氨是一種重要的化工產品和工業原料，廣泛應用于煉油、化工、農業、制藥、制冷等工業。為便于儲存和運輸，合成氨廠生產的產品氨通常是將氨氣加壓或降溫處理成液氨，液氨儲罐作為一種特殊的壓力容器，在這些行業也廣泛使用。

液氨儲罐

　　多年來對液氨儲罐的使用和檢驗發現，這類儲罐很少發生強度破壞，大多數是由腐蝕裂紋引起的腐蝕破壞。根據多年實踐，本文對液氨儲罐可能引起腐蝕的幾個方面進行分析，并提出了相應的防護措施，以防止腐蝕的發生。

　　1液氨儲罐的腐蝕特征

　　通過對各類液氨儲罐的開罐檢查發現，儲罐內表面焊縫區的腐蝕裂紋比較嚴重，且多數出現在環焊縫上，裂紋斷口沒有塑性變形，呈現出典型的脆性裂紋特征。裂紋多數為淺而長的表面裂紋，且有明顯的分支，主干裂紋與焊縫方向垂直，尤其在手工電弧焊的引弧處和收弧處、T型接頭處及封頭環縫與筒體縱焊縫交叉部位，裂紋更嚴重。磁粉檢測發現，焊縫裂紋呈樹枝狀，主干裂紋多呈線性，分支較短，端部較尖銳，根部稍寬。

　　2液氨儲罐腐蝕分析

　　儲罐里面的液氨是經過加壓或降溫而轉化成的液化氣，它的操作壓力就是大氣溫度下的飽和蒸氣壓。操作溫度和操作壓力隨氣候變化而波動。《壓力容器安全技術監察規程》規定，無保溫或保冷、盛裝低壓液化氣體的常溫儲罐，設計溫度均取50℃，最高工作壓力取所裝介質在50℃時的飽和蒸氣壓力。而廣東地區夏天的最高室溫一般不會超過40℃，40℃下氨的飽和蒸氣壓為1.55MPa,通常操作壓力為0.8~1.2MPa,故儲罐一般不會因超載而發生強度破壞。由于液化氣的膨脹系數非常大，為水的數十倍，如果液體充滿儲罐，儲罐內的壓力就不再是蒸氣壓，而是液體的膨脹壓力。儲罐的工作壓力直接受溫度的影響，溫度每升高1℃，液氨儲罐的壓力就可升高1.316~1.875MPa,溫度只要升高3~5℃，儲罐就會因嚴重超載而爆炸。因此，《壓力容器安全技術監察規程》規定了儲罐在不同充液溫度下的裝量系數，以保證儲罐內有足夠的氣體空間。如果儲罐在投入使用前抽氣不完全，就很容易使空氣摻雜在里面。液氨在充裝、排料及檢修等過程中，也會受到空氣的污染，儲罐焊縫處存在由于操作壓力引起的拉應力和焊接殘余應力。在拉應力狀態下，碳鋼在被空氣污染的液氨環境中很容易發生應力腐蝕破壞。

　　空氣中的O₂、CO₂、N₂都會促進液氨對罐壁材料的腐蝕。不論是在氣相或液相中，氨、O₂和N₂與碳鋼或低合金鋼組成了應力腐蝕環境，產生應力腐蝕（SCC）。其腐蝕的機理為：在含O₂的液氨中，鋼表面吸附O₂形成氧膜，這使腐蝕電位保持在正值，當材料受拉力產生應變后，膜被破壞，暴露出來的新鮮表面（滑移階）與有氧膜的金屬表面組成微電池，產生快速溶解。在沒有其他雜質存在時，O₂能在裸露金屬表面上再成膜，抑制應力腐蝕的產生；而當液氨中同時溶有N₂時，由于N₂與O₂在滑移階上產生“競爭吸附”,阻止部分裸露滑移階的再鈍化，從而增加鋼的應力腐蝕斷裂敏感性。上述有關應力腐蝕的條件，只要缺任何一種，應力腐蝕均不能發生。而空氣中的CO₂則會導致全面腐蝕，其腐蝕機理為：

