可调节压力的防开裂盐化工设备管道的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及盐化工设备管道领域，具体涉及一种可调节压力的防开裂盐化工设备管道。
【背景技术】
[0002]设备腐蚀开裂是盐化工企业生产中面临的一个重大难题。之所以盐化设备存在各种腐蚀开裂问题，归根到底与其极端恶劣的工作环境有关，主要体现在以下几个方面:
[0003](I)氯离子浓度
[0004]卤水中氯离子浓度极高，这是不锈钢产生腐蚀的根源，不锈钢构件常见的环境失效方式如点蚀、晶间腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂、腐蚀疲劳断裂都与溶液中存在氯离子有关。
[0005]已有研宄表明，即使氯离子浓度较低的服役环境，对不锈钢的腐蚀影响也是不容忽视的，所以，与卤水直接接触的不锈钢构件处于极端恶劣的工作环境中，氯离子的影响成为分析问题的关键。
[0006](2)工作温度
[0007]蒸馏是卤水制盐的主要工艺手段，卤水温度各区段稍有不同，大约在90_120°C左右。处于高温卤水中的电解质以及与之相接触的不锈钢中各种元素的活性都增强，促进不锈钢的腐蚀。奥氏体不锈钢应力腐蚀断裂多发生在50-300°C的范围内，一般来说，温度越高，应力腐蚀断裂越容易发生。与卤水接触的不锈钢正好处于这一敏感温度范围，所以，容易产生应力腐蚀。
[0008](3)卤水压力
[0009]卤水压力一般在0.5MPa左右，使泵阀、管道及蒸馏釜等相关构件的材料承受相当的应力作用。很显然，材料的开裂归根到底是由应力引起的，在没有腐蚀介质的环境中，材料开裂的应力极限高于腐蚀环境下的应力极限。
[0010]目前，盐化工企业遇到构件开裂的问题，往往首先考虑材料问题，认为材料抗点蚀、抗晶间腐蚀性能不足，造成所用不锈钢等级越来越高，在实在解决不了问题的情况下，甚至使用钛合金材料。即便如此，也不能有效阻止盐化工构件的早期开裂。由于没有对症下药，这样做并不能从根本上解决问题，反而增加了企业的生产成本。为此，除了在提高材料耐腐蚀性方面采取措施外，还应该从减小应力方面采取措施。
[0011]不锈钢具有优异的力学性能和耐腐蚀性，已被广泛地应用于各种腐蚀环境中，诸如化工、炼油、航空、造船及医药等行业。当环境中的氧化性足够强时，这种钢的表面不仅能生成致密钝化膜，而且钝化膜一旦破损都能及时修复，使钝化膜下的金属不再继续腐蚀，所以，不锈钢耐大气腐蚀的能力较好。但是，在一些特定的条件下，尤其是含有氯离子的环境中，所形成的钝化膜并不稳定，容易破裂，从而发生严重的局部腐蚀，如点蚀和缝隙腐蚀等。
[0012]大量研宄表明，一定温度下，氯离子的浓度超过点蚀的临界浓度时就会发生点蚀。TSUTSUMI等研宄了 304不锈钢在25°C时点蚀的临界浓度约为6 mol/L，卤水中的氯离子浓度远远超过此临界浓度，因而，与卤水接触的不锈钢将不可避免地产生点蚀。目前，尚无资料指明316系列不锈钢点蚀的临界浓度，但是，我们仍然可以大胆地预计，卤水的氯离子浓度也势必超过其临界浓度，所以，对于盐化设备而言，用316系列取代304系列不锈钢，仍然不能阻止点蚀的发生，因为，即使氯离子在几十个ppm浓度范围内，在一定温度下，经过一段诱导期，316不锈钢也能发生点蚀。
[0013]强吸附侵蚀性的氯离子会取代钝化膜中的氧，一旦氯离子吸附在金属表面，将削弱金属离子-原子键，导致钝化膜破裂。另外，吸附在金属表面的氯离子会和金属离子形成复合物溶解到电解液中，导致局部地方氧化膜的薄化，从而使膜内更多的金属离子向膜与电解液的界面迀移，增加了金属溶解速度。
[0014]点蚀坑的底部发生金属溶解反应，由于坑附近区吸氧，坑内阳离子浓度的增加导致氯离子向点蚀坑内聚集。氯离子与金属阳离子结合形成金属氯化物，金属氯化物水解生成酸使得坑内具有较低的PH值，从而导致金属发生自催化型溶解。自催化溶解的结果使点蚀坑不断生长与扩展，形成椭球形凹坑。研宄表明，点蚀坑确实是裂纹萌生的可能位置，但点蚀与裂纹萌生并不存在一一对应的关系，只有具有较大深度或深径比的点蚀坑才能萌生裂纹。对于不锈钢而言，点蚀造成的应力集中达到一定值时，才会形成裂纹源。
[0015]一旦裂纹形成，裂纹的扩展随即展开，直至工件破裂。因而，不锈钢构件的使用寿命实际上由两个基本时段构成，即裂纹源萌生时间和裂纹扩展时间，延缓裂纹萌生或扩展速度都将有利于提高不锈钢构件的使用寿命。
[0016]不锈钢开裂常见的有两种类型，分别为应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳断裂。
[0017](I)应力腐蚀开裂
