陸葉

（江蘇省特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院南通分院，江蘇 南通 226200）

防止?jié)窳蚧瘹洵h(huán)境中壓力容器失效的推薦方法

陸葉

（江蘇省特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院南通分院，江蘇 南通 226200）

目前進行原油處理，主要利用石油化工以及油田采油設備，原油中含有的硫化氫不斷地增加，會給壓力容器帶來嚴重的腐蝕問題，這一問題已經(jīng)受到了全行業(yè)的重視。由于壓力容器極易受到硫化氫的影響，若硬度偏高，加之拉伸應力的存在，則會造成腐蝕問題，引起嚴重的后果。文中對在硫化氫環(huán)境下，如何保證壓力容器不失效，以及其發(fā)生的環(huán)境、材質(zhì)以及對抗措施進行了論述。

濕硫化氫；壓力容器；方法

濕硫化氫環(huán)境下壓力容器的選材極其重要，要從綜合角度進行考慮，通常情況下，壓力容器選用的鋼材主要是碳鋼和低合金鋼以及不銹鋼，硫化氫對于不同鋼材的腐蝕程度是不同的，由此要保持一段時間內(nèi)，壓力容器不受硫化氫的應力腐蝕，則需要充分的考慮壓力容器材料的性能，尤其是焊接材料、管材以及鍛件等。

1　壓力容器在H2S環(huán)境中的開裂機理

（1）鋼材質(zhì)的開裂機理。①造成壓力容器腐蝕的環(huán)境。在濕硫化氫的腐蝕環(huán)境下，也就是當水或者含水物質(zhì)流在露點下與濕硫化氫共存的狀態(tài)下，發(fā)生的壓力容器和管道腐蝕情況，通常情況下濕硫化氫環(huán)境主要在煉油廠的二次加工裝置中的輕油部分，同時還存在于汽提塔、冷卻器、加氫裂化裝置以及高壓分離器等設備中。壓力容器金屬材質(zhì)，在干燥的硫化氫環(huán)境中是不會發(fā)生干裂，造成失效的情況，只有在濕硫化氫的環(huán)境條件下，才會產(chǎn)生開裂情況，發(fā)生腐蝕情況，其中硫離子可以對碳鋼、低合金鋼產(chǎn)生均勻腐蝕，若是單純的均勻腐蝕，則很容易解決，但出現(xiàn)應力腐蝕，引起的局部腐蝕，處理起來有很大的難度，造成的危害性也比較大。②機理破壞形式。壓力容器金屬材料在濕硫化氫環(huán)境下，主要出現(xiàn)以下4種破壞形式和破壞機理，主要包括氫鼓泡、氫致開裂、SSCC、SOHIC，其中氫鼓泡發(fā)生時，不需要增加載荷壓力或者殘余應力，就其概念而言，不能將其劃分在應力腐蝕破壞的范疇內(nèi)。其中氫致開裂主要發(fā)生在鋼內(nèi)部，當氫壓力持續(xù)增高時，出現(xiàn)的鼓泡裂紋會逐漸相互連接，也就是幾個相鄰間的夾雜物出現(xiàn)破裂，貫連并形成階梯狀，這種情況是氫致開裂，多數(shù)裂紋是和鋼材的軋制方向相平行的，并穿過鐵素晶粒出現(xiàn)擴展，氫致開裂敏感性會受到MnS的分布而增加，氫致開裂也可以在事前沒有外界應力的條件下發(fā)生，所以氫致開裂也不屬于應力腐蝕破壞的范疇之內(nèi)。而SSCC與SOHIC屬于應力腐蝕破壞范疇內(nèi)，SOHIC是由于SSCC裂紋、HIC裂紋以及缺陷裂紋等引發(fā)的，而SOHIC會沿著之前存在的裂紋繼續(xù)擴展下去，SOHIC通常的出現(xiàn)會跟隨著其他的腐蝕形式，造成的危害性也就更大。

（2）濕硫化氫的腐蝕形式以及因素。①硫化氫腐蝕的形式。SSCC也就是硫化物應力腐蝕，主要是在有硫化物、水的環(huán)境下，壓力容器金屬材質(zhì)受到拉伸應力以及腐蝕的共同作用，發(fā)生開裂現(xiàn)象，發(fā)生SSCC主要由于硫化物腐蝕，同時也與材料的結(jié)構(gòu)應力水平、敏感性有著緊密聯(lián)系，尤其在高硬度鋼中極易發(fā)生，主要在焊接熔敷金屬以及焊接區(qū)，具體表現(xiàn)如圖1所示。

