石油化工金屬培訓(xùn)課件(ppt 79頁).ppt

1、石油化工金屬材料、典型腐蝕 與防護(hù) 嚴(yán)永德 2009.10,各位同行 大家好！ 作為設(shè)備專業(yè)的管理人員，今天從以下幾方面給大家介紹一下設(shè)備的基本情況。 第一部分設(shè)備常用金屬材料的基本性能； 第二部分 部分石油化工裝置的材料介紹。 第三部分 典型事故 （其中部分內(nèi)容可能穿插在前面講） 石油化工生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)條件是多樣化的，它的操作溫度在-196 1100之間變化；操作壓力從真空到280.0MPa乃至更高的范圍內(nèi)變化，操作介質(zhì)更是多種多樣，主要介質(zhì)包括了劇毒、可燃介質(zhì)，蒸汽和其它無危險(xiǎn)性介質(zhì)，因此對(duì)材料的要求也是多方面的。由于設(shè)備廣泛采用的材料為金屬材料，因此這里所指的材料一般為金屬材料。在這里并

2、不打算對(duì)金屬材料的組分、結(jié)構(gòu)、性能等開展論述，而是結(jié)合使用條件去如何正確選用材料。 實(shí)際上，工程上選用材料，并不是完全按材料的理想狀態(tài)使用的，它要綜合考慮材料對(duì)操作條件的適應(yīng)性能、加工性能、經(jīng)濟(jì)性能和實(shí)際可得到的貨源以及材料的大眾化、系列化等因素來確定,在開始講以前請(qǐng)大家看看能不能回答一下提問： 公司生產(chǎn)系統(tǒng)中壓力最大的地方在哪里？ 公司生產(chǎn)系統(tǒng)中溫度最高的地方在哪里？ 公司生產(chǎn)系統(tǒng)中溫度最低的地方在哪里？ 公司生產(chǎn)系統(tǒng)中能量最大的地方在哪里？ 公司生產(chǎn)系統(tǒng)中最危險(xiǎn)的地方在哪里？ 公司生產(chǎn)系統(tǒng)中最毒的地方在哪里？ 公司設(shè)備系統(tǒng)中用材最好的設(shè)備在哪里？ 單臺(tái)設(shè)備最貴的設(shè)備？（鍋爐、裂解爐除外，他

3、們屬系統(tǒng)設(shè)備,腐蝕是安全的大敵 國際統(tǒng)計(jì)：由于腐蝕原因的損失其總數(shù)占各國GDP的15%，這其中大約有25%是可以通過有效的防腐措施來加以解決的； 1999年由柯偉、曹楚南等四位院士牽頭搞的“中國工業(yè)與自然環(huán)境腐蝕問題調(diào)查與對(duì)策”項(xiàng)目實(shí)施歷時(shí)3年于2001年完成了石油開采、煉制、電力、化工、汽車等20個(gè)行業(yè)的腐蝕調(diào)查顯示，我國的年腐蝕損失在5000億元以上； 石油化工行業(yè)的腐蝕損失占總產(chǎn)值的6%左右，高于其他行業(yè)的1倍； 一旦發(fā)生事故往往造成人員傷亡，停工停產(chǎn)和環(huán)境污染,石化設(shè)備的失效率統(tǒng)計(jì)有一定的規(guī)律性,我們面臨的形勢(shì)： 原料越來越差； 裝置先天不足設(shè)備不斷老化，設(shè)防能力差； 缺乏有效的管理與

4、技術(shù)支撐； 設(shè)備管理人員忙忙碌碌卻無法預(yù)知事故何時(shí)來臨； 期望 從設(shè)計(jì)與建造開始，向業(yè)主提供一個(gè)有安全壽命、資料齊全裝置； 有完善與科學(xué)的管理制度與信息暢通的技術(shù)支撐； 采用先進(jìn)的檢測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)，預(yù)知設(shè)備的失效狀況； 設(shè)備管理人員輕松、快樂工作,第一部分 設(shè)備材料選用 第一節(jié) 設(shè)備常用金屬材料的基本性能 一材料的機(jī)械性能 二材料的耐蝕性能 三性能的穩(wěn)定性 四材料的工藝性能 五組織、成分與制造缺陷 六材料的經(jīng)濟(jì)性和獲得性 第二部分部分石油化工裝置的材料介紹 一.乙烯裂解裝置設(shè)備材料選用 二. 精對(duì)苯二甲酸（PTA）裝置材料的選用 三. 聚丙烯聚乙烯裝置的材料選用 第三部分 石油化工典型事故,

5、第一部分 設(shè)備材料選用 關(guān)于金屬材料選用原則通常按以下幾方面考慮:材料的機(jī)械性能，材料的耐蝕性能，性能的穩(wěn)定性，材料的工藝性能，組織、成分與制造缺陷，材料的經(jīng)濟(jì)性。 第一節(jié) 設(shè)備常用金屬材料的基本性能 要做到正確選用材料，必須對(duì)材料的基本性能有所了解，它是考慮問題的出發(fā)點(diǎn)。一般金屬材料的基本性能表現(xiàn)在以下六個(gè)方面。 一、材料的機(jī)械性能 材料的機(jī)械性能是指在外力的作用下，材料抵抗破裂和過度變形的能力。它包括材料的機(jī)械強(qiáng)度、彈性強(qiáng)度及硬度等。機(jī)械強(qiáng)度是決定材料許用應(yīng)力數(shù)值的依據(jù)，設(shè)計(jì)中常用的是拉伸、壓縮與彎曲的強(qiáng)度極限b。和屈服極限s，高溫時(shí)還要考慮蠕變極限n和持久極限了D。材料的高溫蠕變是指這樣

6、一種現(xiàn)象：在外力和高溫的作用下，雖然材料的應(yīng)力不再增加，變形卻隨著時(shí)間的增長而繼續(xù)進(jìn)行，且出現(xiàn)不可恢復(fù)的塑性變形,一規(guī)情況下，各種金屬材料在其工作溫度超過其熔化溫度的（0.250.35）倍時(shí)，就應(yīng)考慮蠕變的發(fā)生。對(duì)碳素鋼來說，考慮蠕變的發(fā)生的起始溫度一般為 400，對(duì)鉻鉬合金鋼，一般則為 450。 彈性強(qiáng)度是穩(wěn)定性計(jì)算或動(dòng)載荷工況下設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是低溫或超低溫條件下使用性考核的一個(gè)重要指標(biāo)。它包括的參數(shù)有彈性模量E、延伸率1；斷面收縮率、沖擊韌性k及斷裂韌度等。 硬度是說明材料耐磨性及切削加工的參數(shù)，也是反應(yīng)材料熱處理狀態(tài)的一個(gè)參數(shù)。 不同的材料，其b、s、n、D、E、1、k是不相同的；同

7、一種材料，不同的加工過程（如鍛造和鑄造）、不同的熱處理狀態(tài)（反映出來的金相組織不同）、和不同的制造質(zhì)量（如制造缺陷的多與少，大與?。┑?，它的機(jī)械性能也不同。 一般情況下，設(shè)備的設(shè)計(jì)希望材料的強(qiáng)度極限越高越好。但強(qiáng)度越高，材料的塑性和韌性就會(huì)下降，在超低溫工況，或者有應(yīng)力腐蝕環(huán)境存在時(shí)，則希望材料的塑性和韌性越高越好,大部分煉油和石化工藝管道和壓力容器都是根據(jù)國家鋼制壓力容器和美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)ASMEB31.3規(guī)范設(shè)計(jì)制造的，這些標(biāo)準(zhǔn)只包括認(rèn)證的材料，為許用應(yīng)力確定了基本原則，并規(guī)定了許用應(yīng)力的范圍。因此，一種材料的機(jī)械性能通常是材料工程師在選材過程中首先要用到的準(zhǔn)則。這對(duì)于在蠕變溫度下應(yīng)用尤

