SSC及HIC实验方案选择.doc

SSC+HIC标准实验方法的选择和应用浙江容大川检测技术服务有限公司，专业腐蚀检测中心，权威有资质检测报告，需要请联随着高硫高酸原油加工量的增加，硫化氢对设备的腐蚀也愈加严重，已成为石化行业较为突出的问题，特别是湿H2S应力腐蚀开裂和氢致开裂，所引起的事故往往是突发的、灾难性的。因此，开展H2S腐蚀的相关研究对于确保石化设备的安全运转以及提高石化行业的生产效率具有重大的理论和实际意义。一、基本性能研究1、输气管线环焊接头抗HIC性能研究氢致裂纹(Hydrogen Induced Cracking，缩写为HIC)，作为一种缺陷存在于管线钢及焊缝中，其对输气管线使用性能的影响至今尚无全面的认识。但大量的研究表明，HIC对钢材的常规强度指标影响不大，但对韧性指标影响较大，会使钢材的脆性倾向增大。在四川境内含硫化氢酸性输气管线中，已经发现因HIC引起破裂的多起事故，给国家带来了严重的经济损失。目前，我国对管线钢正在做比较系统的抗HIC性能倾向研究，环焊缝在整条管线中占相当大的比重，但我国对其焊接头抗HIC性能的研究还基本上处于空白。近几年正值我国天然气管道建设的高潮，为保证输气管线环焊缝质量的可靠性，开展对输气管线环焊接头抗HIC性能研究是非常必要的，研究的成果直接用于工程实际，为输油输气管线的施工建设可提供技术保障。2、输气管道的硫化物应力腐蚀（SSC）问题早在40年代末，美国和法国在开发含H2S酸性油气田时，发生了大量的硫化物应力腐蚀(Sulfide Stress Corrosion Cracking，简写SSCC或SSC)事故，我国输气管道主要集中在四川省，其中H2S含量偏高，表11的统计结果表明：SSC是输气管道最主要的失效形式。目前我国输送净化天然气(即含H2S700MPa；用于含有H2S压力容器的焊接件接头Sc840MPa。随材料硬度的增加，Sc值一般减少。2.4 实验设备原理图图5 三点弯曲实验过程示意图3、氢致开裂实验3.1 裂纹的形成氢致开裂(HIC)与SSCC的驱动力不同，HIC不需要像SSCC那样的外力，其生成裂纹的驱动力是靠进入钢中的氢产生的气压，当氢气压超过材料屈服强度时便产生变形开裂，裂纹间相互扩展连接形成阶梯型开裂(SWC)。一般情况，H2S腐蚀环境用的管线钢和压力容器钢等产品均需做HIC性能检测。3.2 确定对SSC的敏感性表H-11中列出的是预测碳钢设备和管线对HIC/SOHIC敏感性所需的数据。如果无法得知准确的工艺参数，则需请知识渊博的工艺工程师来获得最佳的估计。如果钢板中的硫含量不知道，则需请知识渊博的材料工程师来估计钢的质量。表H-11分析HIC/SOHIC-H2S所需的基础数据基础数据说 明是否有水存在（是或否）确定设备和管线中是否存在游离水。不仅在工作条件下，还应包括在开工、停工、操作波动等等情况下。水中是否存在H2S确定水相中的H2S含量。如果不能容易地得到分析结果，可以用Petrie&Moore方法（参考资料2）来估算。水的pH值确定水的pH值。如果不能容易地得到分析结果，则由一个经验丰富的工艺工程师来估计。是否有氰化物存在（是或否）通过样品和（或）区域分析确定是否存在氰化物。不仅要考虑正常操作条件，还要考虑开工、停工及波动的情况等。钢板中的硫含量确定制造设备的刚板的硫含量。这可从设备的MTR文件中得到。如果没有，可从ASME或ASME的U1钢材列表中查出。钢制品的种类（板或管）确定设备管线是板材或是管材。大多数设备均是用钢板卷制焊接而成的（如A285、A515、A516等等）。但是某些小直径设备是由管件制造的。大多数的小直径管是由钢管和管件制造的（如A105、A234等等），但大多数的大直径管（大于16 in的管）是由钢板卷制焊接而成的。是否进行过PWHT（是或否）确定是否设备/管线的所有焊件均进行了焊后热处理。如果没有水存在，则认为设备和管线对SCC/SOHIC没有敏感性。