設(shè)備腐蝕類型[文書特制]

1、 設(shè)備損傷及其防護(hù)一、腐蝕類型對(duì)于加氫裝置而言，工藝復(fù)雜，流程較長(zhǎng)。其顯著特點(diǎn)是臨氫且高溫高壓，系統(tǒng)中還有較高濃度的硫或硫化氫存在。加氫裝置主要存在下列腐蝕類型：（1） 高溫氫腐蝕（2） 氫脆（3） 濕硫化氫腐蝕（4） 高溫硫或硫化氫與氫共存的腐蝕（5） 硫氫化銨的腐蝕（6） 奧氏體不銹鋼連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂（7） 奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離（8） Cr-Mo鋼的回火脆化（9） 氯離子腐蝕（10） 堿脆1 高溫氫腐蝕在高溫高壓條件下氫會(huì)滲透擴(kuò)散到鋼材中，與鋼中不穩(wěn)定碳化物的碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成甲烷,甲烷不能逸出鋼外，而是在晶間空穴和非金屬夾雜物部位聚集，使鋼材鼓泡、裂紋，并引起鋼的強(qiáng)度、延伸性

2、和韌性下降與劣化，還伴有晶間斷裂。一旦發(fā)生破壞，后果嚴(yán)重，這是加氫裝置首先要考慮的問題。反應(yīng)部分包括加熱爐、反應(yīng)器、熱低分、反應(yīng)物流換熱器及管道都有發(fā)生高溫氫腐蝕的可能，必須選用能抵抗相應(yīng)使用條件下高溫氫腐蝕的材料。通常是根據(jù)美國(guó)石油學(xué)會(huì)推薦慣例（API941）“煉油廠和石油化工廠高溫高壓臨氫作業(yè)用鋼”（亦稱納爾遜曲線）來(lái)選擇。且可根據(jù)使用情況與經(jīng)驗(yàn)考慮一定的安全裕量。根據(jù)本裝置工藝過(guò)程的最高氫分壓，其2.25Cr-1Mo鋼的使用極限溫度不應(yīng)超過(guò) 454；1.25Cr-0.5Mo鋼不應(yīng)超過(guò)330。操作中應(yīng)嚴(yán)防異常超溫，另外，使用過(guò)程的維修中，如果有補(bǔ)焊時(shí)，必須進(jìn)行焊后熱處理。2 氫脆氫脆是由氫

3、本身引起的鋼材脆化現(xiàn)象，氫原子滲入鋼材之后，使鋼材中的原子結(jié)合里降低，因而造成鋼材的延伸率、斷面收縮率、沖擊韌性顯著下降。但這種脆性是可逆的，一旦將氫從鋼中脫出，鋼材的力學(xué)性能就能恢復(fù)。低溫氫開裂的敏感和鋼的強(qiáng)度值，氫含量以及容器內(nèi)所處部位的應(yīng)力有關(guān)。決定鋼抗氫脆最重要的因素是鋼的強(qiáng)度值，鋼材開裂敏感性隨著強(qiáng)度的增加而提高。高強(qiáng)度鋼的氫脆開裂可能在大約150以下出現(xiàn)。氫與鋼材直接接觸時(shí)被鋼材吸附，并以原子狀態(tài)向鋼材內(nèi)部擴(kuò)散，溶解在鐵素體中形成固溶體，使鋼材邊脆，塑性減小，這種脆性與氫在鋼中的溶解度成正比。當(dāng)鋼中的氫濃度為6710-6時(shí)，鋼材的延伸率和斷面收縮率只有原來(lái)的20%30%。在高溫高壓

