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从原理到建议,我们来看看湿硫化氢应力腐蚀环境下如何选材?
2020-02-26 11:38:30 作者:本网整理 来源:压力管道人

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一 湿硫化氢应力腐蚀的定义及常见的腐蚀形态


满足下列条件即构成湿硫化氢应力腐蚀环境:


a 介质温度不大于60+2P ℃,P为介质表压,单位是MPa


b 硫化氢分压不小于0.35MPa,


c 介质中含水或介质温度低于水的露点温度,


d 介质PH小于9或者有氰化物存在。


对于碳钢,分四种形态:氢脆(HB-hydrogen brittleness)、硫化物应力腐蚀开裂(SSCC-Sulfide  stress corrosion cracking)、氢致开裂(HIC-Hydrogen induced cracking)、应力诱导氢致开裂(SOHIC-Stress induced hydrogen induced cracking)。


通常,HIC、SOHIC、HB通常发生液相区,氢通量较大时还会出现均匀腐蚀。SOHIC还受结构应力的影响。SSCC则会发现在液相区、气液混相区。


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二 常发生的部位


对于炼油加氢装置,常发生再高低分罐顶部管道、分馏塔顶及后冷管道;脱硫装置再生塔顶及后冷管道。对于煤化工变换装置,常发生在常压煤气化装置的煤气至压缩管道、压缩到变换管道等。


当然,几乎所有化工装置,很多部位的腐蚀往往是各种腐蚀的叠加,我们在进行材料设计时,更需要注意的是区分哪种腐蚀占主导地位。


三 影响因素


3.1 溶液中的PH


溶液呈中性时,均匀腐蚀最弱。呈酸性时均匀腐蚀比呈碱性时高,且都比呈中性时高。且呈碱性时,腐蚀形态会有变化。


3.2 硫化氢浓度


硫化氢浓度越高,氢通量越高,则HIC、SOHIC、HB、SSCC均越强。


3.3 介质温度


温度升高,HIC、SOHIC、HB均增强,但SSCC几乎只发生在65℃以下。


3.4 其它离子


氯离子只加剧均匀腐蚀,氢氰根则会加剧HIC、SOHIC、HB、SSCC。


3.5 管件元件质量


元件表面质量越高,则发生裂纹产生SSCC的可能性越小。


3.6 材料的强度及碳当量


材料的强度和碳当量越高,越容易HIC、SOHIC、SSCC。


3.7 材料的硬度及焊后热处理


若材料硬度不高,且经过焊后热处理,则发生SSCC的概率较低。


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四 如何选材


4.1 液相和气液混相


a 硫化氢含量小于50ppm,则碳钢且较小腐蚀裕量。


b 硫化氢含量50ppm-1000ppm,介质PH6.5~7.5,无缝钢管可选一般无缝,焊接钢管可选抗HIC钢,中等腐蚀裕量。若介质PH<6.5或>7.5,所有钢管均应抗HIC,且较大腐蚀裕量。


c 当硫化氢含量大于1000ppm时,所有钢管均应抗HIC,且较大腐蚀裕量,无论其它任何条件。


4.2 气相少量可能含水时


a 若介质伴热,则普通碳钢,低腐蚀裕量。


b 无法避免含液,则应选行SSCC钢,中等腐蚀裕量。


4.3 相同与不同


SSCC和HIC均发生在湿硫化氢应力腐蚀环境,但SSCC与结构应力有关,可发生在液相或者气相含液场合,而HIC主要与氢通量和材料内部宏观缺陷有关。


容易HIC一定容易SSCC,容易SSCC不一定容易HIC。故抗HIC一定抗SSCC,反之则不可。


HB发生在HIC场合,危害程度不及HIC,满足抗HIC一定满足HB,故不单列。


SOHIC只是HIC的一种形式,管道元件很多情况下结构应力都不大,故不单列。


五 还需注意什么


5.1 主材选用抗HIC钢时,管道附件如何选?


a 管件应选用与主材相同或相近。


b 法兰压力等级不低于PN20,且与主材相同或相近。


c DN40阀门宜带短管或法兰连接。阀门阀体材质与主材相同或相近。


d 螺栓螺母应为双头厚螺母(万一泄露,通丝处应力集中可能断裂)。


e PN20及以下为非金属垫片,以避免法兰变形导致的密封失效。以上应为缠绕垫配高强螺栓。


f 管架应采用非焊接型。若采用焊接时,应热处理。


5.2 主材选用抗SSCC钢时,管道附件如何选?


a 管件应选用与主材相同或相近。


b 法兰压力等级不低于PN20,且与主材相同或相近。


c DN40阀门宜带短管或法兰连接。阀门阀体材质与主材相同或相近。


d 螺栓螺母应为双头厚螺母。避免采用全螺纹螺栓(万一泄露,通丝处应力集中可能断裂)


e PN20及以下为非金属垫片,以避免法兰变形导致的密封失效。以上应为缠绕垫配高强螺栓。


f 管架应采用非焊接型。若采用焊接时,管架与管道的焊缝,距管架较近的管道焊缝应热处理。

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