如果有水存在，则用从表H-12中得出的有关水中的H2S含量和它的pH值的基础数据再从表H-13中估计环境苛刻度（潜在的氢溶解量）。如果有氰化物存在，在pH8.3和H2S浓度大于1000 ppm时SCC的敏感性将增大。对于用钢板焊接或卷制而成的设备和大直径管线，用从表H-12中确定的环境苛刻度和表H-11中列出的关于钢板中硫化物含量和焊后热处理的基础数据，从表H-13中确定HIC/SOHIC的敏感性。小直径的设备和管线通常被认为HIC/SOHIC敏感性较低，除非在它没有进行过焊后热处理并暴露在高苛刻度环境的情况外。此情况下应认为它具有中等敏感性。图5是确定对HIC/SOHIC敏感性的步骤流程图。表H-12环境苛刻程度水的pH值H2S浓度50ppm50-1000ppm1000-10000ppm10000ppm50ppm5.55.5-7.57.6-8.38.4-8.99.0低低低低低中低中中中高低中中a高a高中中高a高a低低低低低 如果有氰化物存在且当pH值8.3和H2S浓度高于1000ppm时将对SCC的敏感性增加一个等级。表H-13HIC/SOHIC的敏感性环境劣度高硫钢aS0.01%低硫钢bS0.002-0.01%超低硫钢cS 0.002焊接焊后热处理焊接焊后热处理焊接焊后热处理高中低高高中高中低高中低中低低中低无低低无a典型地包括20世纪80年代的早期添加了钙的A516（HIC）钢。b典型地包括A70、A201、A212、A285、A515和1990年以前的大多数A516。C典型地包括20世纪90年代的后期A516（HIC）钢。图6 确定HIC/SOHIC的敏感性3.3 实验样品和溶液样品长100mm，宽20mm，厚度为管壁厚度。管线钢每个实验管管体和焊接接头上各取三个样品。压力容器钢母材试样按照NACETM0284-96标准截取，其焊接样参照管线钢焊接试样方法截取。实验采用NACETM0284-96或GB8650-88标准。两标准都可以采用饱和H2S人工海水实验溶液，要求通入H2S前实验溶液pH值调至8.1-8.3，实验结束pH 值为4.8-5.4时实验有效。NACE标准还可采用标准A溶液，要求初始pH值为2.70.1，实验结束pH值4.0。图7 HIC实验标件形貌3.4 计算方法及评定HIC性能采用分割法，通过金相显微镜测量每个断面裂纹的长度和厚度，然后用裂纹敏感率(CSR)、裂纹长度率(CLR)、裂纹厚度率(CTR)三个参数来表示。国内西气东输工程用X70管线钢评定采用ISO383-3：1999(E)标准，CSR2%、CLR15%、CTR5%；欧洲腐蚀协会EFC-16标准规定，CSR1.5%、CLR15%、CTR3%； 炼油厂家提出了更严格的标准：CSR0.5%、CLR5.0%、CTR1.5%。三 项目实验方案1、实验取样：恒负荷应力腐蚀实验试样10支；三点弯曲法试样5支；HIC实验试样5支；2、评价试样对SSC和HIC的敏感性；3、SSC严格按照NACE TM0177-2005国际标准，采用：10支实验试样做恒负荷应力腐蚀实验，实验时间720小时；5支试样做三点弯曲法实验，实验时间720小时； HIC实验严格按照NACE TM0284-2003，5支试样做HIC腐蚀实验，实验时间96小时；4、按照NACE TM0177-2005和NACE TM0284-2003做试样的力学性能分析和晶相实验；5、通过实验数据做理论分析，论证试样的力学结构和焊缝评定。四、项目经费（见下页）SSC及HIC标准实验科技项目经费预算表 单位：万元序号项目分类预算小 计1实验及材料费样品及试样取样费（20个标件）232恒负荷应力腐蚀实验（10个标件，720小时）10三点弯曲法实验（5个标件，720小时）5HIC腐蚀实验（5个标件，96小时）5试样晶相实验2实验设备耗材及损耗82燃料动力消耗费113科研设备费4其它直接费工程作业