[0018]在特定的腐蚀介质和拉应力同时作用下，不锈钢出现低于极限强度的脆性开裂现象称为应力腐蚀。应力腐蚀发生的裂纹源萌生于腐蚀敏感微区，裂纹一旦萌生，在不锈钢内部就存在一条狭窄的活性通路，在拉应力的作用下，活性通路前段的钝化膜反复地、间歇地破裂，腐蚀沿着与拉应力垂直的通路前进。在裂纹尖端，由于阴离子腐蚀放氢，一部分氢扩散到尖端金属内部，从而引起尖端的金属脆化，最终导致不锈钢产生脆性开裂。
[0019]应力腐蚀裂纹萌生于构件表面，以点蚀形式居多，也有以晶界腐蚀而形成。点蚀坑或晶界萌生裂纹后，裂纹随即扩展形成沿晶应力腐蚀裂纹，当裂纹扩展到足够深度时，由于应力强度因子增大，由之前的沿晶扩展转变为穿晶扩展。
[0020](2)腐蚀疲劳
[0021]材料在交变应力(也称周期应力或循环应力)和腐蚀介质的联合作用下所发生的早期开裂现象，称为腐蚀疲劳。在腐蚀介质中发生的疲劳比在单纯空气中发生的机械疲劳要严重得多，对于不锈钢而言，在以盐水为腐蚀介质的环境中，其腐蚀疲劳强度只有机械疲劳强度的50%，即损伤比为0.5。
[0022]腐蚀疲劳是损伤累积过程，由裂纹的萌生、扩展及断裂三个阶段构成。裂纹萌生与应力腐蚀一样，主要萌生于点蚀坑及晶界腐蚀，有文献研宄表明，在氯离子浓度较高的介质中，点蚀坑底部还存在晶界腐蚀。
[0023]断口上的疲劳辉纹是疲劳裂纹扩展的一个典型特征。每一条辉纹对应一个疲劳循环周次，辉纹间距对应于这个周次的裂纹扩展距离，氯离子浓度越高，裂纹尖端的腐蚀就越快，裂纹向前推进的距离即辉纹间距越大。
[0024]前期研宄表明，在腐蚀环境下，不锈钢材料的力学性能远不如无腐蚀环境下的力学性能，其根本原因就在于腐蚀环境下的不锈钢受机械及化学的双重作用，这种双重作用既加速裂纹的萌生又加速裂纹的扩展。
[0025]就裂纹萌生而言，目前采取的措施主要集中在材料成分及热处理的改进上，如降低不锈钢中S1、P、S的含量以防晶间腐蚀，提高不锈钢中Mo、N1、Ti的含量以增强其耐点腐蚀的能力，盐化厂对所用不锈钢不断升级就符合以上的观点。但是，在裂纹萌生阶段，化学作用与机械作用所贡献的分量是完全不同的，此阶段主要受化学作用控制，北京科技大学吴荫顺等就明确提出，不锈钢在氯化物溶液中由动应力促进点蚀的发生和发展过程仍然主要受环境介质腐蚀性作用所控制。所以，在环境腐蚀因素不能改变的情况下，裂纹萌生是不可避免的，延缓裂纹萌生的做法并不能明显提高构件的疲劳寿命。
[0026]裂纹扩展阶段主要受机械作用的控制，只有在拉应力或者交变应力的作用下，裂纹尖端才能发生塑性变形，从而露出新鲜的金属，这部分金属才在腐蚀的作用下使裂纹扩展，反过来说，如果裂纹尖端不能张开，裂纹也就不会扩展。很显然，裂纹的扩展是在拉应力(含时间轴上部分的交变应力)的作用下进行的，压应力(含时间轴下部分的交变应力)不会造成裂纹扩展。在构件上预置足够的压应力，既可以抵消由介质压力造成的拉应力，也可以抵消交变应力的拉应力部分，使材料内部只受压应力的作用，将有利于抑制裂纹的扩展。
[0027]材料开裂包含两个基本过程，分别是裂纹萌生与裂纹扩展。因而，不锈钢构件的使用寿命实际上由两个基本时段构成，即裂纹源萌生时间和裂纹扩展时间，延缓裂纹萌生或扩展速度都将有利于提高不锈钢构件的使用寿命。升级不锈钢，由304到316L，采用更加抗点蚀、抗晶间腐蚀的不锈钢，其实就是通过延缓裂纹萌生来提高不锈钢构件使用寿命的，对阻碍裂纹扩展并没有什么帮助。所以，项目组认为，预防不锈钢构件早期开裂，还应该在延缓裂纹扩展方面下工夫。
[0028]在腐蚀环境下，不锈钢材料的力学性能远不如无腐蚀环境下的力学性能，其根本原因就在于腐蚀环境下的不锈钢受机械及化学的双重作用，这种双重作用既加速裂纹的萌生又加速裂纹的扩展。但是，在裂纹萌生阶段，化学作用与机械作用所贡献的分量是完全不同的，此阶段主要受化学作用控制，在环境腐蚀因素不能改变的情况下，裂纹萌生是不可避免的，延缓裂纹萌生的做法并不能明显提高构件的使用寿命。
[0029]裂纹扩展阶段主要受机械作用的控制，只有在拉应力或者交变应力的作用下，裂纹尖端才能发生塑性变形，从而露出新鲜的金属，这部分金属才在腐蚀的作用下使裂纹扩展，反过来说，如果裂纹尖端不能张开，裂纹也就不会扩展。所以，裂纹的扩展是在拉应力(含时间轴上部分的交变应力)的作用下进行的，压应力(含时间轴下部分的交变应力)不会造成裂纹扩展。在不锈钢构件上预置足够的压应力，既可以抵消由介质压力造成的拉应力，也可以抵消交变应力的拉应力部分，使材料内部只受压应力的作用，将有利于抑制裂纹的扩展。
【发明内容】
[0030]本实用新型的目的在于:克服现有技术的不足，提供一种可调节压力的防开裂盐化工设备管道，通过液压油对于盐化工设备管道的压力，抵消了盐化工设备管道内的卤水压力，使得点蚀部位不会在卤水的压应力下开裂