硫化物應力腐蝕開裂

1、H 7硫化物應力腐蝕開裂（SSC）概述對SCC的敏感性與滲透到鋼材內的氫的量有關，這主要與pH值和水中的H2S含量這兩個環(huán)境因素有關。典型地，人們發(fā)現鋼中的氫溶解量在pH值接近中性的溶液中最低，而在pH值較低和較高的溶液中較高。在較低pH值中的腐蝕原因是因為H2S，反之在高pH值中腐蝕是因為高濃度的二價硫離子。若高pH值溶液中存在氰化物能夠加劇氫滲透到鋼材中。目前已知鋼材對SCC的敏感性隨H2S含量（例如H2S在氣相中的分壓，或液相中的H2S含量）的增加而增大。H2S含量為1ppm這樣小濃度的水中也發(fā)現對SCC有敏感性。對SCC的敏感性主要與材料兩種物理參數有關硬度和應力水平。隨著硬度的增加鋼

2、對SCC的敏感性也增加。通常對用于濕硫化氫環(huán)境的碳鋼壓力容器和管道不考慮SCC，因為它們具有較低的硬度（強度）。然而，焊接后的焊縫熔合區(qū)和熱影響區(qū)具有高的殘余應力。高的殘余拉應力與焊縫結合增加了鋼對SCC的敏感性。焊后熱處理能夠有效地減少殘余應力，焊縫熔合區(qū)和熱影響區(qū)的回火（軟化）處理也有同樣的效果。對每英寸厚度在大約1150（621）下保溫一小時（最少一小時）的熱處理方法被證明是一種對碳鋼有效的防止腐蝕性開裂的消除應力熱處理方法。對低合金鋼有時需要更高的溫度。控制硬度和減少殘余應力被認為是防止SCC的方法，在NACE RP 0472中有詳細描敘?；A數據表H-8中列出了確定碳鋼和低合金鐵素體

3、鋼設備和管線對硫化物應力腐蝕開裂敏感性所需的基礎數據。如果無法確定準確的工藝參數，則需咨詢知識豐富的工藝工程師來進行預測。確定環(huán)境苛刻度如果沒有水存在，則認為設備和管線對SCC沒有敏感性。如果有水存在，則用從表H-8中得出的有關水中的H2S含量和它的pH值的基礎數據再從表H-9中估計環(huán)境苛刻度（潛在的氫溶解量）。確定對SCC的敏感性用在表H-9中確定的環(huán)境苛刻度以及在表H-8中得到的有關最大布氏硬度和焊件焊后熱處理的基礎數據，從表H-10中確定對SCC的敏感性。按圖H-5中流程來確定硫化物應力腐蝕的敏感性。圖H-5確定硫化物應力腐蝕的敏感性表H-8分析硫化物應力腐蝕所需的基礎數據基礎數據說明是

4、否存在凝結水（是或否）確定設備和管線中是否有新鮮水存在。不僅要考慮正常操作條件，還要考慮開工、停工及波動的情況等。水中的H2S含量確定水中的H2S含量。如果不能容易地得到分析結果，可以用Petrie&Moore方法（參考資料2）來估算。水的pH值確定水的pH值。如果不能容易地得到分析結果，則由一個經驗豐富的工藝工程師來估計。是否存在氰化物（是或否）通過樣品和（或）區(qū)域分析確定是否存在氰化物。不僅要考慮正常操作條件，還要考慮開工、停工及波動的情況等。最大布氏硬度確定設備和管線焊縫的實測最大布氏硬度。如果實際布氏硬度無法測定，則按照制造時的最大布氏硬度來確定。是否經過PWHT（是或否）確定

5、設備和管線焊縫是否經過焊后熱處理。表H-9環(huán)境苛刻度水的pH值水的H2S含量50ppm501000ppm100010000ppm10000ppm5.5低中高高低低低中低中中中低中中高9.0低中高高表H-10SCC敏感度環(huán)境苛刻度焊接時焊縫最大布氏硬度PWHT后最大布氏硬度200200-237237200200-237237高低中高無低中中低中高無無低低低低中無無無H.8在硫化氫條件下的氫致開裂和定向應力氫誘導開裂（HIC/SOHIC-H2S）概述氫致開裂可以定義為金屬內部不同平面上或金屬表面的鄰近的氫鼓泡的相互連接而逐步形成的內部開裂。形成HIC不需要有外部作用壓力。開裂的驅動力是由于氫鼓泡內

