硫化物应力腐蚀开裂

精品文档 1欢迎下载 H H 7 7 硫化物应力腐蚀开裂 硫化物应力腐蚀开裂 SSCSSC H 7 1H 7 1 概述 对 SCC 的敏感性与渗透到钢材内的氢的量有关 这主要与 pH 值和水中的 H2S 含量这两 个环境因素有关 典型地 人们发现钢中的氢溶解量在 pH 值接近中性的溶液中最低 而在 pH 值较低和较高的溶液中较高 在较低 pH 值中的腐蚀原因是因为 H2S 反之在高 pH 值中 腐蚀是因为高浓度的二价硫离子 若高 pH 值溶液中存在氰化物能够加剧氢渗透到钢材中 目前已知钢材对 SCC 的敏感性随 H2S 含量 例如 H2S 在气相中的分压 或液相中的 H2S 含量 的增加而增大 H2S 含量为 1ppm 这样小浓度的水中也发现对 SCC 有敏感性 对 SCC 的敏感性主要与材料两种物理参数有关 硬度和应力水平 随着硬度的增加钢 对 SCC 的敏感性也增加 通常对用于湿硫化氢环境的碳钢压力容器和管道不考虑 SCC 因 为它们具有较低的硬度 强度 然而 焊接后的焊缝熔合区和热影响区具有高的残余应力 高的残余拉应力与焊缝结合增加了钢对 SCC 的敏感性 焊后热处理能够有效地减少残余应 力 焊缝熔合区和热影响区的回火 软化 处理也有同样的效果 对每英寸厚度在大约 1150 621 下保温一小时 最少一小时 的热处理方法被证明是一种对碳钢有效的防 止腐蚀性开裂的消除应力热处理方法 对低合金钢有时需要更高的温度 控制硬度和减少 残余应力被认为是防止 SCC 的方法 在 NACE RP 0472 中有详细描叙 H 7 2H 7 2 基础数据 表 H 8 中列出了确定碳钢和低合金铁素体钢设备和管线对硫化物应力腐蚀开裂敏感性 所需的基础数据 如果无法确定准确的工艺参数 则需咨询知识丰富的工艺工程师来进行 预测 H 7 3H 7 3 确定环境苛刻度 如果没有水存在 则认为设备和管线对 SCC 没有敏感性 如果有水存在 则用从表 H 8 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 9 中估计环境苛刻度 潜 在的氢溶解量 H 7 4H 7 4 确定对 SCC 的敏感性 用在表 H 9 中确定的环境苛刻度以及在表 H 8 中得到的有关最大布氏硬度和焊件焊后 热处理的基础数据 从表 H 10 中确定对 SCC 的敏感性 按图 H 5 中流程来确定硫化物应力 腐蚀的敏感性 精品文档 2欢迎下载 图 H 5 确定硫化物应力腐蚀的敏感性 表 H 8 分析硫化物应力腐蚀所需的基础数据 基础数据说明 是否存在凝结水 是或否 确定设备和管线中是否有新鲜水存在 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 水中的 H2S 含量确定水中的 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 是否存在氰化物 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 最大布氏硬度确定设备和管线焊缝的实测最大布氏硬度 如果实际布氏硬 度无法测定 则按照制造时的最大布氏硬度来确定 是否经过 PWHT 是或否 确定设备和管线焊缝是否经过焊后热处理 表 H 9 环境苛刻度 水的 H2S 含量 水的 pH 值 50ppm50 1000ppm1000 10000ppm 10000p pm 5 5低中高高 5 5 7 5 低低低中 7 6 8 3 低中中中 8 4 8 9 低中中高 9 0低中高高 精品文档 3欢迎下载 表 H 10 SCC 敏感度 焊接时焊缝最大布氏硬度PWHT 后最大布氏硬度 环境苛刻度 200 200 237 237 200 200 237 237 高低中高无低中 中低中高无无低 低低低中无无无 H 8H 8 在硫化氢条件下的氢致开裂和定向应力氢诱导开裂 在硫化氢条件下的氢致开裂和定向应力氢诱导开裂 HIC SOHIC HHIC SOHIC H2 2S S H 8 1H 8 1 概述 氢致开裂可以定义为金属内部不同平面上或金属表面的邻近的氢鼓泡的相互连接而逐 步形成的内部开裂 形成 HIC 不需要有外部作用压力 开裂的驱动力是由于氢鼓泡内部压 力的累积而在氢鼓泡周围形成的高压 在这些高压区之间不同的平面上的鼓泡相互连接 从而导致刚才内部裂纹的产生和发展 鼓泡内压力的累积与钢材中氢的固溶量有关 钢中氢的来源是钢与湿硫化氢反应产生 的 在这个反应中必需有水的存在 氢的固溶量与两个环境参数有关 pH 值和水中的 H2S 含量 典型地 人们发现钢中氢的固溶量在 pH 值接近中性的溶液中最低 而在 pH 值较低 和较高的溶液中增加 在较低 pH 值中的腐蚀原因是因为 H2S 反之在高 pH 值中腐蚀是因 为高浓度的二硫化物离子 在高 pH 值溶液中存在氰化物能够加剧氢渗透到钢材中 目前已 知氢渗透随 H2S 含量 例如 H2S 在气相中的分压 或液相中的 H2S 含量 的增加而增大 含 有 50 ppm