钢衬塑管道防腐蚀设计方法
2013-11-19 14:00:04 来源：钢衬塑管道
钢衬塑管道防腐蚀设计方法
1.防腐蚀设计的程序
防腐蚀设计工作中应包括：材料及其制造加工方法的正确选择；对材料试验和腐蚀试验提出要求；对设备服役过程中可能发生的腐蚀损耗或破坏进行分析，以选择适当的防护措施；从防腐蚀角度对结构的强度进行核算以及对结构和部件的形状及组合设计进行审查；还需考虑装置的维修以及预期寿命等。
2.设计时选材的考虑原则
在设计阶段选材时，应充分占有各种材料的资料、数据和在特定介质中的腐蚀特性，并充分利用行之有效的工作经验和工作程序。
（1）对腐蚀环境条件的了解 由于材料性能随使用的工况条件不同而有很大的变化，因此首先要了解导致腐蚀的环境因素，包括：
1）化学因素 介质的成分（包括杂质）、pH值、含氧量、可能发生的化学反应等；
2）物理因素 介质的温度、流速、受热及散热条件、受力类型及大小等。特别要注意高温、低温、高压、真空、冲击载荷、交变应力等环境条件。
（2）选材的一般顺序
1）初步选择 依据失效经验，查阅权威性材料手册，若有疑问，向腐蚀及防护专家咨询；确定可能发生的腐蚀类型，进行初步选材；再考虑实际设备的复杂程序和在加工性方面的要求，如焊接性、成形性、铸造性、表面处理等，并在考虑成本后，选择几种可供选用的材料，以便进一步筛选。
2）腐蚀试验 若对工况没有成熟的经验，应进行腐蚀试验，获得必要的选材依据的可靠数据。这也是为进一步验证初选结果所必需的。腐蚀试验除了实验室试验外，对特别重要的设备有时还应补充在实际运转条件下的现场模拟试验，如现场设备的挂片试验或模拟小设备的试验等。
在上述工作的基础上，综合考虑材料的耐蚀性能、力学性能、工艺性能及成本，即兼顾耐用性及经济性，从而正确选择材料及其制造加工工艺。
（3）预期设备使用寿命的考虑 设计设备时在使用年限的确定上一般应考虑：①满足整个生产装置要求的寿命；②希望整个设备各部分材料能尽可能均匀劣化；③材料费/施工费/维修费，综合*佳的经济考虑。
对于全面腐蚀而言，预期使用寿命可根据腐蚀率进行估算；对于各类局部腐蚀，则需要在深入了解其萌生与扩展机理，并在取得相应的数据的基础上进行寿命预测和估算。相应的腐蚀设备寿命预测技术是防腐蚀设计技术中应该重要研究开发的内容之一。
3.工程结构耐蚀设计的一般原则
在防腐蚀结构设计中，主要应考虑结构及部件的形状以及相互间的组合等是否符合防腐蚀，特别是防止各各类型局部腐蚀的要求，不仅包括设备的设计，还包括设备间的安装情况以及管道系统的布置等，即所谓的系统设计问题。
*通用的防腐蚀合理设计规则是要避免产生不均匀和多相性腐蚀。耐蚀设计中应着重注意以下一般规则：
1）结构件的形状应尽可能简单合理。形状简单的构件易于采取防蚀措施，便于排除故障，易于检查和维修。死角、缝隙处容易使腐蚀介质聚集和浓缩，从而引起腐蚀，应设法避免。可能情况下，特别是对易损坏的部件，设计成可拆式结构，有利于检修及更换。
2）尽量避免应力集中，减少或消除残余应力，以减少或避免应力腐蚀破裂等危险。
3）防止电偶腐蚀。避免异种金属接触及电解液在表面的形成，防止与能吸收水分的材料接触等均是重要措施。
4）避免缝隙，以防止缝隙腐蚀。用焊接代替铆接，焊接时尽可能采用对焊、连续焊而不采用搭接焊、点焊、间接焊以及选择坚实、有弹性、不吸水的密封垫片材料等均有利于避免缝隙。
