防止?jié)窳蚧瘹洵h(huán)境中壓力容器失效的推薦方法

陸葉

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院南通分院，江蘇 南通 226200）

防止?jié)窳蚧瘹洵h(huán)境中壓力容器失效的推薦方法

陸葉

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院南通分院，江蘇 南通 226200）

目前進(jìn)行原油處理，主要利用石油化工以及油田采油設(shè)備，原油中含有的硫化氫不斷地增加，會(huì)給壓力容器帶來嚴(yán)重的腐蝕問題，這一問題已經(jīng)受到了全行業(yè)的重視。由于壓力容器極易受到硫化氫的影響，若硬度偏高，加之拉伸應(yīng)力的存在，則會(huì)造成腐蝕問題，引起嚴(yán)重的后果。文中對(duì)在硫化氫環(huán)境下，如何保證壓力容器不失效，以及其發(fā)生的環(huán)境、材質(zhì)以及對(duì)抗措施進(jìn)行了論述。

濕硫化氫；壓力容器；方法

濕硫化氫環(huán)境下壓力容器的選材極其重要，要從綜合角度進(jìn)行考慮，通常情況下，壓力容器選用的鋼材主要是碳鋼和低合金鋼以及不銹鋼，硫化氫對(duì)于不同鋼材的腐蝕程度是不同的，由此要保持一段時(shí)間內(nèi)，壓力容器不受硫化氫的應(yīng)力腐蝕，則需要充分的考慮壓力容器材料的性能，尤其是焊接材料、管材以及鍛件等。

1　壓力容器在H2S環(huán)境中的開裂機(jī)理

（1）鋼材質(zhì)的開裂機(jī)理。①造成壓力容器腐蝕的環(huán)境。在濕硫化氫的腐蝕環(huán)境下，也就是當(dāng)水或者含水物質(zhì)流在露點(diǎn)下與濕硫化氫共存的狀態(tài)下，發(fā)生的壓力容器和管道腐蝕情況，通常情況下濕硫化氫環(huán)境主要在煉油廠的二次加工裝置中的輕油部分，同時(shí)還存在于汽提塔、冷卻器、加氫裂化裝置以及高壓分離器等設(shè)備中。壓力容器金屬材質(zhì)，在干燥的硫化氫環(huán)境中是不會(huì)發(fā)生干裂，造成失效的情況，只有在濕硫化氫的環(huán)境條件下，才會(huì)產(chǎn)生開裂情況，發(fā)生腐蝕情況，其中硫離子可以對(duì)碳鋼、低合金鋼產(chǎn)生均勻腐蝕，若是單純的均勻腐蝕，則很容易解決，但出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕，引起的局部腐蝕，處理起來有很大的難度，造成的危害性也比較大。②機(jī)理破壞形式。壓力容器金屬材料在濕硫化氫環(huán)境下，主要出現(xiàn)以下4種破壞形式和破壞機(jī)理，主要包括氫鼓泡、氫致開裂、SSCC、SOHIC，其中氫鼓泡發(fā)生時(shí)，不需要增加載荷壓力或者殘余應(yīng)力，就其概念而言，不能將其劃分在應(yīng)力腐蝕破壞的范疇內(nèi)。其中氫致開裂主要發(fā)生在鋼內(nèi)部，當(dāng)氫壓力持續(xù)增高時(shí)，出現(xiàn)的鼓泡裂紋會(huì)逐漸相互連接，也就是幾個(gè)相鄰間的夾雜物出現(xiàn)破裂，貫連并形成階梯狀，這種情況是氫致開裂，多數(shù)裂紋是和鋼材的軋制方向相平行的，并穿過鐵素晶粒出現(xiàn)擴(kuò)展，氫致開裂敏感性會(huì)受到MnS的分布而增加，氫致開裂也可以在事前沒有外界應(yīng)力的條件下發(fā)生，所以氫致開裂也不屬于應(yīng)力腐蝕破壞的范疇之內(nèi)。而SSCC與SOHIC屬于應(yīng)力腐蝕破壞范疇內(nèi)，SOHIC是由于SSCC裂紋、HIC裂紋以及缺陷裂紋等引發(fā)的，而SOHIC會(huì)沿著之前存在的裂紋繼續(xù)擴(kuò)展下去，SOHIC通常的出現(xiàn)會(huì)跟隨著其他的腐蝕形式，造成的危害性也就更大。

（2）濕硫化氫的腐蝕形式以及因素。①硫化氫腐蝕的形式。SSCC也就是硫化物應(yīng)力腐蝕，主要是在有硫化物、水的環(huán)境下，壓力容器金屬材質(zhì)受到拉伸應(yīng)力以及腐蝕的共同作用，發(fā)生開裂現(xiàn)象，發(fā)生SSCC主要由于硫化物腐蝕，同時(shí)也與材料的結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平、敏感性有著緊密聯(lián)系，尤其在高硬度鋼中極易發(fā)生，主要在焊接熔敷金屬以及焊接區(qū)，具體表現(xiàn)如圖1所示。