4、條件下操作的反應(yīng)器，氫氣會(huì)直接進(jìn)入鋼中，在典型的操作溫度和氫分壓下，氫在器壁中的濃度范圍為2610-6。在停工時(shí)，如果反應(yīng)器冷卻太快以致于氫氣不及從鋼中擴(kuò)散出來(lái)，在溫度低于150時(shí)延遲氫開裂就可能出現(xiàn)。煉油廠里的加氫裝置，在停工過(guò)程中，加氫反應(yīng)器冷卻到150之前，在低壓下恒溫一段時(shí)間，脫除鋼中的溶解氫，是防止產(chǎn)生氫脆的有效措施，氫滲透到鋼中的方法不同，鋼中的含量也不同，破壞的敏感性也是不同的。在含有硫化氫的水溶液中，已經(jīng)測(cè)得鋼中的氫濃度達(dá)到1010-6以上，因而氫脆開裂敏感性更大。由這種腐蝕充氫機(jī)理引起的氫脆通常叫做硫化物開裂。硫化物開裂與氫開裂的不同僅在于氫進(jìn)入鋼中的量和機(jī)理，而這種類型的開

5、裂的基本原因都是氫脆。3 濕硫化氫腐蝕當(dāng)化工容器接角的介質(zhì)同時(shí)符合下列條件時(shí)，即為濕H2S應(yīng)力腐蝕環(huán)境：（1）溫度小于等于（60+2P）（P為壓力）；（2）H2S分壓大于等于0.00035MPa，即相當(dāng)于常溫在水中的H2S溶解度大于等于1010-6；（3）介質(zhì)中含有液相水或在水的露點(diǎn)溫度以下；（4）PH9或有氰化物存在。濕硫化氫腐蝕機(jī)理及形式:（1）對(duì)于碳鋼，主要腐蝕形式為腐蝕減薄、點(diǎn)蝕、坑蝕；（2）對(duì)于部分碳鋼（含碳量高、沸騰鋼、鋼內(nèi)雜質(zhì)含量高等）、低合金鋼、不銹鋼主要腐蝕形式為腐蝕開裂。開裂形式有4種：氫鼓泡（HB）；氫致開裂（HIC）；硫化物應(yīng)力腐蝕開裂（SSCC）；應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂（S

6、OHIC）。氫鼓泡（HB）：硫化氫腐蝕過(guò)程中析出的氫原子向鋼中滲透，在鋼中某些關(guān)鍵部位（非金屬夾雜物處、冶金不連續(xù)處、分層處）形成氫分子并富集。隨著氫分子數(shù)量的增加，其形成的壓力不斷升高，以致引起介面開裂，形成鼓泡。氫鼓泡常發(fā)生于鋼中夾雜物及冶金不連續(xù)處，其分布平行于鋼板表面。氫鼓泡發(fā)生不需要外加應(yīng)力（載荷應(yīng)力、殘余應(yīng)力），故從概念講不屬于應(yīng)力腐蝕破壞范疇。氫致開裂（HIC）：在鋼的內(nèi)部發(fā)生氫鼓泡區(qū)域，當(dāng)氫的壓力繼續(xù)增高時(shí)，小的鼓泡裂紋趨向于相互連接，形成有階梯特征的氫致開裂。氫致開裂發(fā)生不需要外加應(yīng)力（載荷應(yīng)力、殘余應(yīng)力），故從概念講不屬于應(yīng)力腐蝕破壞范疇。硫化物應(yīng)力腐蝕開裂（SSCC）：硫

7、化氫在液相水中，由于電化學(xué)的作用，在陰極反應(yīng)時(shí)生成氫原子滲透到鋼的內(nèi)部，溶解于晶格中，導(dǎo)致脆性增加（氫原子滲透到鋼的內(nèi)部晶格，在親和力的作用下生成氫分子，鋼材晶格發(fā)生變形，材料韌性下降，脆性增加），在外加拉應(yīng)力或殘余應(yīng)力的作用下形成開裂。應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂（SOHIC）：應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂是在應(yīng)力引導(dǎo)下，使在夾雜物與缺陷處因氫聚集而形成的成排小裂紋沿著垂直于應(yīng)力的方向發(fā)展，即向壓力容器與管道壁厚方向發(fā)展。在濕硫化氫環(huán)境中使用的設(shè)備、管線、管件等應(yīng)選用鎮(zhèn)靜鋼，并盡可能減少P、S等夾雜物的含量。要降低設(shè)備和構(gòu)件的高應(yīng)力集中區(qū)，加工后必須施行消除應(yīng)力的熱處理，保證焊縫及其附近的硬度在允許值以下。當(dāng)選用碳

