蘇成龍(甘肅省特種設備檢驗檢測研究院，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

在濕硫化氫環(huán)境中，氫損傷問題是非常常見的，它具體就出現(xiàn)在各種壓力容器中，危害性極大，為此需要對壓力容器進行定期檢驗，深層次分析濕硫化氫環(huán)境下的電化學腐蝕過程。

1 濕硫化氫環(huán)境下的電化學腐蝕過程分析

濕硫化氫環(huán)境下的電化學腐蝕過程是顯而易見的，雖然它對壓力容器沒有腐蝕性，但如果在有水環(huán)境下，就會形成H2OH2S特殊環(huán)境，這就是濕硫化氫環(huán)境。在濕硫化氫環(huán)境下，它其中的H2S會出現(xiàn)電離情況，它的電離過程應該如下：

基于上述過程進行分析，分析壓力容器表面所發(fā)生的電化學反應，它會同時產(chǎn)生陽極反應與陰極反應，如下：

如上所述，它其中就包含了氫分子、吸附氫以及吸收氫，結(jié)合化學反應過程建立壓力容器表面氫離子，確保氫離子與陽極反應后充分釋放電子，最終形成吸附氫，保證壓力容器內(nèi)部有效滲入硫化物，建立應力腐蝕開裂體系。而在濕硫化氫環(huán)境下，電化學腐蝕會造成壓力容器氫損傷，以下就分析了氫損傷的基本類型。

2 濕硫化氫環(huán)境下的氫損傷基本類型

在壓力容器內(nèi)部會滲入大量氫原子，它基于不同組織結(jié)構(gòu)與不同強度級別形成壓力容器氫損傷，且氫損傷類型表現(xiàn)十分豐富。這里就主要分析了金屬制壓力容器在濕硫化氫環(huán)境下氫損傷發(fā)生類型，下文簡單介紹其中4種。

2.1 氫鼓包氫損傷類型

氫鼓包(HB)屬于典型的氫損傷類型，它在深入壓力容器內(nèi)部就容易產(chǎn)生過飽和空位問題，其氫鼓包量相對較大。具體分析，如果氫分壓過大，它會導致周圍金屬材料發(fā)生局部塑性變形問題，出現(xiàn)平行于壓力的容器表面鼓包問題。一般來說，氫鼓包問題是在不具備任何外加應力的常溫狀態(tài)下產(chǎn)生的。通常來講，氫鼓包可通過肉眼或手電筒宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，在測量其質(zhì)量大小過程中，需要對氫鼓包問題進行分析。不過，氫鼓包尺寸一般偏小，但通過手觸摸方式可以感受到它的存在。

2.2 氫致開裂氫損傷類型

氫致開裂(HIC)氫損傷類型是在氫分壓作用下產(chǎn)生的，它是基于不同層面相鄰氫鼓包裂紋形成連接，細致觀察，氫致開裂屬于階梯狀內(nèi)部裂紋?？紤]到氫致開裂多發(fā)生于壓力容器內(nèi)部位置，較難用肉眼發(fā)現(xiàn)，所以在壓力容器定期檢驗過程中可借助聲發(fā)射以及超聲相控陣分析氫致開裂缺陷問題。

2.3 硫化物應力腐蝕開裂氫損傷類型

硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)氫損傷問題一般發(fā)生于中高強度的焊接熔合區(qū)域中，形成合金鋼熱影響區(qū)。在分析應力與殘余應力過程中，需要了解焊接工藝內(nèi)容，了解其開裂預兆危害問題[1]。

3 濕硫化氫環(huán)境下的氫損傷不同類型之間的相互關聯(lián)與區(qū)別分析

3.1 濕硫化氫環(huán)境下的氫損傷不同類型之間相互關聯(lián)

氫損傷類型表現(xiàn)多樣，它們發(fā)生的實質(zhì)都可歸納為“鋼中滲氫”，深層次理解就是氫原子本身來源于H2S的腐蝕反應，所以各種氫損傷類型的發(fā)生機理是相互一致的，無需加入任何外營力，而吸附硫化物腐蝕過程則一般發(fā)生于金屬表面，生成大量氫原子。

3.2 濕硫化氫環(huán)境下的氫損傷不同類型之間相互區(qū)別

一般來說，濕硫化氫環(huán)境下氫損傷的不同類型之間存在區(qū)別，應該結(jié)合不同鋼材硬度進行分析，例如對高強度、低強度、中高強度、中低強度鋼材的分析需要做到位。首先是高強度鋼材，要分析其應力導向背景下的氫致開裂情況，了解其發(fā)生部位，應該為焊縫以及熱影響區(qū)，這些也是高應力的集中區(qū)，它的腐蝕原理應該為滲氫+應力結(jié)合形式，在應力作用下，夾雜物與缺陷位置因為氫聚集所形成的小裂紋問題進行分析，避免其裂紋越來越大。在整個過程中，需要分析鋼材質(zhì)量與內(nèi)應力情況，計算其H2S的濃度pH值變化；其次分析低強度鋼材，它的氫損傷發(fā)生部位一般平行于鋼表面位置，即鋼中夾雜物位置，它的腐蝕原理為滲氫。當氫原子向鋼中滲透并形成氫分子時，就會產(chǎn)生較大應力，形成氫鼓包[2]。