6、部壓力的累積而在氫鼓泡周圍形成的高壓。在這些高壓區(qū)之間不同的平面上的鼓泡相互連接，從而導致剛才內部裂紋的產生和發(fā)展。鼓泡內壓力的累積與鋼材中氫的固溶量有關。鋼中氫的來源是鋼與濕硫化氫反應產生的。在這個反應中必需有水的存在，氫的固溶量與兩個環(huán)境參數有關pH值和水中的H2S含量。典型地，人們發(fā)現鋼中氫的固溶量在pH值接近中性的溶液中最低，而在pH值較低和較高的溶液中增加。在較低pH值中的腐蝕原因是因為H2S，反之在高pH值中腐蝕是因為高濃度的二硫化物離子。在高pH值溶液中存在氰化物能夠加劇氫滲透到鋼材中。目前已知氫滲透隨H2S含量（例如H2S在氣相中的分壓，或液相中的H2S含量）的增加而增大。含有

7、50 ppm H2S這樣小濃度的水也發(fā)現足以引起HIC。氫鼓泡是鋼中的一些平坦的、充滿氫的、不連續(xù)的孔洞（如：氣孔、夾雜、分層、硫化物夾雜）。鼓泡經常產生在軋制厚鋼板中，特別是那些由于硫化物夾雜被拉伸后而產生的帶狀微觀結構。由于氫鼓泡而引起的對HIC的敏感性主要與厚鋼板的質量有關，也就是鋼板中夾雜物不連續(xù)的數量、面積、和形狀。對此，鋼中的硫含量是關鍵的材料參數。降低鋼的硫含量可以減輕鋼對氫鼓泡和對HIC的敏感性。加入鈣來控制硫化物形式一般來說是有利的。SOHIC可定義為大量的小的鼓泡由于氫致開裂在局部的高拉應力作用下在鋼板厚度方向上的聯合。SOHIC是HIC的一個特別形式，經常出現在母材的焊縫

8、和熱影響區(qū)附近，因為在壓力作用（來自內部的壓力）和焊后殘余應力的聯合作用下，在此處產生了最大的應力。由于HIC厚鋼板的質量是對SOHIC敏感性的關鍵參數。另外，通過PWHT可以減輕SOHIC的產生和強度，但不能消除它。應力作用的水平也影響著SOHIC的發(fā)生和強度。HIC/SOHIC板材制品中出現得較為突出，但曾經有少數報道在管材中也有類似現象，通常在那些輸送氫的較為苛刻的環(huán)境中?；A數據表H-11中列出的是預測碳鋼設備和管線對HIC/SOHIC敏感性所需的數據。如果無法得知準確的工藝參數，則需請知識淵博的工藝工程師來獲得最佳的估計。如果鋼板中的硫含量不知道，則需請知識淵博的材料工程師來估計鋼的

9、質量。表H-11分析HIC/SOHIC-H2S所需的基礎數據基礎數據說明是否有水存在（是或否）確定設備和管線中是否存在游離水。不僅在工作條件下，還應包括在開工、停工、操作波動等等情況下。水中是否存在H2S確定水相中的H2S含量。如果不能容易地得到分析結果，可以用Petrie&Moore方法（參考資料2）來估算。水的pH值確定水的pH值。如果不能容易地得到分析結果，則由一個經驗豐富的工藝工程師來估計。是否有氰化物存在（是或否）通過樣品和（或）區(qū)域分析確定是否存在氰化物。不僅要考慮正常操作條件，還要考慮開工、停工及波動的情況等。鋼板中的硫含量確定制造設備的剛板的硫含量。這可從設備的MTR文

10、件中得到。如果沒有，可從ASME或ASME的U1鋼材列表中查出。鋼制品的種類（板或管）確定設備管線是板材或是管材。大多數設備均是用鋼板卷制焊接而成的（如A285、A515、A516等等）。但是某些小直徑設備是由管件制造的。大多數的小直徑管是由鋼管和管件制造的（如A105、A234等等），但大多數的大直徑管（大于16 in的管）是由鋼板卷制焊接而成的。是否進行過PWHT（是或否）確定是否設備/管線的所有焊件均進行了焊后熱處理。確定環(huán)境苛刻度如果沒有水存在，則認為設備和管線對SCC/SOHIC沒有敏感性。如果有水存在，則用從表H-12中得出的有關水中的H2S含量和它的pH值的基礎數據再從表H-13

