氢气管线及其对阀门的要求专家讲座

目录目录一、氢气性质及其对材料影响二、氢气设备及其管道三、氢气管路中阀门四、安装管道以及阀门注意点氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第1页一、氢气性质以及对材料影响1.氢气物理性质

氢气（H2)是一个易燃易爆气体（属于危险化学品)。在标准状态下（一个标准大气压/760mmHg)，氢气是一个无色，无味、无毒气体,无腐蚀性，但有很强渗透性，常温下可透过橡皮和乳胶管。氢气密度为0.09kg/m3，比空气轻。氢气微溶于水、乙醇和乙醚。氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第2页2.氢气化学性质（1)可燃性

氢气极易燃烧，纯净氢气在空气里平静地燃烧，产生淡蓝色火焰，放出热量。因为氢气无色无味，燃烧时火焰是透明，所以其存在不易被感官发觉。氢气、氧气混合燃烧火焰温度为2100-2500℃，其中氢气在空气中爆炸极限为4.2%-74%，在氧气中爆炸极限为5.0%-94.3%。

氢气和氟、氯、一氧化碳混合都有爆炸危险，其中，氢与氟混合物在低温和黑暗环境就能发生自发性爆炸，与氯混合比为1：1时，在光照下也可爆炸。氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第3页氢气之爆炸范围最强烈爆炸范围空气、氧气中混入氢气体积占总体积之比%氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第4页氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第5页（2)还原性

氢气含有很强还原性。利用其还原性,氢气被广泛应用于钢铁企业不锈钢冷轧和碳钢冷轧卷板退火时保护气体。氢气不但对带钢含有防氧化作用,而且对带钢上铁锈含有还原作用,这么就实现了带钢光亮退火。氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第6页（1)氢鼓包

定义：氢原子扩散到金属内部（大部分经过器壁)，在另一侧结合为氢分子逸出。假如氢原子扩散到钢内空穴，并在该处结合成氢分子，因为氢分子不能扩散，就会积累形成巨大内压，引发钢材表面鼓包甚至破裂现象称为氢鼓包。低强钢，尤其是含大量非金属夹杂物钢，最轻易发生氢鼓包。3.氢气对金属材料影响氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第7页2026/10/13

产生氢鼓包腐蚀环境:介质中通常含有硫化氢、或者砷化合物、或者氰化物、或者含磷离子等毒素，这些介质阻止了放氢反应。

预防办法：消除工况中毒素介质;假如不能消除，选取空穴少镇静钢;也可采取对氢渗透低奥氏体不锈钢;或者采取镍衬里、塑料保护层、玻璃钢衬里等;有时加入缓蚀剂。氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第8页（2)氢脆

定义:氢脆是溶于钢中氢，聚合为氢分子，造成应力集中，超出钢强度极限，使得金属晶格高度变形，在钢内部形成细小裂纹，又称白点。氢脆只可防，不可治。氢脆一经产生，就消除不了。

氢脆现象氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第9页2026/10/13防止和消除办法:2.降低金属中渗氢数量。若采取酸洗，需要在酸洗液中添加缓蚀剂;在除油时，采取化学除油、清洗剂或溶剂除油;在电镀时，碱性镀液或高电流镀液渗氢量都较少。3.采取低氢扩散性和低氢溶解度镀涂层

普通认为,在电镀Zn、Cd、Sn、Pb时,渗透钢件氢轻易残留下来,而Cu、Mo、Al、Ag、Au、W等金属镀层含有低氢扩散性和低氢溶解度,渗氢较少。4.镀前往应力和镀后去氢以消除氢脆隐患等1.选取对氢脆不敏感材料,如选取含Ni、Mo合金钢。氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第10页2026/10/13（3)氢蚀定义:在高温高压环境下，氢进入金属内与一个组分或元素产生化学反应使金属破坏，称为氢蚀。

预防办法：选取抗氢钢。可选取16MnR（HIC)、15CrMoR（相当于1Cr-0.5Mo)、14Cr1MoR（相当于1.25Cr-0.5Mo)、2Cr-0.5Mo、2.25Cr-1Mo、2.25Cr-1Mo-0.25V、3Cr-1Mo-0.25V等。抗氢钢中Cr和Mo能形成稳定碳化物，这么就降低了氢与碳结合机会，防止了甲烷气体产生。

