制氢装置设备损伤及防护管理规定

1、制氢装置设备损伤及防护管理规定对于制氢装置而言，其显著特点是高温、临氢 ，系统 中还有 CL -及碱存在。结合制氢特点，将操作中涉及到的由 于腐蚀损伤及冶金学问题引起的损伤进行说明。1 湿硫化氢腐蚀一般把湿硫化氢环境定义为：H 2S在水相中的浓度等于或高于 50wppm 时，称为湿 H2S 环境。湿硫化氢一般引起氢鼓泡、氢致开裂、硫化物腐蚀应力 开裂和应力导向氢致开裂等形式的损伤。在湿硫化氢环境中 使用的设备、 管线、管件等应选用镇静钢， 并尽可能减少 MnS 等夹杂物的含量。要降低设备和构件的高应力集中区，加工 后必须施行消除应力的热处理， 保证焊缝及其附近的硬度 在允许值以下。2 高温硫或

2、硫化氢与氢共存的腐蚀处理含硫的原料油时，对于在240425C高温部位的设备与管道会出现高温硫的均匀腐蚀。腐蚀的实质是有机硫 化物转化为硫化氢和元素硫，它们与钢材中的铁素体反应生 成硫化铁。硫及硫化氢腐蚀反应需在一定的温度下进行，一 般在240 C以上就有腐蚀发生。 硫化氢在350400 C时还可 分解为硫和氢，而生成的活性硫的腐蚀比硫化氢更强烈。所以对于含硫化氢物流在 240 C以上高温场合或在 300 C以上 操作条件下有较高硫含量的油品加工时，一般选择镍铬较高 （铬18%镍10%）的钢材解决抗腐蚀问题。对于硫化氢与氢共存的条件下，它对钢材的腐蚀比硫化 氢单独存在时更为严重，因氢在腐蚀过程中

3、象是起着催化剂 的作用，加速腐蚀的进程。此场合可按柯柏（COUPER ）曲线 （即钢在硫化氢十氢气条件下的等腐蚀曲线） 来估算腐蚀率后再确定所选材料。3 奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离 对于有奥氏体不锈钢堆焊层的设备，在高温高压氢气介 质中操作时，氢会侵入容器壁中，而当设备从正常运转状态 停工时，由于氢在母材与奥氏体不锈钢堆焊层中的溶解度和 扩散速度不同，将在过渡层上吸藏大量的氢，且因二者的线 膨胀差别大形成很大残余应力而使母材与堆焊层产生剥离 现象，此损伤与氢分压、温度、停工时的冷却速度、反复停 工的频率等操作条件与工况都有关系。为防止或缓和这种剥离裂纹的发生或扩展，在设备使用 过程中，应严格

4、遵守操作规程，尽量避免非计划紧急停车， 以及在正常停工时要设定使氢气尽可能从器壁中释放出去 的停工条件，以减少残余氢量。另外，在定期检修中，采用 超声技术进行检测以判断是否有剥离发生或扩展也是很必 要的。4 高温蠕变炉管材料在蠕变温度以上长期使用，会发生高温蠕变。 这一现象在转化炉和裂解炉中比较明显。高温炉管在运行中 产生蠕变的过程是很复杂的，一般是在蠕变发展到一定程度 时，先在距离壁内侧约 1/3 处产生空洞，空洞几乎都在碳化 物与基体的交界处形成 .随蠕变的进行， 空洞增加并沿碳化物 连接起来形成微裂纹。随后裂纹先向内侧，后向外侧扩展。 在炉管内压及热应力等作用下，最终导致炉管开裂。管式炉

5、中蠕变破坏较严重的是转化炉的炉管.这主要是因为转化炉炉管使用温度和管内压力都比较高的缘故，管壁 设计温度910940 C,内压3.5MPa左右.转化炉炉管在使用 4 万小时后可能出现裂纹。其次是乙烯裂解炉，乙烯裂解炉管 的 设 计 使 用 温 度 虽 然 比 转 化 炉 高 ， 但 管 内 压 力 底 0.10.3MPa，比转化炉底得多温度和压力的差异，使蠕变破 坏的程度和主要特征也有所不同。一般来讲，炉管发生蠕变破坏的主要特征为： 在直径或轴线方向上产生塑性变形。 管壁出现较多的蠕变裂纹：蠕变裂纹多发生在距内壁 1/31/4 壁厚处，再向内壁和 外壁发展，一般向内壁发展快于外壁，产生破断的裂