11、中估計環(huán)境苛刻度（潛在的氫溶解量）。*如果有氰化物存在，在pH8.3和H2S濃度大于1000 ppm時SCC的敏感性將增大。確定設備HIC/SOHIC的敏感性對于用鋼板焊接或卷制而成的設備和大直徑管線，用從表H-12中確定的環(huán)境苛刻度和表H-11中列出的關于鋼板中硫化物含量和焊后熱處理的基礎數據，從表H-13中確定HIC/SOHIC的敏感性。小直徑的設備和管線通常被認為HIC/SOHIC敏感性較低，除非在它沒有進行過焊后熱處理并暴露在高苛刻度環(huán)境的情況外。此情況下應認為它具有中等敏感性。圖H-6是確定對HIC/SOHIC敏感性的步驟流程圖。表H-12環(huán)境苛刻程度水的pH值H2S濃度50ppm5

12、0-1000ppm1000-10000ppm10000ppm50ppm5.59.0低低低低低中低中中中高低中中a高a高中中高a高a低低低低低 如果有氰化物存在且當pH值8.3和H2S濃度高于1000ppm時將對SCC的敏感性增加一個等級。表H-13HIC/SOHIC的敏感性環(huán)境劣度高硫鋼aS0.01%低硫鋼bS0.002-0.01%超低硫鋼cS 0.002焊接焊后熱處理焊接焊后熱處理焊接焊后熱處理高中低高高中高中低高中低中低低中低無低低無b典型地包括A70、A201、A212、A285、A515和1990年以前的大多數A516。a典型地包括20世紀80年代的早期添加了鈣的A516（HIC）鋼。

13、C典型地包括20世紀90年代的后期A516（HIC）鋼。圖H-6確定HIC/SOHIC的敏感性11 關于SSCC問題的問答 2001年1月，中國石化科技開發(fā)部邀請英國殼牌石油公司材料專家霍普金申（音譯）在南京就“高S原油加工過程中硫腐蝕及防護選材準則”做了講座。由于國情不同和國外專家有所保留，這篇資料的有些內容不太全面。    注：問-中石化各公司代表提問    答-霍普金申問89：加氫裝置硫化氫腐蝕開裂和氫鼓泡的重點部位？答    在硫化氫和水共存的部位都發(fā)生濕硫化氫應力腐

14、蝕。問90：是否在pH<5時才會發(fā)生硫化氫應力腐蝕？答    不是，在pH的任何范圍內都會發(fā)生應力腐蝕。加氫裂化注胺，pH912仍會發(fā)生硫化氫應力腐蝕，這是H2S和Cl-對奧氏體的破壞，不依賴于pH ，但有時在開裂尖端的pH小于7。問91：談談16Mn鋼的使用。答    用在硫化氫的環(huán)境下，鋼中夾帶S容易導致硫化氫開裂。 分餾塔內1%2%的H2S問題不大，但是分餾爐則不行。問21：壓力容器檢測用熒光粉針對H2S、濕H2S環(huán)境下檢查壓力容器檢查什么內容，周期如何？答  &

15、#160;濕熒光粉，第一次檢查無裂紋可5年每次，如果發(fā)現裂紋，則需要頻繁檢查。問22：在H2S環(huán)境下，用CS材質，H2S濃度一般不超多少？答   小于50ppm，大于則要檢查。問23：低強度合金鋼在H2S環(huán)境下的H2S濃度要求？答   焊后處理得好，可耐濃度高些，主要是檢查焊縫，但在H2S環(huán)境下不得打硬度，不得動焊縫。H2S應力腐蝕有一個臨界溫度，Cr9Mo、Cr5Mo在500600°F以上，CS在500600°F以下。問49：同時存在硫化氫和氯離子，怎么辦？答    硫化氫腐蝕發(fā)生在堿性溶液，氯離子在這樣的環(huán)境中不腐