8、鋼或碳錳鋼做殼體材料時(shí)：應(yīng)限制焊縫硬度不大于HB200；避免焊縫合金偏高；對(duì)過(guò)程設(shè)備進(jìn)行焊后熱處理；對(duì)板厚超過(guò)200時(shí)進(jìn)行100%超聲波檢查；對(duì)焊縫進(jìn)行100%射線探傷檢查。4 高溫硫或硫化氫與氫共存的腐蝕 高溫H2S/H2腐蝕是一種均勻腐蝕，主要發(fā)生在反應(yīng)系統(tǒng)高溫部分。溫度在200以上，氫滲入至金屬表面FeS保護(hù)膜，而使其失去保護(hù)作用，F(xiàn)eS反復(fù)的剝離和生成。處理含硫的原料油時(shí)，對(duì)于在240425高溫部位的設(shè)備與管道會(huì)出現(xiàn)高溫硫的均勻腐蝕。腐蝕的實(shí)質(zhì)是有機(jī)硫化物轉(zhuǎn)化為硫化氫和元素硫，它們與鋼材中的鐵素體反應(yīng)生成硫化鐵。硫及硫化氫腐蝕反應(yīng)需在一定的溫度下進(jìn)行，一般在240以上就有腐蝕發(fā)生，表現(xiàn)

9、形式為腐蝕減薄為主。鋼材鉻含量越高，耐蝕性能越強(qiáng)。Cr含量大于5的合金鋼具有較好的耐高溫硫腐蝕性能。一般選用Cr5Mo、Cr9Mo、Cr13、18-8等材料，12CrMo、15CrMo、1.25Cr-0.5Mo、2.25Cr-1Mo是常用的耐熱臨氫用鋼，不宜用在以高溫硫腐蝕為主的場(chǎng)合。硫化氫在350400時(shí)還可分解為硫和氫,而生成的活性硫的腐蝕比硫化氫更強(qiáng)烈。所以對(duì)于含硫化氫物流在240以上高溫場(chǎng)合或在300以上操作條件下有較高硫含量的油品加工時(shí)，一般選擇鎳鉻較高（鉻18%鎳10%）的鋼材解決抗腐蝕問題。對(duì)于硫化氫與氫共存的條件下，它對(duì)鋼材的腐蝕比硫化氫單獨(dú)存在時(shí)更為嚴(yán)重，因氫在腐蝕過(guò)程中象是

10、起著催化劑的作用，加速腐蝕的進(jìn)程。此場(chǎng)合可按柯柏（COUPER）曲線（即鋼在硫化氫十氫氣條件下的等腐蝕曲線）來(lái)估算腐蝕率后再確定所選材料。5 硫氫化銨腐蝕硫氫化銨是加氫處理時(shí)生成的氨和H2S發(fā)生反應(yīng)的產(chǎn)物。當(dāng)反應(yīng)物流冷卻下來(lái)時(shí)，NH3和H2S化合生成固體的NH4HS鹽會(huì)沉積在高壓空冷器管子及其下游管道中，胺結(jié)晶往往導(dǎo)致管子的快速腐蝕。由于NH4CL在加氫裝置高壓空冷器中的結(jié)晶溫度約為2010，而NH4HS在加氫裝置高壓空冷器中的結(jié)晶溫度約為121。由于NH4CL和NH4HS均易溶于水，因此增加注水量能有效地抑制NH4CL和NH4HS結(jié)垢。如果注水不夠，在低溫條件下形成的NH4CL和NH4HS堆

