天然气压力容器腐蚀原因分析及防范措施

1．天然气压力容器腐蚀的原因 天然气压力容器腐蚀包括内腐蚀和外腐蚀，内腐蚀由内部介质所导致，是目前的研究难点和重点。内腐蚀有三个显著特点：①气、水、烃固共存的多相流腐蚀介质；②高温或高压环境；③H2S、CO2、O2、Cl^-和水分是主要的腐蚀物质，其中H2S、CO2、O2是腐蚀剂，水是载体，Cl^-是催化剂。在三种腐蚀剂中H2S和CO2的腐蚀是氢去极化腐蚀，H2S腐蚀类型除电化学腐蚀外，其最具危害的还是固体力学化学腐蚀，即硫化物应力腐蚀开裂、氢致开裂等，H2S可以导致五种开裂损伤：硫化物应力腐蚀开裂（SSC）；氢鼓泡（HB）；氢致开裂（HIC）；应力导向氢致开裂（SOHIC）.     

H2S应力腐蚀开裂和氢致开裂的评定

在开发含H2S油气田中常接触含H2S介质。由于H2S存在,当采用碳钢时除考虑化学失重腐蚀外,压力容器和压力管道受压元件还存在硫化物应力腐蚀开裂（SSC）和氢致开裂（HIC）,如处理不当,将会使压力容器和管道突然破裂,危及安全。本文从试验和工程实践中提出了硫化物应力腐蚀开裂（SSC）和氢致开裂（HIC）评定、鉴定、评审和具体作法。     

炼油常用钢材的抗HIC性能及评价方法的研究

为了评价炼油厂常减压蒸馏装置常用钢材对氢致开裂（HIE）的敏感性和加工中东高硫油设备用钢的适用性,利用恒温腐蚀槽、超声波影像仪、测氢仪、金相显微镜和精密分析天平等手段研究了炼油厂常用的五种低合金钢（国产20G,16MnR和CF62钢,日本产CR5和SM400钢）在湿硫化氢中的腐蚀行为,重点讨论了氢致开裂和氢鼓泡问题。试验表明：五种钢材抗HIC性能从优到劣依次为CR5,16MnR,CF62,20G,SM400。对超声波影像仪（UST）探测法的实用性进行了讨论。     

炼油设备中的湿硫化氢腐蚀(2)

本文第(2)部分阐述硫化物应力腐蚀、氢诱导以及应力向氢诱导等3种开裂形式;从钢材的强度等级和化学成分、焊缝的硬度值、H_2S浓度、应力植水平和使用年限等方面分析了温硫化氢对压力容器开裂的影响;最后对限制焊缝硬度值、控制焊缝化学成分、焊后热处理以及湿硫化氢应力腐蚀开裂形成的条件等问题进行了讨论.     

加氢装置中低温湿H2S环境下操作的设备选材

当钢暴露在湿H_2S环境中有两种开裂形式,一种是发生在压力容器高强度钢材上的硫化物应力腐蚀开裂(SCC);另一种形式称为氢诱导开裂(HIC和SOHIC)。因此,按过去多年的常规作法,仅控制钢材及焊缝热影响区的硬度不是防止H_2S引起裂纹的保证和必要条件。通过喷钙处理改变夹杂物形状和提高钢材纯净度是目前抗氢诱导裂纹常用的两种方法。     

论湿硫化氢环境下管道设计材料的选择

从炼油厂典型装置中产生湿H2S腐蚀的环境及部位着手,分析了因湿硫化氢腐蚀而引起的氢鼓泡、硫化物应力腐蚀开裂、氢致开裂和应力诱导氢致开裂等腐蚀形态,指出液相中硫化氢的浓度、溶液的pH值、温度以及材料的硬度、管道表面质量等与上述腐蚀有关。同时,从设计角度论述了不同情况下的选材原则。     

液化气球罐裂纹分析及处理

针对液化气球罐检验中发现的表面裂纹,分析了裂纹成因是湿硫化氢应力腐蚀,由湿硫化氢引起腐蚀开裂的形式包括氢鼓泡(HB)、氢致开裂(HIC)、硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)和应力导向氢致开裂(SOHIC),论证了氢致裂纹较易于硫化物应力腐蚀裂纹发生,氢致裂纹产生后,在随后的高应力作用下,转化为硫化物应力腐蚀裂纹。裂纹打磨消除后通过安全评定避免对球罐进行补焊处理,在球罐内表面喷涂稀土合金防腐层,有效地解决了湿硫化氢应力腐蚀问题。     