　　陰極反應：O₂+2NH₄^-+4e→2OH^-+2NH₃

　　陽極反應：2Fe→2Fe²⁺+4e^-

　　整個反應為：O₂+2NH4+2Fe→2Fe²⁺+2OH^-+2NH3

　　有CO₂共存時，則生成碳酸銨：2NH₃+CO₂→NH₄CO₂NH₂

　　NH₄CO₂NH₂→NH₄+NH₂CO₂

　　反應中產生碳基甲酸氨（NH₄CO₂NH₂）對碳鋼有強烈的腐蝕作用，它使鋼材表面的鈍化膜在滑移臺階產生破裂，并沿此處發展為陽極型的腐蝕裂紋。因此，這兩種腐蝕作用相互促進，加劇了材料的腐蝕破壞。這種應力腐蝕與母材的強度有關，強度越高，腐蝕敏感性越大。儲存溫度也會對應力腐蝕產生影響，0℃以上常溫操作的儲罐，應力腐蝕易發生。

　　3防護措施及安全評估

　　液氨儲罐從設計、制造到使用的各個環節，如果方法不得當，都會對應力腐蝕埋下隱患。故意防腐蝕應從設計、制造到使用過程的整個質量保證體系的各個環節都采取可靠的措施。

　　（1）材料選擇。實踐證明，材料強度越高，發生應力腐蝕的可能性越大。但不發生應力腐蝕的最低強度限與雜質含量及特性、應力大小、操作速度等因素有關。為了防止應力腐蝕，在綜合考慮操作壓力、殘余應力以及安全性和經濟性的情況下，應盡可能選用強度較低的鋼材。

　　（2）采用合理的結構和焊接工藝。結構上應避免焊縫過多、過于集中、焊縫不對稱、焊縫交叉和焊接順序不合理等造成的應力集中。制造時應避免強力組焊，防止咬邊、錯邊等缺陷，保證與介質接觸的表面盡量光滑。制造完成后，應進行退火熱處理以去除焊后殘余熱應力。正確的焊后熱處理可以大大降低制造過程中的殘余應力，并可以降低焊接熱影響區的峰值硬度。

　　（3）對投入使用前的新儲罐，應徹底清除里面的空氣；在充裝、排料及檢修等過程中，采取一定的措施避免帶進任何空氣。對大型儲罐應連續冷凝氨蒸氣，而不凝氣體大部分是空氣，應將其排出。對較小的設備用抽氣或蒸騰除去儲罐里面的空氣。總之，消除儲罐里面的空氣污染，可以有效地防止應力腐蝕。

　　（4）新投用的儲罐，應按規定進行內外部檢驗并進行周期性的定期檢驗。對液、氣相界面、引收弧處及T型接頭等易腐蝕部位應重點檢驗；對液面以下所有焊縫應進行100%磁粉或超聲波探傷，若條件允許，應對所有焊縫進行100%磁粉探傷。對檢驗出的裂紋應進行評估。因應力腐蝕界限斷裂韌度J_ISCC大約只有材料常規斷裂韌度﹠_0.05的1/5,所以應根據斷裂力學判據對裂紋進行安全等級評估，并給出處理意見及下次檢驗時間。對于不超過1/4壁厚和深度小于4mm的淺裂紋，可以采用打磨的方法進行機械消除，但要嚴格控制打磨工藝；對于較深的裂紋，先進行打磨處理后再進行補焊。補焊前應先預熱加溫以防止焊接硬化，焊接時宜采用低氫焊條，焊后進行探傷復查，并進行去應力處理。

　　（5）定期檢測液氨濃度和含水率，發現水分低于臨界濃度應及時補充水分，使含水率始終保持在0.2%~1%的范圍。另外，還可加入其它抑制劑，如加入100μg/g的冷凍機油或5μg/g的菜籽油或10~50μg/g的硅油作為應力腐蝕抑制劑，都可有效地抑制液氨引起的應力腐蝕。

責任編輯：劉傳