8、其重要，因?yàn)樵诖藯l件下，使用溫度的很小差異會(huì)對(duì)材料的承載能力產(chǎn)生很大影響。用在蠕變溫度以下，按照國標(biāo)或美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)ASME標(biāo)準(zhǔn)，拉伸強(qiáng)度是選擇碳鋼和合金鋼的依據(jù)。一些其他的標(biāo)準(zhǔn)取決于屈服強(qiáng)度。但是，在蠕變范圍內(nèi)，極限蠕變率（如：1%/10萬小時(shí)）或斷裂應(yīng)力壽命（如：10萬小時(shí)）通常是基本的準(zhǔn)則。對(duì)于在頻繁的溫度周期變化應(yīng)用中，耐熱疲勞性是選材要考慮的一項(xiàng)重要機(jī)械性能。該性能隨著成分的變化而改變，但是也受零件的厚度和幾何形狀的影響。例如，乙烯裂解爐中180U型彎頭。 二、材料的耐蝕性能 這一性能的重要性僅次于機(jī)械性能。如果沒有足夠的耐蝕性（或腐蝕余量），將達(dá)不到所期望的設(shè)計(jì)壽命的下限。在煉

9、油和石化工業(yè)中，石油化工裝置壽命一般定為10年或更長一些,腐蝕性能與機(jī)械性能不同，目前尚無控制腐蝕性能的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于某些應(yīng)用美國石油協(xié)會(huì)（API）、美國腐蝕工程師國際協(xié)會(huì)（NACE）等已經(jīng)公布了一些建議采用的方法。選擇基本材料所依據(jù)的數(shù)據(jù)可以從一些文獻(xiàn)資料和廠家出版物中查到。從關(guān)于空氣和低硫廢氣的高溫腐蝕和關(guān)于其他普通煉油和石化環(huán)境的文獻(xiàn)中可查到非?？煽康臄?shù)據(jù)。但是，工藝條件或操作溫度的很小變化都會(huì)使腐蝕率有很大不同。因此，選擇材料最可靠的依據(jù)是類似設(shè)備和環(huán)境的工作經(jīng)驗(yàn)或根據(jù)半工業(yè)試驗(yàn)裝置測(cè)定出的結(jié)果。石油化工生產(chǎn)過程中的物料大多數(shù)是對(duì)金屬材料有腐蝕的介質(zhì)，因此材料對(duì)介質(zhì)的抗腐蝕性就成了選擇材料

10、的重要依據(jù)。例如，材料的選擇應(yīng)避免應(yīng)力腐蝕的發(fā)生，因?yàn)樗鼤?huì)帶來設(shè)備在短時(shí)間內(nèi)因腐蝕造成的壁厚急劇減薄而失效等等。這些方面的內(nèi)容將在下面詳細(xì)介紹。 三、性能的穩(wěn)定性 造成在高溫下材料的使用性能下降的原因多種多樣。性能下降所產(chǎn)生的后果要看工藝過程和材料的預(yù)期效果。例如：金屬間相的產(chǎn)生,1.相 在鐵素體不銹鋼中，這種只是由鐵和鉻構(gòu)成。在奧氏體不銹鋼中，除鐵和鉻外，還有鎳、錳、硅、鈮等。當(dāng)處于593927溫度范圍時(shí)，鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼中的鐵素體或亞穩(wěn)定奧氏體形成相。這樣會(huì)造成120150溫度以下時(shí)材料延展性和韌性降低，但是在形成相的溫度范圍內(nèi)對(duì)性能幾乎沒有影響，除非材料已經(jīng)投入使用并帶有顯著的

11、殘余冷變形。在這種情況下，蠕變強(qiáng)度會(huì)受到有害影響。否則，只要部件在高溫下連續(xù)工作，就不會(huì)產(chǎn)生什么影響。但是，當(dāng)條件轉(zhuǎn)至低溫范圍時(shí)，必須防止沖擊或突然施加的高應(yīng)力。在維修過程中，若部件受到?jīng)_擊或施加了應(yīng)力則可能出現(xiàn)裂紋。如果一個(gè)部件處于臨界溫度范圍，隨后還要承受劇烈的周期性變化或沖擊載荷，這時(shí)應(yīng)使用一種不受影響或較穩(wěn)定的材料。 2.敏化作用 使奧氏體不銹鋼在高溫條件下性能下降的另一個(gè)原因是敏化作用，這是由于碳化鉻優(yōu)先在晶界處析出而引起的。緊挨著的貧鉻區(qū)在某些含腐蝕性水溶液的作用下被快速腐蝕。在制造過程中的焊接、熱處理溫度不當(dāng)或處于480815溫度下工作都會(huì)產(chǎn)生敏化作用。敏化作用對(duì)機(jī)械性能影響很小

12、，或基本上沒有影響，但是在侵蝕性含水環(huán)境中，如：連多硫酸會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的晶間腐蝕。這種硫化鐵腐蝕產(chǎn)物與空氣和水分結(jié)合在一起生成酸，從而導(dǎo)致晶間腐蝕和裂紋,為了盡量減少在制造過程中產(chǎn)生敏化作用，可以添加穩(wěn)定化元素，最常用的是Ti(321型)和Nb（347型）。如果操作工況較低（低強(qiáng)度），可以使用含碳量小于0.03%的低碳鋼（304L、316L）。為了減少經(jīng)?；蜻B續(xù)處于敏化溫度范圍所產(chǎn)生的影響，建議對(duì)347類鋼種在870900溫度下進(jìn)行4小時(shí)的穩(wěn)定化處理。這種處理對(duì)321鋼種不會(huì)有滿意的效果。就穩(wěn)定性而言，使用低碳鋼種是比較好的。但他們的強(qiáng)度較低有礙于選擇。 四、材料的工藝性能 金屬材料能夠適應(yīng)加工工

13、藝要求的能力是決定能否進(jìn)行加工和如何加工的重要因素。有許多機(jī)械性能和耐蝕性都十分好的材料很少被選用，其原因是他們不能被加工制作.如，滲鋁材料是一種抗硫腐蝕良好又比較廉價(jià)的材料，但因其焊接問題尚未解決好，使用范圍便受到限制等等。 工藝性能大致分為焊接性能、切削加工性能、鍛軋性能和鑄造性能。鍛（軋）材料的可加工性好于鑄造材料，其原因是由于鑄造材料允許含有較高的碳、硅、鎢、鉬等元素，添加這些元素可以提高機(jī)械性能、耐蝕性或同時(shí)提高這兩種性能。但是這些元素也會(huì)對(duì)加工性能產(chǎn)生不良影響，而且即使能進(jìn)行維修也是很困難的，尤其是焊接。對(duì)于設(shè)備材料的工藝性能尤其以焊接性能和切削性能最為重要。因此，在設(shè)備的選材過程

