问题严重化。
参考文献
[1] 关甲芬.某氨蒸发器壳程外部腐蚀分析及其对策.特种设备安全技术，2013，03：2-3.
[2] 高红利.李伟军. 液氨储罐腐蚀分析与防止措施.化工装备技术，2005，26：71-72.
[3] 赵永霞. 宋引文. 张艳丽. 卧式氨冷凝器腐蚀原因及改造措施.化工设计通讯，2010，36：12，18.
[4] 王海全.液氨储罐筒体腐蚀原因分析及防范措施.化学工程与装备，2014，1：118，123.
[5] 侯颖颖. 陈雪峰. 浅谈氨水对设备的腐蚀及防腐措施.化工技术，2011，11：57.
关键词：氨制冷；立式冷凝器；腐蚀；
【分类号】TQ021
1 引言
2013年11月4日，国家质检总局特种设备局發布了《关于氨制冷装置特种设备专项治理工作的指导意见》（质检特函[2013]61号），意见中对涉氨特种设备的设计、制造、安装、使用、定期检验等步骤均做出详细规定。同时对无技术资料的涉氨压力容器和压力管道的处理做出了明确要求。根据意见要求，宁德市先后多次对小型冷冻厂涉氨特种设备展开专项治理工作。使用单位对此均非常重视，积极开展自查、自纠工作，在检验单位的技术支持下，发现并解决了多项安全隐患，为企业的生产安全提供了保障。
2014年6月，检验人员在对某冷冻厂氨制冷压力容器进行定期检验时发现，其中一台立式冷凝器顶部外壳腐蚀严重，且在腐蚀部位附近可闻到刺鼻的气味，初步判定为漏氨。经过沟通，使用单位立即停止使用该设备并协助检验人员进一步对其做详细分析。
2 问题描述
2.1 设备参数
该设备为国内正规有资质的厂家设计并制造，相关资料齐全。经查阅使用登记证、质量证明书、历次检验报告等资料，收集设备参数见表1
2.2 现场情况
该冷凝器为立式，管壳式，其顶部为水箱，冷却水从水箱流入，经由换热管流至下方储水池，再经抽水泵将水抽至顶部水箱，如此循环。壳程内介质为氨，水在循环过程中将氨的热量带走。示意图见图1。
在水箱附近，筒体表面大部分被厚厚一层铁锈覆盖，鼓起的多个铁锈包呈现溃疡状分布。将表层的铁锈清除后可见筒体表面存在多个腐蚀坑。安全阀、压力表均在校验有效期内，压力表压力显示正常，因此可排除筒体腐蚀坑泄漏的可能性，见图2。
现场可闻到刺鼻的氨气气味，经仔细观察，腐蚀区域靠近冷凝器的安全阀、压力表接口，用PH试纸测试发现，安全阀及压力表的接口处均会使试纸变色，其余地方则无变色反应。因此可推断氨气是从安全阀及压力表的接口处泄漏出来的，见图3。
顶部水箱盖板已破损，仅剩不到一半残余，水箱中的水不停溅出至腐蚀区域处，筒体外壁防腐层破损严重，水顺着筒壁一直流至筒体下方。
3 原因分析
3.1 筒体生锈原因分析
冷凝器顶部水箱挡板破损，水长期喷溅至上筒体外表面，且该区域防腐层大部分脱落，使用单位保养意识薄弱，没有及时修补防腐层，使母材直接暴露在潮湿的环境下。在潮湿的空气中，钢铁表面吸附了一层薄薄的水膜，这层水膜里含有少量的H+和OH-，还溶解了氧气，结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液，它跟钢铁里的铁和少量的碳恰好形成无数微小的原电池。在这些原电池里，铁是负极，碳是正极，铁失去电子而被氧化，最终形成氧化铁，即铁锈：
一块铁完全生锈后，体积可胀大8倍。如果铁锈不除去，这海绵状的铁锈特别容易吸收水分，铁也就烂得更快了。
3.2 安全附件接口密封面泄漏
从图3中可看出，该安全阀明显经过暴力拆卸，管口接管已变形，拆装后密封面无法完全密封，使氨泄漏到空气中，而吸附在筒体外表面的水吸收空气中的氨气成份后，水溶液变成氨水溶液，具有一定的腐蚀性，加剧了腐蚀程度。
氨水能腐蚀金属有三个原因：一是金属与金属离子存在双电平衡；二是氨分子可以与许多金属离子形成稳定的配离子；三是大气中含有大量的氧分子。
具体地说，是由于氨可以与许多金属离子形成比较稳定的配离子，所以会使金属离子与金属单质之间的标准电极电势降低，从而使金属更容易被氧化而发生腐蚀现象。氨水对金属的的腐蚀作用中，氨分子本身没有发生氧化还原反应，真正腐蚀金属的是大气中的氧分子，NH3只是介质，其作用是使得腐蚀更容易进行。这与液氨对金属的腐蚀有着本质的区别。
4 问题处理
4.1 强度校核
将铁锈清除后，对壁厚减薄部位进行超声波测厚，测得最薄处厚度为6.1mm。根据《TSGR7001-2013压力容器定期检验规则》规定，腐蚀深度超过腐蚀裕量、应当进行强度校核，经查阅资料得到校核所需的参数，见表2
查阅上次全面检验报告可知，上次实测筒体最小壁厚为7.8mm，3年实际减薄量为1.7mm，剩余壁厚按照实测最小值减去至下次检验日期的腐蚀量，作为强度校核的壁厚。因此腐蚀裕量取1.7mm。
由此可见，剩余壁厚小于壁厚允许最小值，该容器壁厚不符合安全使用要求。
4.2 改造维修方案分析
该容器腐蚀减薄区域所剩余壁厚已无法满足安全使用要求，建议使用单位将该区域筒体切割去除后再回补。这种维修方案成本低，时间短，但是切割时易损伤到内部换热管，且由于换热管的存在，焊接后无法进行射线检测。
考虑到该容器已投用8年多，部件老化较为严重，换热效果降低明显。即使维修成功，继续使用仍存在安全隐患。使用单位从安全、经济的角度考虑，最终决定将该容器拆除，更换为蒸发式冷凝器。
5 结论
为提高冷凝器使用寿命，保证企业生产安全，通过对该容器腐蚀泄漏的问题分析，我们可以得出以下几点结论：
1）使用单位应加强使用管理，建立管理制度，由持证人员负责定期对冷凝器进行检查，有遇到防腐层破损、脱落现象的，应及时修补防腐层，及时消除锈蚀可能。
2）建立安全操作规程，在拆装安全附件时，不宜暴力拆卸，以免损伤到密封面。
3）建立巡查制度，对于有漏氨现象的，应高度重视，分析问题，查找原因，及时处理。不应置之不理，使小问题严重化。
参考文献
[1] 关甲芬.某氨蒸发器壳程外部腐蚀分析及其对策.特种设备安全技术，2013，03：2-3.
[2] 高红利.李伟军. 液氨储罐腐蚀分析与防止措施.化工装备技术，2005，26：71-72.
[3] 赵永霞. 宋引文. 张艳丽. 卧式氨冷凝器腐蚀原因及改造措施.化工设计通讯，2010，36：12，18.
[4] 王海全.液氨储罐筒体腐蚀原因分析及防范措施.化学工程与装备，2014，1：118，123.
[5] 侯颖颖. 陈雪峰. 浅谈氨水对设备的腐蚀及防腐措施.化工技术，2011，11：57.