11、積在空冷出口管束和管板上，NH4CL和NH4HS結(jié)垢物會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕、垢下腐蝕和穿孔。NH4HS腐蝕的程度和KP系數(shù)有較大的關(guān)系。KP系數(shù)是進(jìn)入空冷器物流中NH3的摩爾百分?jǐn)?shù)與H2S的摩爾百分?jǐn)?shù)的乘積，即KP =NH3H2S。由于高壓空冷的腐蝕是一個(gè)很復(fù)雜的現(xiàn)象，影響因素很多，非一個(gè)參數(shù)就能規(guī)定它的腐蝕行為。對(duì)于本裝置中所用的碳鋼高壓空冷器，控制好以下幾點(diǎn)對(duì)保證安全使用是有好處的。（1）Kp系數(shù)必須小于0.5； （2）空冷管束中流體的流速控制在4.66m/s之間,在上下游管道中為9m/s。（3）應(yīng)盡量減少物流中氫化物和氨的含量。另外,從冷低壓分離器水相中的NH4HS濃度也可以作為一個(gè)很粗略的

12、估算管子腐蝕程度的指標(biāo)，一般NH4HS濃度大約在2wt時(shí)，腐蝕就可能發(fā)生，濃度越高腐蝕加劇，但也有濃度達(dá)5wt時(shí)仍無(wú)腐蝕的例子，所以只能以此作為一個(gè)指南優(yōu)化注水量。6 奧氏體不銹鋼連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂不銹鋼或高合金材料制造的設(shè)備表面在操作運(yùn)行中與環(huán)境中的硫化氫和活性硫發(fā)生反應(yīng)生成FeS。當(dāng)設(shè)備停車或檢修時(shí)，系統(tǒng)中的溫度降低，外界大氣就會(huì)進(jìn)入，設(shè)備表面與大氣中的氧和水分充分接觸，發(fā)生反應(yīng)生成連多硫酸。不銹鋼和高合金材料中，特別是經(jīng)過(guò)焊接或者370815區(qū)域附近過(guò)的材料中最易發(fā)生。當(dāng)空氣、水、硫化鐵銹都存在時(shí),就會(huì)有連多硫酸生成。它與拉應(yīng)力共同作用下可能會(huì)使奧氏體不銹鋼產(chǎn)生脆性開裂,即使在室溫條件

13、下,裂紋也會(huì)很快產(chǎn)生。盡管采用了抗腐蝕性能較強(qiáng)的穩(wěn)定型不銹鋼,要避免將奧氏體不銹鋼設(shè)備打開暴露在空氣或濕氣中時(shí)引起應(yīng)力腐蝕開裂,仍要十分小心。保護(hù)這種鋼的最好辦法是使它保持干燥,不和空氣接觸。或者采用加熱的方法以防止?jié)駳饽Y(jié)。如做不到這點(diǎn),它就會(huì)與空氣和濕氣接觸。此時(shí)可采取這樣的方法,即當(dāng)奧氏體不銹鋼與空氣、濕氣接觸以前,用堿液進(jìn)行中和,檢修期間不打開的奧氏體不銹鋼設(shè)備應(yīng)密封在氮?dú)猸h(huán)境中。由于在每一檢修周期所進(jìn)行的維修工作重點(diǎn)各不相同。因此,各檢修周期對(duì)奧氏體不銹鋼所采取的保護(hù)方法都要記錄下來(lái),這些方法應(yīng)由維修、工藝和設(shè)備的有關(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人進(jìn)行審查和批準(zhǔn)。以下是設(shè)備與管道在維修工作中應(yīng)遵循的一般