14、中，特別是特殊管件的選材要充分考慮所選材料的工藝性能,五組織、成分與制造缺陷 材料的金相組織、化學(xué)成份及制造缺陷對(duì)其機(jī)械性能，耐腐蝕性能、熱處理等均產(chǎn)生一定的影響。晶粒細(xì)小，組織均勻的金屬材料具備有一個(gè)良好的綜合機(jī)械性能，因此，對(duì)于重要的設(shè)備，或者使用在比較苛刻的條件下，對(duì)材料的晶粒度和微觀結(jié)構(gòu)要提出要求。不同的金相組織其機(jī)械性能特點(diǎn)也不同，如珠光體組織是一個(gè)具有良好綜合機(jī)械性能的組織。馬氏體組織則具有強(qiáng)度高，塑性、韌性差的特點(diǎn)。單一的奧氏體組織因?yàn)榻M織間不存在電位差而具有良好的抗電化學(xué)腐蝕性能。材料的化學(xué)成分不同，反應(yīng)出來的機(jī)械性能、耐腐蝕性能和熱處理差別很大。因?yàn)椴牧现械牟煌仄鸬淖饔檬?/p>

15、不同的，尤其是對(duì)同一材料牌號(hào)，其雜質(zhì)元素（S和P）的含量多少及存在形態(tài)不同會(huì)嚴(yán)重影響到材料的使用性能。實(shí)際設(shè)計(jì)中，對(duì)較苛刻的使用條件，對(duì)其S、P的含量提出特別要求。并對(duì)其存在形態(tài)和微觀尺寸以非金屬夾雜物的限定提出要求。材料的制造缺陷如鍛造過程中出現(xiàn)裂紋、斑點(diǎn)等，鑄造過程中出現(xiàn)的氣孔，夾渣、裂紋等都嚴(yán)重影響著材料的使用可靠性，因此各制造規(guī)范中都提出了具體的限制要求，并通過無損檢查（RT-射線探傷、UT-超聲波探傷、PT-液體滲試驗(yàn)、MT-磁粉檢驗(yàn)等）等檢查對(duì)這些缺陷的存在與否和缺陷的尺寸、缺陷的多少進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)定,六材料的經(jīng)濟(jì)性與獲得性 1 經(jīng)濟(jì)性，是選材必須考慮的重要因素。但是重要的準(zhǔn)則不是材

16、料的初始成本，而是壽命周期成本或成本效益。一般情況下，選用那些使用壽命長的材料，成本效益要好得多，特別是對(duì)于那些很難維修的區(qū)域或一旦被損壞會(huì)造成裝置停車的部件。在這些情況下，與選用成本較低但效能較差的材料造成的生產(chǎn)損失相比，材料的初始成本就不那么重要了。所選用材料應(yīng)盡量減少品種和規(guī)格，以便采購、生產(chǎn)、安裝和備件的管理。 2 獲得性，材料工程師和采購人員對(duì)希望獲得生產(chǎn)廠家少或產(chǎn)量有限的材料時(shí)常常遭到失敗。當(dāng)需更換一個(gè)部件或修補(bǔ)一個(gè)損壞的部件所需的材料用量很少時(shí)，這種情況尤為突出。所以在最初選擇材料前，應(yīng)考慮到今后維修或更換所用的材料能否找到。如果有找不到的可能，就應(yīng)考慮幾種代用材料，以方便裝置的

17、維修。 第二節(jié) 石油化工主產(chǎn)過程中常見的腐蝕環(huán)境 前面己提到，石油化工生產(chǎn)過程中的介質(zhì)大多是對(duì)金屬材料有腐蝕的介質(zhì)，或者說，在石油化工生產(chǎn)中，金屬腐蝕發(fā)生在各個(gè)部位和每個(gè)過程，它的危害性也是十分嚴(yán)重的。首先，腐蝕會(huì)造成重大的直接或間接損失,例如，金屬材料的應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞，往往會(huì)造成災(zāi)難性重大事故，不但給生產(chǎn)者帶來重大的經(jīng)濟(jì)損失，而且危及人身安全；其次金屬腐蝕會(huì)帶來大量的金屬消耗，浪費(fèi)了大量的資源。據(jù)統(tǒng)計(jì)每年因腐蝕要損耗掉1020的金屬；第三，因腐蝕而造成的生產(chǎn)設(shè)備和設(shè)備的跑冒滴漏，會(huì)影響生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)周期和設(shè)備壽命，增加了生產(chǎn)成本，同時(shí)還會(huì)因有毒物質(zhì)的泄漏而污染環(huán)境，危害人類健康。 一、常

18、見的腐蝕類型及其定義 1按腐蝕發(fā)生的機(jī)理來分，可分為化學(xué)腐蝕，電化學(xué)腐蝕和物理腐蝕三大類。 （l）化學(xué)腐蝕 化學(xué)腐蝕是指金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起的破壞。其特點(diǎn)是金屬表面的原子與非電解質(zhì)中的氧化劑直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)，形成腐蝕產(chǎn)物，而沒有電流產(chǎn)生。 金屬在高溫氣體中的硫腐蝕，以及金屬的高溫氧化均屬于化學(xué)腐蝕。 （2）電化學(xué)腐蝕 電化學(xué)腐蝕是指金屬表面與離子導(dǎo)電的介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而引起的破壞。其特點(diǎn)是：它至少包含一個(gè)陽極反應(yīng)，一個(gè)陰極反應(yīng)。腐蝕反應(yīng)過程中電子通過金屬從陽極區(qū)流向陰極區(qū)，其結(jié)果必然伴隨著電流的產(chǎn)生,電化學(xué)腐蝕是最普遍、最常見的腐蝕。例如金屬在大氣、海水、土壤和各種

19、電解質(zhì)溶液中的腐蝕都屬此類。一般情況下，應(yīng)力腐蝕，疲勞腐蝕、磨損腐蝕、生物腐蝕等都是電化學(xué)腐蝕并伴隨著其它條件而共同產(chǎn)生的。 （3）物理腐蝕 它是指金屬由于單純的物理溶解而引起的破壞。這種腐蝕在工程中并不多見。但最近在我們的裂解爐爐管上就發(fā)生了這種腐蝕。 2按腐蝕形態(tài)（特征）分類，可分為均勻腐蝕、局部腐蝕（縫隙腐蝕、晶間腐蝕）和應(yīng)力腐蝕三大類。 （l）均勻腐蝕 它的特點(diǎn)是腐蝕均勻地發(fā)生在整個(gè)金屬表面。大多數(shù)的化學(xué)腐蝕均屬于這種類型。均勻腐蝕是危險(xiǎn)性最小的一種腐蝕，工程中往往是給出足夠的腐蝕余量就能保證材料的機(jī)械強(qiáng)度和使用壽命。 均勻腐蝕常用單位時(shí)間內(nèi)腐蝕介質(zhì)對(duì)金屬材料的腐蝕深度或金屬構(gòu)件的壁厚