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其实氢腐蚀从理论上分成以上三种，而实际中三种腐蚀几乎同时存在。所以碰到氢腐蚀环境（临氢环境)设备普通按纳尔逊曲线进行选材，并要引发高度重视。惯用抗氢材料有奥氏体不锈钢、沉淀强化奥氏体合金、低合金钢、铝合金及铜合金等。氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第12页二、氢气设备及其管道1.设备、管线安全要求

（1)氢气站或者供氢设备安全设置应包含：①应设有安全泄压装置，如安全阀等；②氢气罐顶部最高点，应设氢气放空管；③应设压力测试仪表；④应设氮气吹扫置换接口。（2)氢气设备应严防泄漏，所用仪表及阀门等零部件密封应确保良好，定时检验，对设备发生氢气泄漏部位应及时处理。氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第13页（3)在氢气管道与其相连装置、设备之间应安装止回阀，界区间阀门宜设置有效隔离办法，预防来自装置、设备外部火焰回火至氢气系统。氢气作焊接、切割、燃料和保护气等使用时，每台(组)用氢设备支管上应设阻火器。（4)对氢气设备、管道和阀门等连接点进行漏气检验时，应使用中性肥皂水或携带式可燃气体检测报警仪，禁止使用明火进行漏气检验。

（5)爆炸危险区域内电气设备应符合防爆要求，因需要在爆炸危险区域使用非防爆设备时应采取隔爆办法。氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第14页（6)氢气管道应设置分析取样口、吹扫口，其位置应能满足氢气管道内气体取样、吹扫、置换要求；最高点应设置排放管，并在管口处设阻火器。（7)氢气管道、阀门及水封等出现冻结时，作业人员应使用热水或蒸汽加热进行解冻，且应带面罩进行操作。禁止使用明火烘烤或使用锤子等工具敲击。氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第15页2.管线材质以及流速(1)氢气管线材质选择

按照国家氢气站设计标准要求，氢气管道管材应采取无缝钢管。如对氢气纯度有严格要求时，选取材料有所不一样：①气体纯度大于或等于99.999%，应采取内壁电抛光低碳不锈钢管(316L)或内壁电抛光不锈钢管(304)。②气体纯度大于或等于99.99%，应采取内壁电抛光不锈钢管(304)，或者无缝钢管。③气体纯度小于99.99%，选取无缝钢管。氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第16页工作压力（MPa)工作压力（MPa)工作压力（MPa)工作压力（MPa)工作压力（MPa)工作压力（MPa)工作压力（MPa)工作压力（MPa)(2)碳素钢管中氢气最大流速注:氢气工作压力为0.1～3.0MPa，在不锈钢管中最大流速可为25m/s。设计压力（MPa)设计压力（MPa)设计压力（MPa)设计压力（MPa)设计压力（MPa)设计压力（MPa)设计压力（MPa)设计压力（MPa)氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第17页管道工作压力(MPa)强度试验气密性试验泄漏量试验试验介质试验压力(MPa)试验介质试验压力(MPa)试验介质试验压力(MPa)<0.1空气或氮气0.1空气或氮气1.05P空气或氮气1.0P0.1～3.01.15P1.05P1.0P>3.0水1.5P1.05P1.0P(3)管道试验介质与试验压力管道工作压力(MPa)强度试验气密性试验泄漏量试验试验介质试验压力(MPa)试验介质试验压力(MPa)试验介质试验压力(MPa)<0.1空气或氮气0.1空气或氮气1.05P空气或氮气1.0P0.1～3.01.15P1.05P1.0P>3.0水1.5P1.05P1.0P氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第18页工作压力（MPa)工作压力（MPa)工作压力（MPa)工作压力（MPa)工作压力（MPa)工作压力（MPa)工作压力（MPa)工作压力（MPa)三、氢气管路中阀门(1)阀门选择

依据国家氢气设计规范GB50177-对氢气管线中阀门应采取要求:阀门宜采取球阀、截止阀。氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第19页(2)阀门材质要求以下:注:①当密封面与阀体直接连接时，密封面材料能够与阀体一致。

