濕硫化氫應力腐蝕下壓力容器設計與制造

李繼峰

（大連派思燃氣設備有限公司，遼寧 大連 116600）

1 濕H2S腐蝕環(huán)境的定義

美國腐蝕工程師協(xié)會NACE的MR 0103-2005《Materials ResistaIlt to sul6de Stress cracking in cormsive Petroleum Refining Envimnmems》標準中定義如下：

容器接觸的介質(zhì)在液相中存在游離水，且具備下列條件之一時稱為濕H2S腐蝕環(huán)境：

⑴游離水中溶解的硫化物濃度大于50mg／L；

⑵游離水的PH值小于4.0，且溶解的硫化物含量大于或等于1mg／L；

⑶)游離水PH大于7.6及氫氰酸（HCN）大于或等于20 mg／L，且總硫化物含量大于或等于1 mg／L；

⑷氣相中（工藝流體中含有液相水）的H2S分壓(絕壓)大于O.3kPa。

2 濕H2S腐蝕機理

硫化氫在水溶液中電離出氫離子，從鋼材表面得到電子后還原成氫原子，氫原子之間有較大的親和力，易結(jié)合形成氫分子排出，然而，介質(zhì)中的硫化物等消弱這種親和力，部分抑制了氫分子的形成，原子半徑極小的氫原子很容易滲入鋼材內(nèi)部并溶入晶格中，固溶于晶格中的氫導致材料的脆化和氫損傷。濕H2S環(huán)境除了均勻腐蝕外，更重要的是引起一系列與鋼材滲氫有關的腐蝕開裂，濕H2S環(huán)境中的開裂有氫鼓泡( HB )、氫致開裂(HIC )、硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)、應力導向氫致開裂(SOHIC) 4種形式。

3 設計要求

1.材料要求

⑴鋼板應采用電爐（或轉(zhuǎn)爐）冶煉并且進行爐外精煉，應為本質(zhì)細晶粒鋼；

⑵鋼中S和P含量應符合以下要求：

?

⑶對于普通碳素鋼，碳當量CE≤0.40%， 對于碳錳鋼，當厚度小于50mm時，CE≤0.43%，當厚度大于50mm，小于等于100mm時，CE≤0.45%,當厚度大于100mm時，CE≤0.48%

?

⑻材料需要模擬焊后熱處理，熱處理工藝為：熱處理溫度620±10°C,保溫時間不小于2.5min/每1mm，且不小于2小時，空冷，材料力學性能及試樣選取需在模焊后進行；

⑼應進行Z向拉伸試驗，按照SA-770或GB/T5313，三個試樣平均值≥35%，單個值最低值≥25%；

⑽材料按照GB/T6394進行奧氏體晶粒度檢測，要求平均晶粒度不粗于6級；

⑾材料非金屬夾雜物A、B、C和D不得超過1.5級，DS不大于1.5級，且A+C≤2.0，B+ D≤2.0，A+B+C+D+DS≤4.5

⑿按照GB/T8650或NACE TM0177規(guī)定方法進行抗SSC試驗，其門檻值應大于等于材料實際屈服強度的80%;

⒀應按GB/T8650或NACE TM0284規(guī)定方法進行抗HIC試驗，采用A溶液，合格指標為：CLR＜5%，CTR＜1.5%,CSR＜0.5%;

⒁螺栓材料宜選用強度級別較低的普通碳素鋼、低合金鋼或奧氏體不銹鋼，普通碳素鋼應為正火或退火，低合金鋼應為調(diào)質(zhì)狀態(tài)，奧氏體不銹鋼為固溶處理狀態(tài)供貨；

⒂焊接材料的硫、磷含量應與母材相匹配，其焊縫熔敷金屬的硬度不超過200HBW，焊條應采用低氫型，焊接材料（焊條、焊劑、焊絲）中錳、硅含量應盡可能低。焊條電弧焊和埋弧自動焊使用的焊接材料中錳含量小于等于1.0%（質(zhì)量分數(shù)），硅含量小于等于0.50%（質(zhì)量分數(shù)）；

2.結(jié)構(gòu)要求

⑴所有焊接接頭應為全焊透結(jié)構(gòu)；

⑵接管與殼體連接的角接接頭應圓滑過渡，接管端部內(nèi)部打磨圓角；

⑶宜采用整體補強或厚壁管補強；

⑷避免結(jié)構(gòu)突變，減小局部應力；

4 制造檢驗要求

⑴ 焊接工藝評定的焊接接頭應進行HIC、SSC和硬度試驗,其硬度不超過200HV10；

⑵ 焊接接頭力學性能不應低于母材標準規(guī)定的最低值，焊接接頭的抗SSC和抗HIC符合材料部分相應要求；

⑶ 對接焊縫和角焊縫焊接宜采用回火焊道的焊接技術，回火焊道的焊接宜采用手工GTAW，以保證焊道與焊道之間產(chǎn)生回火作用；

⑷ 焊縫不允許咬邊；

⑸ 螺栓螺紋采用滾壓成型，應進行消除應力熱處理，其硬度不大于22HRC；

⑹ 介質(zhì)側(cè)的焊接接頭不允許打硬記；

⑺ 設備應進行焊后消除應力熱處理；

⑻ 熱處理后所有焊接接頭應進行硬度試驗，每組5點，即母材、熱影響區(qū)、焊縫金屬、熱影響區(qū)、母材各1點，硬度檢測盡量在接觸介質(zhì)側(cè)進行，A、B類對接接頭至少每3m范圍內(nèi)進行一處硬度檢測，每條D類焊縫至少要進行一處硬度檢測，其硬度不大于200HBW；

⑼ 制造過程的無損檢測參照下表：

序號檢測方法檢測位置焊接接頭坡口的表面質(zhì)量焊接接頭的裝配尺寸焊接接頭的外觀2 1宏觀檢測（VT）射線檢測（RT）（PWHT前）A、B類、DN≥250mm的接管與帶頸對焊法蘭C類焊接接頭返修部位深度大于9.5mm 的焊接接頭3超聲波檢測（UT）(PWHT前，PWHT后，水壓試驗后)A、B、D 類焊接接頭返修部位深度大于9.5mm 的焊接接頭主體材料補焊部位4磁粉檢測（MT）注1(PWHT前，PWHT后，水壓試驗后)A、B、C、D 類焊接接頭表面主體材料補焊部位非受壓元件與受壓元件的焊接接頭臨時附件焊接接頭及拆除臨時附件后的部位

筒節(jié)和封頭上每條A、B類焊接接頭各兩組其他B類及接管與長頸法蘭C類焊接接頭各一組每個開口接管與筒體或封頭焊接接頭各一組6尺寸檢查（DT）(水壓試驗后)各部位尺寸注1. 無法進行MT的部位可用PT代替。5焊接接頭硬度試驗（PWHT后）

5 結(jié)語

隨著國內(nèi)煉制進口含硫原油的增加，濕H2S腐蝕環(huán)境在煉廠很多裝置都存在，我們只有在設計制造中給以足夠的重視，避免濕H2S腐蝕造成的各種危害，才能使我們的生產(chǎn)裝置安全高效的運行。