20、減薄量（稱之為腐蝕速率）來評(píng)定。SH 3059標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：腐蝕速率不超過0.05mm年的材料為充分耐腐蝕材料：腐蝕速率為0.050.1 mm年的材料為耐腐蝕材料；腐蝕速率為0.10.5mm年的材料為尚耐腐蝕材料；年腐蝕速率超過0.5mm年的材料為不耐腐蝕材料,2）局部腐蝕 局部腐蝕又叫非均勻腐蝕，它的特點(diǎn)是腐蝕發(fā)生在金屬材料的一些特定區(qū)域。局部腐蝕雖不象均勻腐蝕那樣造成大量的金屬損失，但其危害性遠(yuǎn)比均勻腐蝕大。因?yàn)榫鶆蚋g容易發(fā)覺，容易設(shè)防，而局部腐蝕則難以預(yù)測(cè)和預(yù)防，往往在沒有先兆的情況下，使金屬構(gòu)件突然發(fā)生破壞，從而造成重大事故。選材時(shí)則是力求避免局部腐蝕的發(fā)生。根據(jù)腐蝕發(fā)生的條件和形態(tài)不

21、同，局部腐蝕又可分為以下幾種： 1) 電偶腐蝕 當(dāng)兩種電極電位不同的金屬或合金相接觸并處于電解質(zhì)溶液環(huán)境中，電位較負(fù)的金屬其腐蝕會(huì)加速，而電位較正的金屬腐蝕反而減慢，這種腐蝕稱之為電偶腐蝕。如碳鋼與不銹鋼接觸并處于電解質(zhì)環(huán)境中，碳鋼將被加速腐蝕，而不銹鋼則被保護(hù)。工程上，應(yīng)盡可能避兔具有不同電位的金屬在腐蝕環(huán)境中接觸。 2) 點(diǎn)蝕 對(duì)于表面有鈍化膜或保護(hù)膜的金屬，當(dāng)其鈍化膜表面存在機(jī)械裂縫、擦傷夾雜物等缺陷造成膜的厚薄不均勻時(shí)，甚至露出基體金屬時(shí)，便形成活化一鈍化腐蝕電池，從而產(chǎn)生局部腐蝕，這個(gè)腐蝕一般縱向發(fā)展，形成蝕抗或蝕孔。這類金屬有鋁及鋁合金、不銹鋼、耐熱鋼、鈦合金等。這種腐蝕環(huán)境多為含

22、有氯離子或氯化物的介質(zhì),點(diǎn)蝕的破壞性和隱蔽性較大，它往往又是晶間腐蝕、剝蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞等發(fā)生的誘因。工程上防止點(diǎn)蝕發(fā)生的措施是：選擇對(duì)點(diǎn)蝕不敏感的材料，控制介質(zhì)中的氯離子的含量。 3) 縫隙腐蝕 金屬表面由于存在異物或由于結(jié)構(gòu)上的原因而產(chǎn)生的縫隙（一般在0.0250.1mm），其內(nèi)存在的腐蝕介質(zhì)因遷移困難所引起的縫隙內(nèi)的金屬的腐蝕稱為縫隙腐蝕?？p隙腐蝕的發(fā)生很普遍，但應(yīng)力求避免它成為其它腐蝕如點(diǎn)蝕的銹因。工程上對(duì)于可能產(chǎn)生危害大的縫隙腐蝕的介質(zhì)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)避免有縫隙存在。 4) 晶間腐蝕 晶間腐蝕是一種微電池作用而引起的局部破壞，是金屬材料在特定的腐介質(zhì)中沿著材料的晶界產(chǎn)生的腐蝕。

23、它的特點(diǎn)是在表面還看不出破壞時(shí)，晶粒之間已喪失了結(jié)合力。它是一種危害性很大的局部腐蝕。晶間腐蝕的發(fā)生有兩個(gè)條件，其一是晶界物質(zhì)的物理化學(xué)狀態(tài)與晶粒本身不同，其二是有特定的腐蝕環(huán)境存在。工程上防止晶間腐蝕（對(duì)奧氏體不銹鋼而言）發(fā)生的措施主要有三個(gè)：其一是降低不銹鋼中的含碳量，使之小于奧氏體室溫溶解度（0.020.03）以下。其二是進(jìn)行固溶化熱處理。其三是采用含穩(wěn)定化元素（主要是鈦和鈮）的奧氏體不銹鋼,3）應(yīng)力作用下的腐蝕 應(yīng)力作用下的腐蝕也象局部腐蝕那樣，在沒有發(fā)生預(yù)兆的情況下，突然導(dǎo)致金屬構(gòu)件的破壞，因此它也是一種危害性大的腐蝕。與局部腐蝕所不同的是它通常是在應(yīng)力和腐蝕共同作用下產(chǎn)生的。在實(shí)際

24、工程應(yīng)用中，金屬構(gòu)件通常都是在受力狀態(tài)下工作的。因此，它也是一種普遍存在的腐蝕類型。根據(jù)腐蝕發(fā)生的條件和形態(tài)不同，它又可分為以下幾種類型： 1) 應(yīng)力腐蝕 它指的是金屬構(gòu)件在拉伸應(yīng)力和腐蝕環(huán)境共同作用下引起的破壞。應(yīng)力腐蝕斷裂的產(chǎn)生應(yīng)具備三個(gè)條件，其一要有特定的腐蝕環(huán)境（包括腐蝕介質(zhì)的成分、濃度、雜質(zhì)和溫度等）；其二是要有足夠大的拉伸應(yīng)力（超過某一極限值）；其三是金屬材料具有特定的合金成分和組織（包括晶粒大小、晶粒取向、形態(tài)、相結(jié)構(gòu)、各類缺陷等）。 工程上防止應(yīng)力腐蝕開裂的措施有以下幾方面：其一是降低應(yīng)力水平，避免或減少局部應(yīng)力集中，消除加工殘余應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力。其二是控制敏感環(huán)境，例如加入

25、緩蝕劑，升高介質(zhì)的 PH值，采用電化學(xué)保護(hù)等措施。其三是正確選用材質(zhì)，力求避免易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的材料-環(huán)境組合。 2) 氫損傷 由于氫的存在或與氫發(fā)生反應(yīng)而引起的金屬構(gòu)件的破壞稱為金屬的氫損傷,根據(jù)氫引起的金屬破壞的條件、機(jī)理和形態(tài)不同，氫損傷可以分為氫脆、氫鼓泡、表面脫碳和氫腐蝕（內(nèi)部脫碳）四大類。 氫脆指無論以什么方式進(jìn)入鋼內(nèi)的氫，都將引起鋼材脆化，即延伸率、斷面收縮率顯著下降，高強(qiáng)度鋼尤其嚴(yán)重。若將鋼材中的氫釋放出來，則鋼的機(jī)械性能仍可恢復(fù)。氫脆是可逆的。 氫鼓泡主要發(fā)生在濕的硫化氫介質(zhì)中，當(dāng)氫原子向鋼中滲透擴(kuò)散時(shí)，遇到鋼材中的裂縫、分層、空隙、夾雜等缺陷，就聚集起來結(jié)合成氫分子造成體

26、積膨脹，在鋼材內(nèi)部產(chǎn)生極大壓力。如果這些缺陷在鋼材表面附近，則形成鼓泡。 表面脫碳指的是鋼中的滲碳體在高溫下與氫氣作用生成甲烷，其反應(yīng)結(jié)果導(dǎo)致表面層的滲碳體減少，而碳便從鄰近的尚未反應(yīng)的金屬層逐漸擴(kuò)散到這一反應(yīng)區(qū)，于是有一定厚度的金屬層因缺碳而變?yōu)殍F素體。脫碳的結(jié)果造成鋼的表面強(qiáng)度和疲勞極限的降低。 氫腐蝕指鋼受到高溫高壓氫作用后，其機(jī)械性能變差，強(qiáng)度、韌性明顯下降，并且是不可逆的，這種現(xiàn)象叫氫腐蝕。 3) 腐蝕疲勞 在石油化工生產(chǎn)過程中的存在也很普遍，有交變應(yīng)力和環(huán)境共同存在的場合就有腐蝕疲勞,它是應(yīng)力腐蝕的一種特殊情況，因此它的危害并不亞于應(yīng)力腐蝕開裂。工程上防止腐蝕疲勞的措施一般有兩個(gè)，