14、的規(guī)定：對(duì)內(nèi)壁有奧氏體不銹鋼堆焊層的反應(yīng)器、換熱器及連接的不銹鋼管道因清掃和檢查打開前,應(yīng)全部用1.52.5%的堿液進(jìn)行洗滌。當(dāng)設(shè)備暴露在空氣中時(shí),殘留的堿液應(yīng)允許保留在設(shè)備上。當(dāng)使用超聲波對(duì)奧氏體不銹鋼管道、容器、加熱爐管等進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，除非在檢查前進(jìn)行了中和洗滌，否則不得使用水來(lái)取代石油或潤(rùn)滑油脂作為耦合劑。為了避免奧氏體不銹鋼在高溫有堿存在的環(huán)境下產(chǎn)生“堿脆”腐蝕，對(duì)于進(jìn)行中和清洗后的管道和設(shè)備，在重新投用前應(yīng)使用含氯離子很低的脫鹽水清洗掉金屬表面上殘留的堿液。7 奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離對(duì)于有奧氏體不銹鋼堆焊層的設(shè)備，在高溫高壓氫氣介質(zhì)中操作時(shí)，氫會(huì)侵入容器壁中，而當(dāng)設(shè)備從正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀

15、態(tài)停工時(shí)，由于氫在母材與奧氏體不銹鋼堆焊層中的溶解度和擴(kuò)散速度不同，將在過(guò)渡層上吸藏大量的氫，且因二者的線膨脹差別大形成很大殘余應(yīng)力而使母材與堆焊層產(chǎn)生剝離現(xiàn)象口此損傷與氫分壓、溫度、停工時(shí)的冷卻速度、反復(fù)停工的頻率等操作條件與工況都有關(guān)系。為防止或緩和這種剝離裂紋的發(fā)生或擴(kuò)展，在設(shè)備使用過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，盡量避免非計(jì)劃緊急停車，以及在正常停工時(shí)要設(shè)定使氧氣盡可能從器壁中釋放出去的停工條件，以減少殘余氫量。另外，在定期檢修中，采用超聲技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)以判斷是否有剝離發(fā)生或擴(kuò)展也是很必要的。8 Cr-Mo 鋼的回火脆化Cr-Mo鋼長(zhǎng)期在325575 的溫度范圍內(nèi)使用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)韌性降低的現(xiàn)象

16、，這一規(guī)律稱為回火脆化。為了防止由于Cr-Mo鋼回火脆化引起2.25Cr-1Mo、1.25Cr-0.5Mo鋼制設(shè)備的脆裂,在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)反應(yīng)部分的2.25Cr-1Mo、1.25Cr-0.5Mo鋼制設(shè)備，在脆化溫度范圍（一般為325575 ）內(nèi)工作的，在裝置第一次投入生產(chǎn)后的重新開停工，不得在低溫下，就對(duì)設(shè)備加滿壓。應(yīng)該保證當(dāng)溫度低于93時(shí)，對(duì)2.25Cr-1Mo、1.25Cr-0.5Mo鋼制設(shè)備的加壓應(yīng)限制到所加壓力產(chǎn)生的應(yīng)力不超過(guò)鋼材屈服極限的20%。一般來(lái)說(shuō)，高壓加氫裝置在開停工過(guò)程中，高壓系統(tǒng)壓力在6.27MPa以上時(shí),溫度必須維持在93以上；或者說(shuō)從6.27MPa開始升壓前，溫度先必須

17、升高至93以上。另外當(dāng)裝置緊急泄壓時(shí)，其壓力緊急泄放至6.27MPa以前，溫度勿使其突降到93以下。只有這樣才不會(huì)使設(shè)備材質(zhì)發(fā)生回火脆化性破壞。而且在開停工時(shí)也應(yīng)避免由于升降溫過(guò)快而造成過(guò)大的熱應(yīng)力。一般當(dāng)設(shè)備壁溫小于150時(shí)，升降溫速度不宜超過(guò)25/小時(shí)。工業(yè)實(shí)踐證明，當(dāng)容器溫度低于其鋼材的某一規(guī)定溫度最低溫度時(shí)，若操作壓力低于其設(shè)計(jì)其壓力的1/4，就可有效防止這類事故的發(fā)生?；鼗鸫嗷瘯r(shí)由于鋼材中夾雜物與合金元素在晶界析出引起的。鋼材中磷盒錫的影響很大。當(dāng)錳和硅在鋼中同時(shí)存在時(shí)，情況變得更為嚴(yán)重。9 氯離子腐蝕不銹鋼用作海水、工業(yè)水等的熱交換器的鋼管，或用作其它配管、塔、容器等時(shí)，常由于環(huán)境