6、纹以轴 向为主。 显微组织变化 蠕变裂纹基本是沿晶裂纹，裂纹发生前出现晶界碳化物，呈较粗的不连续链状，二次碳化物粗化，产生蠕变孔洞 和显微裂纹等。不同炉子由于使用条件和炉管材质，规格不同，发生蠕 变破坏的形式和特点也各不相同 .如转化炉， 制氢炉工作压力 高，管壁厚，但温度略底，发生蠕变的主要特征是出现蠕变 裂纹，蠕涨和凸包的情况不严重。乙烯裂解温度炉温度比较 高，管壁薄，发生蠕变时往往蠕涨和凸包较严重。就蠕涨而言，厚壁管易产生梨形局部凸包，薄壁管易产 生直径均匀涨大 （相对而言 ）或条件挤压状蠕涨，个别炉子还 出现苞疹似较小的斑块状凸包。5 高温渗碳 有化学反应的管式炉炉管，如制氢转化炉或合

7、成氨一段转化炉的转化管，乙烯裂解炉的炉管等，其金属温度一般都 高达 8001000 度，还要承受一定的压力和介质腐蚀。由于 使用条件十分苛刻，必须采用奥氏体钢或高铬镍合金，如TP310，Alloy800 ，HK-40 ，HP-40Nb，HP-40NbTi 等。它们 的咼温损坏除 C相脆化和蠕变断裂外，还有晶界氧化和渗碳"XT o渗碳是炉管在高温长期使用过程中，铬的氧化膜逐步长 大，由于氧化膜的膨胀系数与基体金属有很大差别，氧化膜 将随温度的波动而产生裂纹，最后鼓起，剥落。随着渗碳量 的增加，引起 Cr7C3 析出，导致氧化膜下面基体金属贫铬， 氧化膜再生困难， 从而又加速渗碳 .离心

8、铸管管内的渗碳从铸 造缺陷开始的，并在晶界上生成碳化物。由于碳化物比基体 更易氧化，发生选择性氧化而使裂纹发展，最终导致管子破 裂。对离心铸管内表面进行机加工，除去铸造缺陷层，可使 渗碳问题得到颇为满意的解决。6 碱脆 金属在持久拉应力（包括外加载荷、热应力及冷加工、 热加工或焊接后的残余应力等）和特定的腐蚀介质联合作用 下出现脆性开裂，特点是出现腐蚀裂缝甚至断裂，裂缝的起 源点往往是在点腐蚀小孔或腐蚀小孔的底部；裂缝扩展有沿 晶间、穿晶粒和混合型三种，主裂缝通常垂直于应力方向， 多半有分枝；裂缝端部尖锐，裂缝内壁及金属外表面的腐蚀 程度通常很轻微，裂缝端部的扩张速度很快，端口具有脆性 断裂的

9、特征。含氯离子介质中使用的奥氏体不锈钢换热器容 易发生应力腐蚀开裂如常顶奥氏体不锈钢空冷管束断裂，塔 底衬里破裂等：锅炉的碱脆，或称苛性脆化；汽轮机叶轮的 飞裂；在潮湿的含硫化氢气氛中的某些钢材开裂，硫化物应 力开裂。易于产生应力腐蚀破裂的环境：高温碱液 ( NaOH.Ca(OH) 2LiOH )、氯化物水溶液、海水，海洋大气、 连多硫酸、高温高压含氧高纯水、水蒸气(260C)、浓缩锅炉水、260C CH2SO4、湿润空气(湿度90%)、NaCl+H 2O2水溶液、热NaCI、湿的氯化镁绝缘物、H2S水溶液。7 氯离子腐蚀 不锈钢用作海水、工业水等的热交换器的钢管，或用作其它配管、塔、容器等时，常由于环境中含有微量的CL-离子，由于离子浓缩而发生应力腐蚀开裂。对于氯化物应力腐 蚀开裂的解释也有多种说法：a) 吸附理论：在承受应力的情况下， 氯离子吸附在裂纹尖端，造成原子M-M °之间的结合力下降和破坏。 这一过程的不 断进行，造成了 SCC 的扩展。b) 电化学理论：