27、其一是對(duì)金屬構(gòu)件采用陰極保護(hù)法或者在介質(zhì)中添加緩蝕劑，以消除或緩和腐蝕環(huán)境。其二是降低金屬構(gòu)件的應(yīng)力水平或峰值應(yīng)力。 4) 磨損腐蝕 由于腐蝕性流體和金屬表面間相對(duì)運(yùn)動(dòng)而引起金屬的加速破壞，稱為磨損腐蝕。它常發(fā)生在流體處于運(yùn)動(dòng)的設(shè)備中，如工藝設(shè)備（特別是彎頭處），離心機(jī)葉輪，換熱器管、蒸汽設(shè)備等。磨損腐蝕根據(jù)其磨損的方式不同又可分為湍流腐蝕、空泡腐蝕和微振腐蝕等幾種型式。工程上防止磨損腐蝕發(fā)生的措施有：選用耐腐蝕性好的材料；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取措施，如設(shè)備中磨蝕部位比較嚴(yán)重的彎頭處加保護(hù)板；對(duì)空泡腐蝕來說，采用光浩度較高的加工表面，以減少甚至避免形成氣泡的核點(diǎn)。換熱器德磨損案例：2#煉油E6101就

28、發(fā)生過。 二、常見的幾種腐蝕介質(zhì) 石油化生產(chǎn)過程中存在的腐蝕介質(zhì)種類很多，但最常見也是最主要的腐蝕介質(zhì)可以歸納為以下幾大類。 l、氯化物 介質(zhì)中氯化物分為兩種，一種為無機(jī)氯化物，另一種為有機(jī)氯化物。前者一般由原油中帶來，后者則是生產(chǎn)過程的產(chǎn)物，即在生產(chǎn)過程中混進(jìn)來的,氯化物對(duì)碳素鋼的腐蝕基本為均勻腐蝕并伴隨著氫脆的發(fā)生。對(duì)不銹鋼的腐蝕為點(diǎn)蝕，從一些試驗(yàn)資料上看，常用不銹鋼抗氯化物的點(diǎn)蝕能力由低到高的順序是： 304304L1Cr13316316L321347。 工程上防止氯化物腐蝕的措施主要從以下幾個(gè)方面考慮： (1) 加強(qiáng)原油的脫鹽工藝，使得原油中的NaCl、MgCl2、CaCl2盡可能在原

29、油蒸餾前大部分被脫去。 (2) 對(duì)重點(diǎn)部位（如塔頂冷凝系統(tǒng)）注氨、注堿、注水、注緩蝕劑。其中注氨、注堿的目的是中和HCl，注水的目的是稀釋HCI，當(dāng)Cl離子的濃度降到100PPm以下時(shí)，腐蝕就會(huì)變得緩和。一般工程要求其Cl離子濃度應(yīng)控制在50PPm及以下。 (3) 選擇適應(yīng)的材料，如采用碳鋼不銹鋼復(fù)合鋼板。 2硫化物的腐蝕 (1) 原油中或多或少的含有一定量的硫化合物。通常將總硫含量低于0.1的原油叫做超低硫原油，總硫含量在0.10.5的原油叫做低硫原油，總硫含量大于0.5的原油叫高硫原油。硫化物根據(jù)對(duì)金屬的作用，可分為活性硫化物和非活性硫化物兩類。所謂活性硫化物，就是它們能與金屬直接發(fā)生反應(yīng)

30、，如通常原油中含有的硫化氫、硫和硫醇等。非活性硫化物則是不能直接同金屬反應(yīng)的，如硫醚、多硫醚、噻吩、二硫化物等,原油中的總含硫量與腐蝕性能之間并無精確關(guān)系，主要與參加腐蝕反應(yīng)的有效硫化物含量如硫化氫、單質(zhì)硫、硫醇等活性硫及易分解為硫化氫的硫化物含量有關(guān)。硫化物含量越高則對(duì)金屬腐蝕越強(qiáng)。 (2) 硫化物對(duì)鋼材的腐蝕與溫度有關(guān)。 1）t120硫化物未分解，在無水情況下，對(duì)鋼材無腐蝕；但當(dāng)含水時(shí)，則形成煉廠各裝置中輕油部位的各種H2S-H2O型腐蝕，成為難以控制的腐蝕部位。 2）120t240，原油中活性硫化物未分解故對(duì)鋼材無腐蝕。 3）240t340，硫化物開始分解，生成硫化氫對(duì)鋼材腐蝕開始，并隨

31、著溫度升高腐蝕加重。 4）340t400，H2S開始分解為H2和S，此時(shí)對(duì)鋼材的腐蝕反應(yīng)式為： H2+S Fe+S FeS R-S-H(硫醇)+Fe FeS+不飽和烴 所生成的FeS膜具有防止進(jìn)一步腐蝕的作用，但有酸存在時(shí)（如鹽酸HCL或環(huán)烷酸），酸和FeS反應(yīng)破壞了保護(hù)膜，使腐蝕進(jìn)一步發(fā)生，強(qiáng)化了硫化物的腐蝕。 5）420t430，高溫硫?qū)︿摬母g最快,6）t480，硫化物近于完全分解，腐蝕率下降。 7）t500，不是硫化物腐蝕范圍，此時(shí)為高溫氧化腐蝕。 a. 在硫腐蝕嚴(yán)重部位多從材料上解決，可選用0Cr13、1Cr5Mo或1Cr9Mo 鋼。對(duì)加工含硫原油的常壓塔底線、減壓塔底線都選用了1C

32、r5Mo材料；我們的2#常減壓塔火災(zāi)事故原煉化部的設(shè)備管理人員應(yīng)該記憶猶新。 b. 在氣液相變部位和液相部位腐蝕嚴(yán)重，氣相部位較輕； c. 流速增加、腐蝕增加； d. 高溫下在合金鋼和碳鋼焊接處，焊縫腐蝕嚴(yán)重。 (2) 硫化氫腐蝕 1）H2SH2O 鋼在H2S水溶液中，不只是由于陽極反應(yīng)生成FeS而引起一般腐蝕，而且陰極反應(yīng)生成的氫還能向鋼中滲透并擴(kuò)散，而引起鋼的氫鼓泡（HB）、氫誘發(fā)裂紋（HIC）、應(yīng)力導(dǎo)向氫誘發(fā)裂紋（SOHIC）及硫化物應(yīng)力開裂（SSC）。 a. 一般腐蝕 硫化氫對(duì)鋼的腐蝕，一般說來，溫度增高則腐蝕增加。在80時(shí)腐蝕率最高,b. 氫鼓泡（HB） 陰極反應(yīng)生成的氫原子聚集在鋼