湿硫化氢环境用低合金高强度钢

低合金高强度钢在湿硫化氢环境中的开裂形式，目前一般认为有四种，即氢鼓泡（ＨＢ）、氢致开裂（ＨＩＣ）、硫化物应力腐蚀开裂（ＳＳＣＣ）和应力导向氢致开裂（ＳＯＨＩＣ）。文章介绍了国外关于低合金高强度钢在湿硫化氢环境中腐蚀开裂的实验研究情况，并简要介绍了国外抗湿硫化氢环境腐蚀用钢的发展情况。     

PTA装置加氢反应器腐蚀及其控制研究

对现役PTA加氢反应器不同部位的腐蚀原因进行了分析,认为点蚀和冲涮腐蚀是由于HAc-Br-腐蚀介质在不同状态下引起的;氢气入口管裂纹主要是由于在运行过程中介质中含有Br-在临氢状态下局部应力集中产生的氢致应力腐蚀开裂。研究并实施了点蚀坑的补焊修复技术和延缓氢致应力腐蚀开裂产生的氢气入口管改造等腐蚀控制措施。     

L360管焊缝的耐蚀性能

模拟高酸性气田集输系统条件,通过电化学腐蚀失重、氢致开裂和硫化物应力开裂试验对L360管道焊缝进行了耐蚀性研究。结果表明,添加缓蚀剂前后焊缝的腐蚀速率分别为0．437mm／a和0．102mm／a,腐蚀产物包括FeC03,FeS,FeO（OH）和FeO,焊缝没有出现氢致开裂和硫化物应力开裂,但发现少许氢鼓泡。     

长期运行加氢裂化反应器应力分析

加氢裂化反应器是加氢装置的核心设备,长期在高温高压临氢状态下运行,且不断受到开停车时产生的热冲击,它的稳定运行对加氢装置的安全至关重要.以某石化公司加氢裂化反应器为研究对象,采用ANSYS有限元分析方法,建立有限元模型,对在正常与事故工况下运行的加氢裂化反应器应力状况进行分析,结果表明加氢裂化反应器的总体应力水平较低,母材2.25 Cr1Mo钢应力分布介于91～179 MPa,堆焊层应力分布介于135～ 157MPa,堆焊层出现屈服,应力最大值出现在凸台处,约200 MPa.加氢裂化反应器在飞温时也不会使材料发生明显的蠕变损伤,但是开停车或事故工况时的温度变化可能会导致反应器凸台支撑部位不锈钢堆焊层产生裂纹.     

料浆感应渗铝钢的组织结构及抗蚀性研究

经对料浆感应渗铝钢的渗层金相组织、渗层铝浓度分布及渗层相结构进行分析研究,指出当渗铝钢表面铝铁合金层的铝浓度大于8％时,可在沙层表面形成一层致密的三氧化二铝保护膜。其碳钢料浆感应渗铝产品抗硫化氢腐蚀性能明显优于母材;碳钢和铬钼钢料装感应渗铝产品抗高温硫腐蚀、高温氧化性能明显优于母材和18-8不锈钢。     

制氢装置转化炉炉管催化剂支托失效分析

对两次检修中所发现的中国石油化工股份有限公司石家庄炼化分公司1号制氢装置转化炉炉管催化剂支托出现损坏的情况做了介绍,并对两种批次的催化剂支托进行了成分分析,对使用Incoloy800H材料、损坏严重的催化剂支托表面宏观照片进行了分析,对损伤支托的横截面进行金相、电镜及能谱检验分析。通过对Cr25Ni20和Incoloy800H两种材料的抗渗碳能力的比较,得出了以下结论:催化剂支托损伤的原因是材料在含氢高温环境下发生了表面渗碳现象,直接导致材料表面组织相变、材料分层、表现材料组织疏松和隆起,并在表面区域晶界上产生了大量的微裂纹,同时引起材料内部有大量的碳化物析出,使得材料的韧性急剧下降,塑性不足。热膨胀后的支托难以回复到原始形态,故在部分破坏的支托管上出现类似"蠕胀"的胀粗现象。结果表明,使用Cr25Ni20材料的抗渗透能力比Incoloy800H要好。     

