一 湿硫化氢应力腐蚀的定义及常见的腐蚀形态
满足下列条件即构成湿硫化氢应力腐蚀环境:
a 介质温度不大于60+2P ℃,P为介质表压,单位是MPa
b 硫化氢分压不小于0.35MPa,
c 介质中含水或介质温度低于水的露点温度,
d 介质PH小于9或者有氰化物存在。
对于碳钢,分四种形态:氢脆(HB-hydrogen brittleness)、硫化物应力腐蚀开裂(SSCC-Sulfide stress corrosion cracking)、氢致开裂(HIC-Hydrogen induced cracking)、应力诱导氢致开裂(SOHIC-Stress induced hydrogen induced cracking)。
通常,HIC、SOHIC、HB通常发生液相区,氢通量较大时还会出现均匀腐蚀。SOHIC还受结构应力的影响。SSCC则会发现在液相区、气液混相区。
二 常发生的部位
对于炼油加氢装置,常发生再高低分罐顶部管道、分馏塔顶及后冷管道;脱硫装置再生塔顶及后冷管道。对于煤化工变换装置,常发生在常压煤气化装置的煤气至压缩管道、压缩到变换管道等。
当然,几乎所有化工装置,很多部位的腐蚀往往是各种腐蚀的叠加,我们在进行材料设计时,更需要注意的是区分哪种腐蚀占主导地位。
三 影响因素
3.1 溶液中的PH
溶液呈中性时,均匀腐蚀最弱。呈酸性时均匀腐蚀比呈碱性时高,且都比呈中性时高。且呈碱性时,腐蚀形态会有变化。
3.2 硫化氢浓度
硫化氢浓度越高,氢通量越高,则HIC、SOHIC、HB、SSCC均越强。
3.3 介质温度
温度升高,HIC、SOHIC、HB均增强,但SSCC几乎只发生在65℃以下。
3.4 其它离子
氯离子只加剧均匀腐蚀,氢氰根则会加剧HIC、SOHIC、HB、SSCC。
3.5 管件元件质量
元件表面质量越高,则发生裂纹产生SSCC的可能性越小。
3.6 材料的强度及碳当量
材料的强度和碳当量越高,越容易HIC、SOHIC、SSCC。
3.7 材料的硬度及焊后热处理
若材料硬度不高,且经过焊后热处理,则发生SSCC的概率较低。
四 如何选材
4.1 液相和气液混相
a 硫化氢含量小于50ppm,则碳钢且较小腐蚀裕量。
b 硫化氢含量50ppm-1000ppm,介质PH6.5~7.5,无缝钢管可选一般无缝,焊接钢管可选抗HIC钢,中等腐蚀裕量。若介质PH<6.5或>7.5,所有钢管均应抗HIC,且较大腐蚀裕量。
c 当硫化氢含量大于1000ppm时,所有钢管均应抗HIC,且较大腐蚀裕量,无论其它任何条件。
4.2 气相少量可能含水时
a 若介质伴热,则普通碳钢,低腐蚀裕量。
b 无法避免含液,则应选行SSCC钢,中等腐蚀裕量。
4.3 相同与不同
SSCC和HIC均发生在湿硫化氢应力腐蚀环境,但SSCC与结构应力有关,可发生在液相或者气相含液场合,而HIC主要与氢通量和材料内部宏观缺陷有关。
容易HIC一定容易SSCC,容易SSCC不一定容易HIC。故抗HIC一定抗SSCC,反之则不可。
HB发生在HIC场合,危害程度不及HIC,满足抗HIC一定满足HB,故不单列。
SOHIC只是HIC的一种形式,管道元件很多情况下结构应力都不大,故不单列。
五 还需注意什么
5.1 主材选用抗HIC钢时,管道附件如何选?
a 管件应选用与主材相同或相近。
b 法兰压力等级不低于PN20,且与主材相同或相近。
c DN40阀门宜带短管或法兰连接。阀门阀体材质与主材相同或相近。
d 螺栓螺母应为双头厚螺母(万一泄露,通丝处应力集中可能断裂)。
e PN20及以下为非金属垫片,以避免法兰变形导致的密封失效。以上应为缠绕垫配高强螺栓。
f 管架应采用非焊接型。若采用焊接时,应热处理。
5.2 主材选用抗SSCC钢时,管道附件如何选?
a 管件应选用与主材相同或相近。
b 法兰压力等级不低于PN20,且与主材相同或相近。
c DN40阀门宜带短管或法兰连接。阀门阀体材质与主材相同或相近。
d 螺栓螺母应为双头厚螺母。避免采用全螺纹螺栓(万一泄露,通丝处应力集中可能断裂)
e PN20及以下为非金属垫片,以避免法兰变形导致的密封失效。以上应为缠绕垫配高强螺栓。
f 管架应采用非焊接型。若采用焊接时,管架与管道的焊缝,距管架较近的管道焊缝应热处理。