4 濕硫化氫環(huán)境下的氫損傷的案例分析

煉油廠生產(chǎn)就包含了濕硫化氫環(huán)境，它也是引發(fā)氫損傷問題，導致煉油廠生產(chǎn)效率降低的關鍵。為了延長煉油廠中某些金屬裝置以及管道結(jié)構(gòu)的整體使用壽命，還需要對煉油廠的綜合運行水平與現(xiàn)實作用進行分析。

4.1 某煉油廠的濕硫化氫環(huán)境簡述

4.1.1 環(huán)境簡述

某煉油廠中煉油設備裝置均在惡劣環(huán)境下運行工作，其所形成的濕硫化氫環(huán)境溫度整體偏低，不會導致裝置著火和爆炸等嚴重問題，但容易出現(xiàn)設備壓力容器的不均勻腐蝕問題。具體來說，某煉油廠在是硫化氫環(huán)境下就會出現(xiàn)材料腐蝕問題，其具體表現(xiàn)為材料開裂破壞，其腐蝕現(xiàn)象主要是由氫損傷所導致。在對其進行開裂破壞表現(xiàn)形式分析可以了解到，其材料氫損傷敏感程度較高，且腐蝕類型相當豐富。

4.2 濕硫化氫環(huán)境腐蝕類型分析

某煉油廠的設備壓力容器在是硫化氫環(huán)境下表現(xiàn)出多種腐蝕類型，具體分析以下三點[3]。

4.2.1 硫化物的應力腐蝕開裂

首先，某煉油廠壓力容器針對硫化物的應力腐蝕開裂情況比較常見，在深度研究其腐蝕開裂情況時應該對其硫化氫環(huán)境與拉伸應力共同作用進行分析，深度了解其金屬開裂現(xiàn)象問題。具體來講，由于煉油廠壓力容器在是硫化氫環(huán)境中產(chǎn)生了大量的氫原子，所以其在被金屬材料吸收后會產(chǎn)生明顯的硫化物應力腐蝕開裂問題，如果不能有效處理腐蝕開裂問題就會導致煉油廠濕硫化氫環(huán)境下不同金屬材料質(zhì)量下降，應用穩(wěn)定性也會大打折扣。

4.2.2 氫鼓包的氫致開裂

再者分析了煉油廠在濕硫化氫環(huán)境下的金屬材料氫鼓包以及氫致開裂問題。就以氫致開裂這一問題為例，它是指代金屬材料內(nèi)部不同平面出現(xiàn)了臨近氫鼓包問題，對其內(nèi)部不平整平面進行分析，了解可能導致氫致開裂現(xiàn)象的復雜原因。經(jīng)過分析后發(fā)現(xiàn)，壓力設備中氫鼓包周圍應力相對較高，且金屬材料在不同層面上的氫鼓包存在相互連接條件，在如此條件下也可能會產(chǎn)生不同嚴重程度的氫致開裂現(xiàn)象問題[4]。

4.3 某煉油廠的濕硫化氫環(huán)境下金屬材料的氫損傷判定分析

要對某煉油廠在濕硫化環(huán)境下金屬材料所產(chǎn)生的氫損傷情況進行判定，下文簡單分析兩點。

4.3.1 氫鼓包與氫致開裂條件下的金屬材料氫損傷判定

考慮到金屬材料表面上存在氫鼓包問題，煉油廠就希望為壓力容器建立氫鼓包與氫致開裂之間的關聯(lián)關系，結(jié)合這一關系綜合判斷金屬材料的氫損傷問題，并提出后期處理技術要求。在判定過程中，需要對氫致開裂與氫鼓包材料敏感度進行判斷，保證判定結(jié)果準確性有所優(yōu)化。而在判定過程中，還需要對水中硫化氫的具體濃度進行分析，計算其酸堿值與金屬材料含硫量，不斷強化煉油廠在濕硫化氫環(huán)境分析背景下的結(jié)果與基礎因素變化，解決金屬材料所存在的氫損傷問題[5]。

4.3.2 應力導向氫致開裂條件下的金屬材料氫損傷判定

需要對煉油廠壓力容器的應力導向氫致開裂條件進行分析，進一步調(diào)整金屬材料的氫損傷判定標準?？紤]到金屬材料應力受到外力作用與濕硫化氫環(huán)境共同導致了氫損傷問題的發(fā)生，因此還需要結(jié)合實際問題對氫損傷表現(xiàn)進行分析，提出合理改善措施，有效規(guī)避煉油廠中金屬材料的應力導向氫致開裂問題，分析其氫損傷程度。在判定金屬材料敏感程度時，還需要對金屬材料的整體規(guī)模形態(tài)與諸多基礎因素進行分析，調(diào)整材料敏感程度，判定相應標準，對煉油廠中壓力容器在濕硫化氫環(huán)境相的金屬材料應力變化進行分析，了解其應力導向氫致開裂的敏感程度變化，獲得正確判定結(jié)果。

5 結(jié)語

如果設備壓力容器長期運行于濕硫化氫環(huán)境中，它的環(huán)境腐蝕類型就會逐漸變復雜，形成包括氫致開裂、氫鼓包等等不同腐蝕類型，導致氫損傷問題的出現(xiàn)。所以在科學合理判定設備壓力容器金屬材料氫損傷之后，就需要結(jié)合不同氫損傷類型分析它們之間關系，明確判定標準并實施優(yōu)化處理，延長設備金屬材料整體使用壽命，為提高諸如煉油廠等工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的壓力設備綜合運行效果創(chuàng)造更優(yōu)基礎。