33、的表面上，由于HS- 的作用加速了氫向鋼中的滲透。當(dāng)氫原子深入鋼材內(nèi)部缺陷處聚集，結(jié)合成氫分子，體積膨脹約20倍。由于體積膨脹，導(dǎo)致這些部位氫氣壓力逐漸升高。如果這些缺陷正好在鋼材表面之下，缺陷內(nèi)的高壓氫氣可將外層金屬鼓起，成泡狀的為氫鼓泡。泡內(nèi)的壓力足以使金屬表面發(fā)生破裂的為鼓泡開裂。氫鼓泡的產(chǎn)生不需外加壓力。典型案例：芳烴反應(yīng)器試塊的氫鼓泡 c. 氫誘發(fā)裂紋（HIC） 如果鋼材缺陷位于鋼材內(nèi)部很深處，當(dāng)鋼材內(nèi)部發(fā)生氫聚集區(qū)域，氫壓力提高后，會(huì)引起金屬內(nèi)部分層或裂紋。鋼中MnS夾雜的帶狀分布增加氫誘發(fā)裂紋的敏感性。氫誘發(fā)裂紋的產(chǎn)生也不需外加壓力。 d. 應(yīng)力導(dǎo)向氫誘發(fā)裂紋（SOHIC） 應(yīng)力

34、導(dǎo)向氫誘發(fā)裂紋是在應(yīng)力引導(dǎo)下，使在夾雜物與缺陷處因氫聚集而形成得成排的小裂紋沿著垂直于應(yīng)力的方向發(fā)展。即向鋼材的壁厚方向發(fā)展。應(yīng)力導(dǎo)向氫誘發(fā)裂紋常發(fā)生在焊接接頭的熱影響區(qū)及高應(yīng)力集中區(qū)。 e. 硫化物應(yīng)力開裂（SSC） 硫化物產(chǎn)生的氫原子滲透到鋼材的內(nèi)部，溶解于晶格中導(dǎo)致脆性。在外拉應(yīng)力或殘余應(yīng)力作用下形成開裂。硫化物應(yīng)力開裂通常發(fā)生在焊縫余熱影響區(qū)的高硬度區(qū),2) 腐蝕影響因素： a. 材料因素 a) Mn 類非金屬夾雜物，鋼中 MnS夾雜物是引起H2S-H2O腐蝕的主要因素。由于 MnS 為粘性的化合物，在鋼材壓制過程中呈條狀?yuàn)A雜。條狀MnS的尖端即為滲入鋼中的氫所聚集之處，而成為鼓泡、裂

35、紋及 開裂的起點(diǎn)，條狀 MnS夾雜多，產(chǎn)生應(yīng)力開裂的機(jī)會(huì)就多。 b) 鋼的化學(xué)成分 對(duì)鋼材抗硫化物應(yīng)力開裂有影響的元素份有益元素和有害元素。 有益元素：Cr、Mo、V、Ti、Al、B。有害元素：Ni、Mn、P、S。 c) 金相組織，金相組織比化學(xué)成分對(duì)抗硫化物應(yīng)力開裂的影響更大。在低溫轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的網(wǎng)狀未回火馬氏體及貝茵體等組織容易引起氫誘發(fā)裂紋。其裂紋敏感性大。細(xì)的珠光體，均勻索氏體組織有良好的抗硫化物應(yīng)力開裂的性能。碳鋼及低合金鋼抗裂性能與金相組織關(guān)系如下表,從晶粒大小看，細(xì)小晶粒組織抗硫性能好，粗大晶粒則抗硫性能差。強(qiáng)度和硬度 鋼材的抗拉強(qiáng)度和屈服極限越高（延伸率和收縮率越低），則產(chǎn)生硫化

36、物應(yīng)力開裂的可能性越大。硬度是導(dǎo)致硫化物應(yīng)力開裂的重要因素。在某一給定的條件下，當(dāng)硬度低于某個(gè)數(shù)值時(shí)可減少或不發(fā)生開裂。多數(shù)情況，開裂焊縫處的宏觀硬度是在布氏硬度HB235262范圍內(nèi)和硬度更高。少數(shù)情況（包括特別苛刻的腐蝕環(huán)境）的開裂焊縫宏觀硬度低到布氏硬度HB200。這些焊縫為高錳（超過1.6%）、高硅含量，且未經(jīng)焊后熱處理。為防止碳鋼焊縫產(chǎn)生裂紋，其硬度應(yīng)控制在HB200。 b. 環(huán)境因素 a) 硫化氫濃度 對(duì)于同一硬度的鋼材，硫化氫濃度越高，則越容易產(chǎn)生硫化物應(yīng)力開裂。 b) PH值 通常PH值為4.2腐蝕最嚴(yán)重。PH值56時(shí)不易破裂。當(dāng)PH值 7時(shí)可完全不發(fā)生破裂。但含有氰化物時(shí)，當(dāng)

37、PH值7時(shí)也發(fā)生硫化物應(yīng)力開裂。典型案例：化工部丙烯腈裝置的開裂 c) 水分+H2S和鋼反應(yīng)產(chǎn)生硫化物應(yīng)力開裂，必須要有水分存在。完全干燥的H2S不會(huì)使鋼產(chǎn)生裂紋。 3) 防護(hù)措施,a. 改進(jìn)材料性能 a) 降低鋼材的含硫量，當(dāng)鋼材的含硫量為0.0050.006%，可 耐硫化物的應(yīng)力開裂。 b) 鋼中增加Ca，Ce(鈰)元素，使鋼中MnS夾雜物由條狀變?yōu)榍?狀，以防止裂紋產(chǎn)生。 c) 增加0.20.3%銅，可減少氫向鋼中的擴(kuò)散量。 b. 焊后熱處理 并控制焊縫硬度，API RP942 “控制碳鋼煉油設(shè)備 焊縫硬度防止硫化物應(yīng)力開裂”中認(rèn)為：在設(shè)備制造過程中，防 止操作中硫化物應(yīng)力開裂的最現(xiàn)實(shí)和

38、最經(jīng)濟(jì)的三個(gè)方法如下： a) 仔細(xì)控制焊縫化學(xué)成分避免合金成分超高（錳最大含量1.6%， 硅最大含量1%； b) 保持焊縫硬度在合格范圍(HB200)； c) 進(jìn)行焊后熱處理，消除殘余應(yīng)力。 在多年的生產(chǎn)實(shí)踐中，因低溫H2S腐蝕而發(fā)生的事故時(shí)有報(bào)導(dǎo)，因此工程上給予了嚴(yán)格的材料使用條件，以防止H2S應(yīng)力腐蝕導(dǎo)致的事故。這些條件歸納起來有三項(xiàng)：其一是在選材上要求鋼材的屈服極限不大于490MPa，同時(shí)必須是鎮(zhèn)靜鋼。不得選用含鎳量大于1.0的低合金鋼,其二是加強(qiáng)對(duì)原材料及焊縫的無損檢測(cè)，嚴(yán)格控制焊接缺限和制造缺陷的存在。其三是進(jìn)行焊后消除應(yīng)力熱處理，并控制其焊縫硬度不大于HB200。 (3) 高溫H2