H2S 这样小浓度的水也发现足以引起 HIC 氢鼓泡是钢中的一些平坦的 充满氢的 不连续的孔洞 如 气孔 夹杂 分层 硫 化物夹杂 鼓泡经常产生在轧制厚钢板中 特别是那些由于硫化物夹杂被拉伸后而产生的 带状微观结构 由于氢鼓泡而引起的对 HIC 的敏感性主要与厚钢板的质量有关 也就是钢 板中夹杂物不连续的数量 面积 和形状 对此 钢中的硫含量是关键的材料参数 降低 钢的硫含量可以减轻钢对氢鼓泡和对 HIC 的敏感性 加入钙来控制硫化物形式一般来说是 有利的 SOHIC 可定义为大量的小的鼓泡由于氢致开裂在局部的高拉应力作用下在钢板厚度方 向上的联合 SOHIC 是 HIC 的一个特别形式 经常出现在母材的焊缝和热影响区附近 因 为在压力作用 来自内部的压力 和焊后残余应力的联合作用下 在此处产生了最大的应 力 由于 HIC 厚钢板的质量是对 SOHIC 敏感性的关键参数 另外 通过 PWHT 可以减轻 SOHIC 的产生和强度 但不能消除它 应力作用的水平也影响着 SOHIC 的发生和强度 HIC SOHIC 板材制品中出现得较为突出 但曾经有少数报道在管材中也有类似现象 通常 在那些输送氢的较为苛刻的环境中 H 8 2H 8 2 基础数据 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 精品文档 4欢迎下载 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 U 1 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 H 8 3H 8 3 确定环境苛刻度 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 pH 8 3 和 H2S 浓度大于 1000 ppm 时 SCC 的敏感性将增大 H 8 4H 8 4 确定设备 HIC SOHIC 的敏感性 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 H 6 是确定对 HIC SOHIC 敏感性的步骤流程图 表 H 12 环境苛刻程度 H2S 浓度 水的 pH 值 50ppm 50 1000ppm1000 10000ppm 10000ppm 50ppm 5 5 5 5 7 5 7 6 8 3 8 4 8 9 9 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 13 HIC SOHIC 的敏感性 环境劣度 高硫钢 a S 0 01 低硫钢 b S 0 002 0 01 超低硫钢 c S 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 b 典型地包括 A70 A201 A212 A285 A515 和 1990 年以前的大多数 A516 a 典型地包括 20 世纪 80 年代的早期添加了钙的 A516 HIC 钢 C 典型地包括 20 世纪 90 年代的后期 A516 HIC 钢 精品文档 5欢迎下载 图 H 6 确定 HIC SOHIC 的敏感性 精品文档 6欢迎下载 1111 关于关于 SSCCSSCC 问题的问答问题的问答 2001 年 1 月 中国石化科技开发部邀请英国壳牌石油公司材料 专家霍普金申 音译 在南京就 高 S 原油加工过程中硫腐蚀及防护 选材准则 做了讲座 由于国情不同和国外专家有所保留 这篇资料 的有些内容不太全面 注 问 中石化各公司代表提问 答 霍普金申 问 89 加氢装置硫化氢腐蚀开裂和氢鼓泡的重点部位 答 在硫化氢和水共存的部位都发生湿硫化氢应力腐蚀 问 90 是否在 pH 5 时才会发生硫化氢应力腐蚀 答 不是 在 pH 的任何范围内都会发生应力腐蚀 加氢裂化注胺 pH9 12 仍会发生硫化氢应力腐蚀 这是 H2S 和 Cl 对奥氏体的破坏 不依赖于 pH 但有时在开裂尖端的 pH 小于 7 问 91 谈谈 16Mn 钢的使用 答 用在硫化氢的环境下 钢中夹带 S 容易导致硫化氢开裂 分馏塔内 1 2 的 H2S 问题不大 但是分馏炉则不行 问 21 压力容器检测用荧光粉针对 H2S 湿 H2S 环境下检查压力容器 检查什么内容 周期如何 答 湿荧光粉 第一次检查无裂纹可 5 年每次 如果发现裂纹 则 需要频繁检查 问 22 在 H2S 环境下 用 CS 材质 H2S 浓度一般不超多少 答 小于 50ppm 大于则要检查 问 23 低强度合金钢在 H2S 环境下的 H2S 浓度要求 精品文档 7欢迎下载 答 焊后处理得好 可耐浓度高些 主要是检查焊缝 但在 H2S 环 境下不得打硬度 不得动焊缝 H2S 应力腐蚀有一个临界温度 Cr9Mo Cr5Mo 在 500 600 F 以上 CS 在 500 600 F 以下 问 49 同时存在硫化氢和氯离子 怎么办 答 硫化氢腐蚀发生在碱性溶液 氯离子在这样的环境中不腐蚀 氯离子在酸性溶液中腐蚀 而硫化氢