圖1　 應力腐蝕開裂示意圖

②影響濕硫化氫腐蝕的主要因素。影響濕硫化氫腐蝕的因素有很多，主要是壓力容器材質(zhì)的金相組織、材料的強度以及硬度，以及介質(zhì)的濃度、pH值等，這些因素的協(xié)同或者復合作用下，發(fā)生腐蝕作用，最終造成壓力容器失效。金相組織因素對SSCC造成的影響比較大，其抗破裂能力會逐漸的減弱，主要在以下程序中：回火馬氏體組織、淬火后并經(jīng)過充分的回火，正火以及回火、金相組織經(jīng)過正火后、未回火的淬火馬氏體以及貝氏體，在這些環(huán)節(jié)中，其抗破裂的能力逐步減弱，通常情況下，晶格的熱力學處在平衡的狀態(tài)下，SSCC敏感性則越低。

當金屬材料在加工的過程中，其屈服強度不斷升高，則臨界應力以及屈服強度比值則逐漸下降，SSCC的敏感性則增加，材料的硬度越高，則SSCC的敏感性就越高，其中碳元素的含量增加，在濕硫化氫環(huán)境下的SSCC敏感性就越高；鎳含量的增加則會降低其抵抗腐蝕的能力，主要是由于鎳含量的不斷增加，極大程度上會形成馬氏體相，由此當鋼硬度低于HRC22時，鎳含量最好不要超過1%，根據(jù)以往的實踐結(jié)果看來，鋼有較強的吸留氫能力，可以提高金屬材料的SSCC傾向性。硫元素的增加，會加劇濕硫化氫環(huán)境下的腐蝕作用，由于硫化物中夾雜著氫積聚點，在一定程度上會造成組織缺陷；磷元素會抑制氫原子重現(xiàn)組合，增加鋼材中的擴散氫，降低濕硫化氫環(huán)境下鋼的穩(wěn)定性。

2　防止硫化氫腐蝕的措施

（1）壓力容器的材料選擇辦法。在選用材料時需要滿足以下條件：采用含硫、磷元素較少的純凈剛、硬度比較低的鋼，減少冷加工處理，采取完全淬火與回火等熱處理辦法，最大程度上消除鋼材在加工時產(chǎn)生的應力，提高其抗腐蝕性，延長壓力容器失效的時間，將焊接處的殘余應力消除，在焊接后先進行熱處理，再進行保溫，注意低合金鋼保溫的溫度要高一些，用這樣的處理方式，減低濕硫化氫環(huán)境下SSCC的敏感性。根據(jù)國內(nèi)或者國際現(xiàn)行的標準來選擇抗硫化氫材料，其中SH/ T3129-2002標準中便給出了有關(guān)鋼材料的選用原則，在進行壓力容器材料的選用過程中，還需要結(jié)合其他相關(guān)標準進行擇取，需要符合原油煉取的原則，例如NACE Standard MRO103-2010標準規(guī)范中，就提出了在濕硫化氫環(huán)境下，石油煉制工廠應如何采取開裂材料，在進行選擇時，要基于硫化氫應力腐蝕機理與影響因素等分析，并結(jié)合相關(guān)選用標準進行選擇。

（2）合理的添加緩蝕劑。在進行原油煉曲的過程中，若可預見壓力容器出現(xiàn)失效時間較短時，或者受到嚴重的硫化氫腐蝕的情況下，采取添加緩蝕劑的辦法進行預防，該種辦法可以有效的防止壓力容器材質(zhì)受到濕硫化氫的腐蝕，但是緩蝕劑的應用有著較高的要求，且具有較強的針對性，往往介質(zhì)或者材料的不同，則緩蝕劑選用的也不同，若改變加工條件如溫度或者壓力等，則需要根據(jù)實際情況調(diào)整緩蝕劑，一般情況下，含硫化氫酸性環(huán)境下，緩蝕劑主要是成膜型緩蝕劑、酰胺類以及胺類等。

（3）嚴格控制溶液的pH值。在操作的過程中，若將溶液的pH值提高，則可以降低溶液中的H+含量，起到提高鋼材質(zhì)的抗腐蝕能力，經(jīng)過不斷地實踐應用證明，將溶液的pH值維持在9～11內(nèi)，不僅可以延長鋼材的使用壽命，還可以提高其在濕硫化氫環(huán)境下的抗腐蝕能力，保證在一定時間內(nèi)壓力容器不會失效。同時采用電鍍或者化學鍍的保護措施，對需要受到保護的金屬材料，在其表面進行鍍膜，形成一層保護膜，保證其在保護層內(nèi)，不容易受到腐蝕。

3　結(jié)語

壓力容器是煉油裝置中的一種，存在于濕硫化氫環(huán)境的煉油工業(yè)中，當受到腐蝕后，易發(fā)生失效，在處理濕硫化氫腐蝕問題時，需要根據(jù)鋼材料的選擇，濕硫化氫的腐蝕機理、環(huán)境、形式等方面，采取相應的措施，來防止壓力容器出現(xiàn)失效事故。

［1］ 張鳳春，李春福，付愛紅 硫化物應力腐蝕開裂的理論研究進展［J］.材料導報，2012（5）.

TQ05

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1671-0711（2016）08（下）-0034-02