39、-H2S腐蝕 存在于加氫精制及加氫裂化裝置高溫（300420）的反應(yīng)器、加熱爐管及工藝管線。腐蝕形態(tài)為H2S對(duì)鋼的化學(xué)腐蝕。在富氫的環(huán)境中90%98%的有機(jī)硫?qū)⑥D(zhuǎn)化為硫化氫。在氫的促進(jìn)下可使H2S加速對(duì)鋼材的腐蝕。各種鋼材的H2+H2S的腐蝕率可按庫柏-高曼（Couper-Gtorman）曲線選取。這類腐蝕受溫度的影響比較大，在260時(shí)無腐蝕，在260340時(shí)，腐蝕開始產(chǎn)生，并隨溫度升高而腐蝕加劇。在340400時(shí)，H2S開始分解生成氫（ H2）和單質(zhì)硫（S），因此呈高溫硫腐蝕。在 426 480時(shí)，高溫硫?qū)饘俨牧系母g最快。高溫硫腐蝕多為均勻腐蝕，但在易受沖刷部位呈不均勻腐蝕，甚至局部穿孔

40、，工程上一般選用耐蝕材料，如適當(dāng)選用合金鋼以代替碳素鋼。對(duì)操作溫度等于或高于250，介質(zhì)為H2S/ H2的材料選用，應(yīng)根據(jù)高溫 H2S/ H2對(duì)各鋼種的腐蝕率（Couper曲線）選取。 (4) 根據(jù)煉油裝置中高溫硫和環(huán)烷酸的腐蝕情況較多，SH3059 通則增加了高溫硫和環(huán)烷酸腐蝕用材料。高溫硫腐蝕部位為焦化裝置、常減壓裝置、催化裂化裝置的加熱爐、分餾塔底部及相應(yīng)的管線、換熱器等設(shè)備。高溫硫的腐蝕防護(hù)措施主要是選擇耐蝕材料，如Cr5Mo、Cr9Mo爐管、304不銹鋼等,原油中的酸性物質(zhì)主要是環(huán)烷酸。環(huán)烷酸對(duì)金屬腐蝕受溫度的影響比較大，該反應(yīng)受溫度的影響比較大，在220以下時(shí)，環(huán)烷酸對(duì)金屬?zèng)]有腐蝕

41、；但在高溫，可引起劇烈腐蝕。環(huán)烷酸腐蝕開始于220，以后隨溫度升高而腐蝕加劇，在270280時(shí)達(dá)到最大腐蝕；以后隨著溫度升高而減弱。但在350400腐蝕又急劇增加；當(dāng)溫度超過400時(shí)就沒有腐蝕了，因?yàn)榇藭r(shí)原油中的環(huán)烷酸已基本氣化完畢。一般以原油中的酸值來判斷環(huán)烷酸的含量。環(huán)烷酸的腐蝕與其含量有關(guān)，含量越大，腐蝕越嚴(yán)重。原油酸值小于0.5mgKOHg（原油）時(shí)，不產(chǎn)生腐蝕或腐蝕輕微。另一因素是流速，當(dāng)溫度在270280、350400，酸值在0.4mgKOHg以上時(shí)，環(huán)烷酸的腐蝕與流速有關(guān)。流速越高，則環(huán)烷酸腐蝕越嚴(yán)重。環(huán)烷酸腐蝕部位以減壓爐出口轉(zhuǎn)油線、減壓塔進(jìn)料段以下部位為重，常壓爐出口轉(zhuǎn)油線及

42、常壓塔進(jìn)料段次之。遭受環(huán)烷酸腐蝕的鋼材表面光滑無垢，位于介質(zhì)流速低的部位的腐蝕僅留下尖銳的孔洞，高流速部位的腐蝕則出現(xiàn)帶有銳邊的坑蝕或蝕槽。高溫環(huán)烷酸腐蝕發(fā)生于液相，如氣相中無凝液產(chǎn)生、無霧沫夾帶、氣相腐蝕較小。但在氣液混相，亦即氣相、液相交變部位、有流速?zèng)_刷區(qū)及產(chǎn)生渦流區(qū)則腐蝕加劇。環(huán)烷酸的防護(hù)措施主要是選用耐蝕材料，而碳鋼、Cr5Mo及0Cr13不耐環(huán)烷酸高溫腐蝕。此種腐蝕部位需選用316L鋼，且Mo含量大于2.3%。在無沖刷的情況下，可選用固熔化處理的304鋼材,5) 對(duì)于在濕H2S應(yīng)力腐蝕環(huán)境中防止碳鋼和低合金鋼設(shè)備發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂的問題，國內(nèi)目前尚未制定標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范。對(duì)材料和制造工藝的

43、要求主要依據(jù)控制碳鋼煉油設(shè)備焊縫硬度防止環(huán)境破裂API942及油田設(shè)備用抗硫化物應(yīng)力開裂金屬材料要求NACE (National Association of Corrosion engineers) MR0175(Sulfide Stress Cracking Resistant Metallic Materials for Oilfield Equipment)油田設(shè)備抗硫化應(yīng)力斷裂的金屬材料的規(guī)定而提出的。鋼的硬度越高，越易發(fā)生應(yīng)力腐蝕，NACE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，含硫用鋼的硬度HRC22，焊縫處硬度為HB200，這是因?yàn)楹缚p硬度的分布比母材復(fù)雜，所以對(duì)焊縫硬度的規(guī)定比母材嚴(yán)。焊縫部位常發(fā)生破裂，

44、一方面是由于焊接殘余應(yīng)力的作用，另一方面是由于焊縫金屬、溶合線及熱影響區(qū)出現(xiàn)淬硬組織的結(jié)果，為防止破裂，焊后進(jìn)行有效的熱處理十分必要。詳細(xì)解釋及應(yīng)用見NACE MR0175標(biāo)準(zhǔn)，另外，也可見中石化標(biāo)準(zhǔn)加工高硫原油重點(diǎn)裝置主要設(shè)備設(shè)計(jì)選材導(dǎo)則中的材料選用。當(dāng)設(shè)備中介質(zhì)含H2S且符合下列條件之一時(shí)，則為濕H2S應(yīng)力腐蝕環(huán)境（此條件摘自化工部標(biāo)準(zhǔn)）： 案例：3#常減壓裝置施工時(shí)許多焊縫硬度大于100HB，實(shí)際違規(guī) 1) H2S分壓大于或等于345Pa； 2) 介質(zhì)中含有液相水或操作溫度處于露點(diǎn)之下； 3) 介質(zhì)PH6，但當(dāng)介質(zhì)中含有氰化物時(shí)PH可大于7,3、氫損傷 前面己經(jīng)提到，氫損傷可分為四種主要

45、型式，即氫脆、鼓泡、表面脫碳和氫腐蝕（也叫內(nèi)部脫碳）前兩者多發(fā)生在低溫條件下，后兩種多發(fā)生在較高溫度條件下。 在石油加工過程中，氫是普遍存在的一種腐蝕介質(zhì)，這不僅僅在于有許多氫處理生產(chǎn)裝置，而石油產(chǎn)品本身就是碳?xì)浠衔?，在加工過程中，由于它的分解和聚合，都將釋放和吸收氫。腐蝕形態(tài)為表面脫碳及內(nèi)部脫碳（氫腐蝕）。這些腐蝕發(fā)生在碳鋼、C-0.5Mo鋼及鉻鉬鋼中。美國石油協(xié)會(huì)API RP941，自1940年以來收集了大量腐蝕事例給出了高溫高壓臨氫作業(yè)的安全極限。見SH 3059。 API RP941的1997年版本，報(bào)道了低于圖中安全操作曲線的多例事故。其中包括27例0.5Mo鋼的高溫氫腐蝕事故（管