圖1　 應(yīng)力腐蝕開裂示意圖

②影響濕硫化氫腐蝕的主要因素。影響濕硫化氫腐蝕的因素有很多，主要是壓力容器材質(zhì)的金相組織、材料的強(qiáng)度以及硬度，以及介質(zhì)的濃度、pH值等，這些因素的協(xié)同或者復(fù)合作用下，發(fā)生腐蝕作用，最終造成壓力容器失效。金相組織因素對(duì)SSCC造成的影響比較大，其抗破裂能力會(huì)逐漸的減弱，主要在以下程序中：回火馬氏體組織、淬火后并經(jīng)過充分的回火，正火以及回火、金相組織經(jīng)過正火后、未回火的淬火馬氏體以及貝氏體，在這些環(huán)節(jié)中，其抗破裂的能力逐步減弱，通常情況下，晶格的熱力學(xué)處在平衡的狀態(tài)下，SSCC敏感性則越低。

當(dāng)金屬材料在加工的過程中，其屈服強(qiáng)度不斷升高，則臨界應(yīng)力以及屈服強(qiáng)度比值則逐漸下降，SSCC的敏感性則增加，材料的硬度越高，則SSCC的敏感性就越高，其中碳元素的含量增加，在濕硫化氫環(huán)境下的SSCC敏感性就越高；鎳含量的增加則會(huì)降低其抵抗腐蝕的能力，主要是由于鎳含量的不斷增加，極大程度上會(huì)形成馬氏體相，由此當(dāng)鋼硬度低于HRC22時(shí)，鎳含量最好不要超過1%，根據(jù)以往的實(shí)踐結(jié)果看來，鋼有較強(qiáng)的吸留氫能力，可以提高金屬材料的SSCC傾向性。硫元素的增加，會(huì)加劇濕硫化氫環(huán)境下的腐蝕作用，由于硫化物中夾雜著氫積聚點(diǎn)，在一定程度上會(huì)造成組織缺陷；磷元素會(huì)抑制氫原子重現(xiàn)組合，增加鋼材中的擴(kuò)散氫，降低濕硫化氫環(huán)境下鋼的穩(wěn)定性。

2　防止硫化氫腐蝕的措施

（1）壓力容器的材料選擇辦法。在選用材料時(shí)需要滿足以下條件：采用含硫、磷元素較少的純凈剛、硬度比較低的鋼，減少冷加工處理，采取完全淬火與回火等熱處理辦法，最大程度上消除鋼材在加工時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，提高其抗腐蝕性，延長(zhǎng)壓力容器失效的時(shí)間，將焊接處的殘余應(yīng)力消除，在焊接后先進(jìn)行熱處理，再進(jìn)行保溫，注意低合金鋼保溫的溫度要高一些，用這樣的處理方式，減低濕硫化氫環(huán)境下SSCC的敏感性。根據(jù)國內(nèi)或者國際現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)來選擇抗硫化氫材料，其中SH/ T3129-2002標(biāo)準(zhǔn)中便給出了有關(guān)鋼材料的選用原則，在進(jìn)行壓力容器材料的選用過程中，還需要結(jié)合其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行擇取，需要符合原油煉取的原則，例如NACE Standard MRO103-2010標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，就提出了在濕硫化氫環(huán)境下，石油煉制工廠應(yīng)如何采取開裂材料，在進(jìn)行選擇時(shí)，要基于硫化氫應(yīng)力腐蝕機(jī)理與影響因素等分析，并結(jié)合相關(guān)選用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選擇。

（2）合理的添加緩蝕劑。在進(jìn)行原油煉曲的過程中，若可預(yù)見壓力容器出現(xiàn)失效時(shí)間較短時(shí)，或者受到嚴(yán)重的硫化氫腐蝕的情況下，采取添加緩蝕劑的辦法進(jìn)行預(yù)防，該種辦法可以有效的防止壓力容器材質(zhì)受到濕硫化氫的腐蝕，但是緩蝕劑的應(yīng)用有著較高的要求，且具有較強(qiáng)的針對(duì)性，往往介質(zhì)或者材料的不同，則緩蝕劑選用的也不同，若改變加工條件如溫度或者壓力等，則需要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整緩蝕劑，一般情況下，含硫化氫酸性環(huán)境下，緩蝕劑主要是成膜型緩蝕劑、酰胺類以及胺類等。

（3）嚴(yán)格控制溶液的pH值。在操作的過程中，若將溶液的pH值提高，則可以降低溶液中的H+含量，起到提高鋼材質(zhì)的抗腐蝕能力，經(jīng)過不斷地實(shí)踐應(yīng)用證明，將溶液的pH值維持在9～11內(nèi)，不僅可以延長(zhǎng)鋼材的使用壽命，還可以提高其在濕硫化氫環(huán)境下的抗腐蝕能力，保證在一定時(shí)間內(nèi)壓力容器不會(huì)失效。同時(shí)采用電鍍或者化學(xué)鍍的保護(hù)措施，對(duì)需要受到保護(hù)的金屬材料，在其表面進(jìn)行鍍膜，形成一層保護(hù)膜，保證其在保護(hù)層內(nèi)，不容易受到腐蝕。

3　結(jié)語

壓力容器是煉油裝置中的一種，存在于濕硫化氫環(huán)境的煉油工業(yè)中，當(dāng)受到腐蝕后，易發(fā)生失效，在處理濕硫化氫腐蝕問題時(shí)，需要根據(jù)鋼材料的選擇，濕硫化氫的腐蝕機(jī)理、環(huán)境、形式等方面，采取相應(yīng)的措施，來防止壓力容器出現(xiàn)失效事故。

［1］ 張鳳春，李春福，付愛紅 硫化物應(yīng)力腐蝕開裂的理論研究進(jìn)展［J］.材料導(dǎo)報(bào)，2012（5）.

TQ05

A

1671-0711（2016）08（下）-0034-02