18、中含有微量的Cl-離子，因離子濃縮而發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。對(duì)于氯化物應(yīng)力腐蝕開裂的解釋也有多種說(shuō)法：（1） 吸附理論：在承受應(yīng)力的情況下，氯離子吸附在裂紋尖端，造成原子M-MO之間的結(jié)合力下降和破壞。這一過(guò)程的不斷進(jìn)行，造成了SCC的擴(kuò)展。（2） 電化學(xué)理論：應(yīng)力腐蝕開裂是一種因金屬表面陽(yáng)極區(qū)溶解而產(chǎn)生的現(xiàn)象。而應(yīng)力有加速陽(yáng)極溶解的作用。（3） 膜破壞理論：金屬受到拉伸應(yīng)力作用時(shí)，因位錯(cuò)移動(dòng)而生成滑移臺(tái)階，進(jìn)而使鈍化膜破壞，露出新鮮表面，新鮮表面的活性溶解，導(dǎo)致SCC不斷發(fā)展。（4） 腐蝕產(chǎn)物楔入理論：許多人認(rèn)為，在不銹鋼裂紋內(nèi)產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物的楔入作用造成裂紋的擴(kuò)展。（5） 氫脆理論：在裂紋尖端有

19、與陽(yáng)極反應(yīng)相應(yīng)的陰極反應(yīng)發(fā)生。所生成的氫或加工氫進(jìn)入鋼中引起氫致開裂。10 堿脆 金屬在持久拉應(yīng)力（包括外加載荷、熱應(yīng)力及冷加工、熱加工或焊接后的殘余應(yīng)力等）和特定的腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用下出現(xiàn)脆性開裂，特點(diǎn)是出現(xiàn)腐蝕裂縫甚至斷裂，裂縫的起源點(diǎn)往往是在點(diǎn)腐蝕小孔或服侍小坑的底部；裂縫擴(kuò)展有沿晶間、穿晶粒和混合型三種，主裂縫通常垂直于應(yīng)力方向，多半有分枝；裂縫端部尖銳，裂縫內(nèi)壁及金屬外表面的腐蝕程度通常很輕微，裂縫端部的擴(kuò)張速度很快，端口具有脆性斷裂的特征。含氯離子介質(zhì)中使用的奧氏體不銹鋼換熱器容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂如常頂奧氏體不銹鋼空冷管束斷裂，塔底襯里破裂等：鍋爐的堿脆，或稱苛性脆化；汽輪機(jī)葉輪的飛裂；在潮濕的含硫化氫氣氛中的某些鋼材開裂，硫化物應(yīng)力開裂。易于產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂的環(huán)境：高溫堿液（NaOH、Ca（OH）2、LiOH）、氯化物水溶液、海水，海洋大氣、連多硫酸、高溫高壓含氧高純水、水蒸氣（260）、濃縮鍋爐水、260H2SO4、濕潤(rùn)空氣（濕度90）、NaCl+H2O、熱NaCl、濕的氯化鎂絕緣物、H2S水溶液。二、 設(shè)備維護(hù)及保養(yǎng)（1） 執(zhí)行機(jī)泵設(shè)備定期切換（點(diǎn)動(dòng)）和定時(shí)盤車，使備用設(shè)備處于良好的備用狀態(tài)。（2） 搞好設(shè)備潤(rùn)滑，