微观组织对X80直缝焊管与高压氢相容性影响研究

为研究不同组织X80直缝焊管与6.3 MPa氢气的相容性,采用扫描电镜分析、高压氢环境缺口试样慢拉伸试验等方法进行分析。结果表明,与6.3 MPa氮气条件相比,针状铁素体组织的Φ1 422 mm钢管母材缺口试样在6.3 MPa氢气中抗拉强度、断面收缩率和拉伸位移损失率分别为5.1 %、10.1 %和1.3 %;多边形铁素体+贝氏体组织的Φ1 219 mm钢管母材缺口试样在6.3 MPa氢气中的抗拉强度、断面收缩率和拉伸位移的损失率分别为4.9 %、62.8 %和13.7 %;针状铁素体Φ1 422 mm钢管母材相比多边形铁素体+贝氏体组织Φ1 219 mm钢管母材在6.3 MPa气态氢环境中具有更好的抗氢脆性能;Φ1 422 mm钢管直焊缝和Φ1 219 mm钢管直焊缝均为多边形铁素体组织;与氮气中相比,Φ1 422 mm钢管直焊缝在6.3 MPa氢气中的抗拉强度、断面收缩率和拉伸位移损失率分别为4.4 %、23.3 %和10.2 %;Φ1 219 mm钢管直焊缝在6.3 MPa氢气中的抗拉强度、断面收缩率和拉伸位移损失率分别为2.7 %、24.7 %和10.4 %。慢拉伸断口微观形貌表明6.3 MPa氢气的气体条件促进了氢致裂纹的萌生。     

低碳结构钢的氢脆行为研究

采用宏观、微观、纳米等手段,开展低碳钢在酸性环境中氢诱导作用对其力学性能影响进行研究。从研究结果可以看出,氢浓度和腐蚀扩展速率存在一定关系,低碳钢暴露于富氢酸性环境28天后,体积弹性模量显著降低。通过微观结构分析,发现氢渗透引起的大晶粒的变形、裂纹和氢鼓包是性能下降的主要原因。此外,通过在不同时间对试样的不同区域进行纳米压痕,确定了氢对晶粒纳米弹性和纳米硬度性能的影响。在宏观、微观和纳米层面上对受到氢损伤钢的力学性能的进一步研究,将对低碳结构钢的维护和使用寿命预测提供一种新途径。     

吸收塔顶0Cr13短管开裂原因分析及解决办法

对中国石油天然气股份有限公司大连石化分公司3.50 M/a重油催化裂化装置吸收塔顶两处材质为0Cr13的短管开裂原因进行分析.根据0Cr13不锈钢特点及其焊接性能,分析了贫气组分、贫气中硫化氢在一定条件下对0Cr13材质的影响、硫化氢对金属的腐蚀和影响.进一步通过吸收塔0Cr13接管的微观组织分析,确定短管开裂主要原因为短管材质硬度远远超过标准,Cr元素含量低于标准要求为造成开裂的内部原因,硫化氢腐蚀和焊接残余应力是短管开裂的外部原因,提出了控制0Cr13短管产生裂纹的关键措施.     

制氢装置管道材料的选用

对于典型的制氢流程 ,其装置中的腐蚀介质主要有氢气和二氧化碳。氢气可以使金属材料产生氢损伤 ,二氧化碳水溶液可引起设备产生全面腐蚀和点蚀。制氢装置中的管道应依据Nelson曲线进行选材 ,在考虑安全性的同时 ,也要考虑其经济性问题。文章推荐其进料系统的管道主材可选用 2 0号碳钢 ,脱硫和转化部分的管道主材可选用Cr5Mo ,临氢部位要进行焊后热处理 ;变换部分管道主材可选用 0Cr18Ni9;PSA单元 (变压吸附 )一般可选用碳钢 ,但要验证其抗疲劳破坏能力     

聚能射孔器爆炸气体损害机理研究

聚能射孔弹爆轰产生金属射流的同时也生成爆炸气体.爆炸气体形成的高压可在射孔孔道形成的瞬间进入孔道,引起孔道内压力升高,甚至造成损害.通过对爆炸气体产生的过程、压力影响因素、损害过程的分析认为,降低爆炸气体压力、扩大泄压空间和减少气体作用时间等方法可以降低爆炸气体造成的损害;射孔优化设计时应综合考虑聚能射孔器产生的气体压...     

储氢材料及其在含能材料中的应用

详细介绍了储氢材料品种，其中包括苯和甲苯有机液体氢化物，氢化硼和氢化铝络合物，超级活性炭，碳纳米纤维和碳纳米管的纳米碳材料，镧（稀土）系列、钛铁系列、镁系列等金属及合金氢化物，多孔聚合物等；并简单介绍了这些储氢材料的制备方法、在含能材料中应用时存在的问题及改进方向。重点介绍了多孔聚合物储氢材料的特点及合成方法，提出金属氢化物和多孔聚合物应作为储氢材料在含能材料中应用的重点研究对象。     

合成氨气厂抗氢蚀材料的应用

介绍了合成氨装置及煤液化气化装置高温高压环境下的氢蚀机理及影响因素,钢中加入稳定碳化物的Cr,Mo,W,V,Nb等元素可延缓氢蚀趋势;焊后淬火加回火可提高抗氢蚀能力;冷加工使钢的抗氢蚀能力减弱,而应力和高压氢的共同作用不但影响钢的持久强度,而且影响其耐蚀性。合理的设计选材及严格的工艺管理可防止事故发生。