5）防止湍流、涡流等造成的冲刷腐蚀。应用流体力学理论指导部件设计以避免这种流动方式。
6）防止温度差、通气差、溶液浓度差等导致的电位差引起的腐蚀。
7）设备和建筑物的位置如有选择可能，应选择自然腐蚀较轻的位置，如避免海洋大气、工业污水、化工厂有关烟尘等的加速腐蚀。
在防腐蚀结构设计时，还需考虑合适的防腐蚀措施及其实施的可能性和便利性，如电化学保护系统的安置，涂层的选择及施工，缓蚀剂加注及补充系统等。
4.防腐蚀强度设计
强度设计中应考虑材料及结构在腐蚀环境中的强度核算是否符合防腐蚀的要求，也称之为“环境强度设计”。在腐蚀介质条件下，一般地考虑安全系数和许用应力是不够的，必须考虑环境对强度的影响，并进行必要的核算，这对应力腐蚀、腐蚀疲劳等尤为重要。
如果所选材料在该设备使用的介质中只产生全面腐蚀，则在设计时往往人为地将腐蚀与强度问题分开处理，即在强度设计时，选取构件的尺寸和壁厚，然后再按年平均腐蚀率数据乘以预期的工作年限，得到一个附加的壁厚，称为“腐蚀裕度”，加到原有的壁厚上去。考虑到在外力作用下，当金属产生塑性变形时，有可能发生电位及腐蚀电流密度的变化，故在设计时应尽可能避免尺寸突变和尖锐过渡，以避免局部应力集中和局部加速腐蚀。
由介质—机械联合作用引起的破坏过程危险性很大，例如应力腐蚀破裂、腐蚀疲劳、氢致开裂等，是防腐蚀强度设计中的核心问题。
（1）应力腐蚀破裂（SCC） SCC是材料在（拉）应力和特定腐蚀环境共同作用下产生的一种破坏形式，往往表面没有严重全面腐蚀就产生开裂，是一种危险的腐蚀形态。在设计时应尽量避免产生SCC的“材料—环境”组合以及减少或消除应力的来源，包括外加载荷、冷热加工变形和焊接或热处理的残余应力、温差引起的热应力等。
通过实验或查阅手册，尽可能得到有关应力腐蚀的临界应力σSCC、应力腐蚀临界强度因子KISCC（分别定义为在一定的时间周期内不产生SCC的*大初始应力或应务强度因子）以及应力腐蚀裂纹亚临界扩展速率da/dt等数据，对于防腐蚀强度设计和强度核算以及设备预期寿命的估算等都具有重要意义。在使用这些数据时，还应该考虑力的作用形式和随时间变化等的影响。
近年来发展的应力腐蚀裂纹萌生应力和萌生应变等测试技术与相关数据，提供了防腐蚀强度设计的一些新的参数，对工程设计也很有用处。
（2）腐蚀疲劳（CF） 腐蚀疲劳是在腐蚀介质和交变应力或脉动应力联合作用下引起的腐蚀破坏。腐蚀疲劳与应力腐蚀不同，它没有介质与材料的特定组合问题；腐蚀疲劳与一般疲劳也不同，它没有真正的疲劳极限值，只要循环交变次数足够大，就可在很低的应力下引起腐蚀疲劳破坏。因此，往往腐蚀疲劳的极限值都是与一定的循环次数相联系的，称为表观疲劳极限，通常以循环次数为107时的疲劳应力作为标准值。然后除以安全系数，作为作用腐蚀疲劳值用于设计中。在应用腐蚀疲劳极限值时，应该考虑应力波形、应力变动频率、材料强度与成分、复合应力、腐蚀环境等的影响，如果这些因素会使疲劳寿命缩短，则在设备设计时，可以根据缩短的程度，适当加大安全系数或取更小的许用应力值进行强度核算。
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