文档介绍：浅谈NaOH管线的碱脆失效
 
   
 
 
 
 
 
 
 
     
 
 
 
 
 
摘要：以某乙烯工程化学水装置碱液管线焊口处开裂为案例，通过碱脆的腐蚀机理和发生条件，分析了该装置管道发生碱脆的原因，并提出了碳钢碱液管道预防碱脆失效的措施和对策。
关键词：碱脆；腐蚀；分析；对策
1、概述
在石油化工装置中，服役于碱性介质的设备、管道极为普遍，所以碱脆现象在化工行业中是一种常见的管道失效形式，经常发生在接触苛性碱的碳钢、低合金钢的设备、管道上，本文就某乙烯工程化学水装置碱液管道发生碱脆破裂的事故为例（碱液管道的参数见表1），对碳钢发生碱脆的机理进行分析，并对如何处理预防碱液管道的碱脆失效提出了改进措施。
表1
序号
介质名称
操作压力（Mpa）
操作温度（℃）
设计压力（Mpa）
设计温度（℃）
材质
备注
1
5%NaOH溶液

30

80
20G
2
低压蒸汽

200

260
20#
伴热用
金属材料的拉伸应力和腐蚀介质的共同作用下，发生的腐蚀现象称为应力腐蚀，金属表面都有一层钝化膜（氧化保护膜），在钝化膜未被破坏时不发生腐蚀，在应力作用下，金属表面局部区域的钝化膜被撕破，露出活性金属表面，在介质作用下出现腐蚀，且其发展是逐渐加剧；应力腐蚀与单纯的应力破坏不一样，在极低的应力作用下也会发生破坏，与单纯腐蚀引起破坏也不一样，腐蚀性很弱的介质，也能引起应力腐蚀破坏，应力与腐蚀二者相互促进，它往往在没有变形预兆的情况下而迅速断裂，很容易造成严重的生产事故，常用材料易产生应力腐蚀的环境（见表2）。
表2
序号
材料
环境
1
碳钢、低碳钢
NaOH溶液等
2
奥氏体不锈钢
海水、***离子、含***化合物的冷凝水汽等
2、金属碱脆化学碱脆机理和发生条件

金属的碱脆是指暴露于碱性溶液中的管道表面发生应力腐蚀开裂，多数情况下出现在未经消除应力热处理的焊缝附近或热处理不彻底的焊缝附近，它可以在短时间内穿透管线的管壁。
碱脆现象从化学腐蚀机理分析是碳钢在高温下与水蒸气产生如下的化学反应：3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2，在这个反应中，管道碱性介质NaOH起着催化作用，反应生成的Fe3O4覆盖在钢的表面，形成一层保护膜，但是可能由于过高的局部拉伸应力使保护膜遭到破坏，也可能由于NaOH在表面裂纹中富集使Fe3O4被溶解，形成电化学腐蚀。腐蚀的尖端区域成为阳极，在裂纹周围的保护层成为阴极，再加上拉伸应力的作用，使裂纹迅速扩展，最终导致断裂。
碱应力腐蚀开裂通常发生在焊缝和热影响区上，本文中注碱管线发生的碱脆断裂就发生在靠近焊缝的热影响区上。与焊缝垂直方向上的应力越接近焊缝中心，焊接残余应力越高，这说明了处于高浓度碱液中的封头、管子和两者之间的焊缝，由于焊缝中心的残余应力最高，最先导致应力腐蚀破裂；又由于焊接残余应力沿焊接方向上的应力分布不同，距离焊接起点约200mm的地方应力最高，向两侧逐渐减弱，在距离0点和400mm以外，逐渐降低至0。

钢的碱脆，一般要同时具备相互作用的三个条件：
较高浓度的NaOH；
2）NaOH操作温度高；
3）