②阀门密封填料，应采取石墨处理过石棉或聚四氟乙烯材料。设计压力（MPa)设计压力（MPa)设计压力（MPa)设计压力（MPa)设计压力（MPa)设计压力（MPa)设计压力（MPa)设计压力（MPa)氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第20页2026/10/13高温高压条件对材质要求

高温高压条件下,针对管线、阀门材质用到最多是奥氏体不锈钢等低碳不锈钢、低合金钢（Mo钢、Cr-Mo钢)。

奥氏体不锈钢等低碳不锈钢在不一样工艺温度以及氢分压下含有通用性，低合金钢只能依据不一样环境条件（温度、氢分压)确定详细型号，在确保生产稳定进行下选取低合金钢牌号方面，国内外已经有了足够经验。

除此之外，从经济以及应力方面考虑，低碳不锈钢价格过高，同时易诱发应力开裂，所以选取材质还是以低合金钢为主（诸如：炼油厂、石化厂、合成氨厂等)。氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第21页

在高温下,氢分子分解为原子形式,它能够轻易地进入到钢材中,并进行扩散。在这些条件下,氢在钢中扩散是很快速,氢能够与钢中碳发生反应,引发表面脱碳和内部脱碳以及微裂。高温氢腐蚀形式{表面脱碳内部脱碳和微裂纹

高温高压条件下，临氢环境中对材料低合金钢讨论以下:氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第22页2026/10/13表面脱碳:

表面脱碳并不产生裂纹。表面脱碳通常影响是强度和硬度有轻微降低,但延性增加。因为影响通常较轻微,所以对其关注比对内部脱碳少多。

表面脱碳理论解释：是基于碳迁移到表面，并在表面形成碳气体化合物，使钢出现贫碳（形成气体化合物为CH4或存在含氧气体时形成CO)。蒸汽会加速这种反应，溶解碳向表面扩散，速率控制机理认为是碳扩散。因为碳化物不停析出溶解碳，所以碳化物稳定性直接关系到表面脱碳速度。氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第23页2026/10/13内部脱碳和微裂:

内部脱碳和微裂是由氢向钢中渗透并反应生成其它气体,如甲烷而造成。所生成甲烷不能自钢中逸出,而通常聚集在晶界空穴处,产生高局部应力,最终造成钢材微裂、裂缝或鼓泡。氢损伤钢材微裂将造成力学性能显著劣化。微裂未转变珠光体脱碳区铁素体C-0.5Mo钢（ASTMA204-A)在高温氢环境中发生内部脱碳和微裂氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第24页2026/10/13

高温氢腐蚀影响原因:

包含:钢材孕育期、一次应力影响、二次应力影响、热处理作用、复合层和堆焊层影响等。钢材孕育期:

高温高压氢对钢造成损伤之前，在一段时间内用普通力学试验方法检验不出机械性能有显著改变。经过这段时间以后，材料产生损伤而造成强度和延性下降。在能够用普通力学试验方法测出氢侵蚀以前这段时间称之为孕育期。简单了解就是:质变之前量变阶段氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第25页2026/10/13

孕育期长短是很关键,因为它决定发生高温氢侵蚀条件下钢材有效寿命。高温氢侵蚀发生分三个阶段:a.孕育期,在此期间，力学性能非常迟缓地改变。b.力学性能快速劣化阶段，同时伴随微裂纹快速生长。c.最终阶段，固溶体中碳耗尽，力学性能到达最终值。

孕育期中,甲烷在亚显微空穴内形成压力。因为内部甲烷压力和施加应力这些空穴慢慢增大。当空穴到达临界尺寸时,对力学性能方面影响就显露出来。

孕育期取决于各种原因,包含钢材类型、冷加工程度、杂质元素含量、加工应力、氢气压力和温度等等。氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第26页2026/10/13临氢作业用钢预防脱碳和微裂操作极限氢气管线及其对阀门的要求专家讲座第27页四、安装管道以及阀门注意点（1)接触氢气表面彻底去除毛刺、焊渣、铁锈和污垢等。（2)碳钢管焊接宜采取氩弧焊作底焊；不锈钢应采取氩弧焊。（3)氢气管道连接应采取焊接或