46、線泄漏、鼓泡、焊縫晶間開裂及脫碳等）；3例1.25Cr-0.5Mo鋼管線的表面脫碳、鼓泡及晶間開裂；1例2.25Cr-1Mo鋼管線三通處焊縫泄漏。下面介紹一下腐蝕反應(yīng)及材料選擇： (1) 腐蝕反應(yīng) 1) 表面脫碳 鋼種的碳在高溫下遷移到表面，并在表面形成碳的氣體化物。形成的氣體化合物為甲烷，或在含氧環(huán)境中形成CO2。蒸汽加速這種反應(yīng)。由于碳化物不斷的析出溶解碳，因而鋼出現(xiàn)貧碳,表面脫碳通常影響鋼的強(qiáng)度和硬度，使其略有減少，而使鋼的延性增加。此類表面脫碳不產(chǎn)生裂紋，它和鋼材暴露在空氣、氧或二氧化碳種的脫碳相似。 2) 內(nèi)部脫碳（氫腐蝕）高溫高壓氫擴(kuò)散進(jìn)入鋼中并和不穩(wěn)定的碳化物反應(yīng)生成甲烷氣體，因

47、而引起鋼的內(nèi)部脫碳。所生成的甲烷不能自鋼中逸出，聚集與晶界或夾雜處，導(dǎo)致產(chǎn)生高應(yīng)力，最終形成裂紋，進(jìn)而使鋼材開裂或金屬鼓泡。鋼遭受氫腐蝕產(chǎn)生裂紋，最初是微觀的。但是在腐蝕的深化階段，大量微裂紋使鋼材的抗拉強(qiáng)度、硬度和延性等產(chǎn)生本質(zhì)的破壞。當(dāng)鋼中含有偏析雜質(zhì)、條形雜質(zhì)或分層時(shí)，甲烷在這些部位聚集可導(dǎo)致嚴(yán)重的鼓泡。高溫高壓氫對(duì)鋼造成損傷以前，在一段時(shí)間內(nèi)，用普通的工業(yè)試驗(yàn)方法不能檢查出機(jī)械性能的明顯下降。此短時(shí)間為孕育期。孕育期之后，鋼材產(chǎn)生裂紋并造成機(jī)械性能下降。孕育期隨鋼的類型及暴露條件的苛刻情況而變。 （2）影響腐蝕因素 1) 鋼中合金元素 隨著碳含量的增加，氫腐蝕一般變得顯著。碳鋼在氫氣及

48、加熱時(shí)，鋼的含碳量越高，出現(xiàn)脫碳的深度越大。含碳量越高的鋼隨著氫氣壓力的增加，抗拉強(qiáng)度下降的比例也越大。鋼中添加鉻、鉬、鎢、釩、鈦及鈮等穩(wěn)定碳化物，能增加抗內(nèi)部脫碳的能力。在氫分壓6.9MPa以下，溫度低于538情況下，鉬的抗氫腐蝕能力為鉻的4倍，鉬的抗氫腐蝕能力相當(dāng)于V，Ti或含量為0.1%以下鈮的抗氫腐蝕能力,硅、鎳及銅不增加抗氫腐蝕能力。磷和硫降低抗氫腐蝕能力。奧氏體不銹鋼由于含鉻量的作用，甚至在溫度高于538時(shí)，仍能防止脫碳。 2）熱處理 臨氫作業(yè)的鉻鉬鋼的焊后熱處理能改進(jìn)其高溫抗氫腐蝕能力。焊后熱處理能穩(wěn)定碳化物而減少能與氫化合的碳的數(shù)量，故可以改進(jìn)抗氫性能。臨氫蠕變?cè)囼?yàn)表明提高焊后

49、熱處理溫度，能對(duì)2.25Cr-1Mo鋼的高溫抗氫腐蝕性起到有益的作用。試驗(yàn)中2.25Cr-1Mo 鋼經(jīng)16h的691焊后熱處理，比此鋼在63024h焊后熱處理有更好的抗氫腐蝕性能。高的焊后熱處理溫度和較長的處理時(shí)間均對(duì)抗氫腐蝕有利。同樣1Cr-0.5Mo和1.25Cr-0.5Mo鋼。提高最低焊后熱處理溫度，由ASME VIII篇要求的593提高到677均可改進(jìn)抗氫腐蝕性能。但此時(shí)應(yīng)注意平衡提高焊后熱處理溫度和其它因素的利弊，如對(duì)鋼材強(qiáng)度及缺口韌性的影響。 3）材料選擇 可按SH3059曲線選擇材料等級(jí)，但曲線僅說明材料抗高溫氫腐蝕的性能，并沒有考慮其他高溫影響因素，如：1）系統(tǒng)中其他腐蝕性介質(zhì)

50、，如H2S。2）蠕變、回火脆性及其它高溫?fù)p傷機(jī)理。3）可能疊加的影響，如高溫氫腐蝕和蠕變之間的影響。 圖中各數(shù)據(jù)點(diǎn)繪制的安全溫度是在操作條件的+-10范圍內(nèi)波動(dòng)。因?yàn)楦綀D是基于大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)繪制的，故在選擇材料時(shí)應(yīng)在相關(guān)曲線下增加安全系數(shù)。溫度可取設(shè)計(jì)溫度加2040，選擇的氫分壓取設(shè)計(jì)壓力加0.35MPa,4. 其它腐蝕介質(zhì) 上述的四大類腐蝕介質(zhì)構(gòu)成了石油加工過程中的大部分腐蝕環(huán)境，但在生產(chǎn)過程中，有時(shí)還會(huì)遇到其它類型的腐蝕介質(zhì)，也應(yīng)給予考慮和重視。 （1）氮化物 石油中所含的氮化合物主要是吡啶、吡咯及其衍生物，它一般在深度加上過程中，在催化劑的作用下才分解生成可揮發(fā)的氨和氰化物。HCN和 H2

51、S H2O共同作用可導(dǎo)致鋼材的氫鼓泡和氫脆。而氨在加氫過程中可生成NH4CL而產(chǎn)生腐蝕，一般用注堿的辦法可消除其腐蝕的影響。 （2）氧 在鍋爐給水的除鹽水中，當(dāng)溫度超過60時(shí)，它里面的氧會(huì)對(duì)鋼材產(chǎn)生氧腐蝕。解決辦法就是在溫度敏感段選能抗氧腐蝕的高材質(zhì)。 （3）有機(jī)溶劑 象糠醛、二乙二醇醚、酚等，它們?cè)谏a(chǎn)過程中會(huì)發(fā)生降解聚合或氧化作用而對(duì)鋼材產(chǎn)生腐蝕，這類腐蝕多為均勻的化學(xué)腐蝕，適當(dāng)?shù)剡x材或提高壁厚附加余量即可。 （4）酸、堿等化學(xué)試劑 許多資料中，如石油化工裝置工藝安裝設(shè)計(jì)手冊(cè)第二冊(cè)中，給出了各種材料對(duì)不同介質(zhì)抗腐蝕性的對(duì)應(yīng)表，只要按表中的要求選擇合適的材料即可,值得一提的是，氫氧化鈉（Na

52、OH）是石油化工生產(chǎn)裝置常用的介質(zhì)，它在一定條件下能引起碳鋼材料的應(yīng)力腐蝕開裂（通常又稱之為堿脆）。影響碳鋼在NaOH溶液中產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂的因素有濃度、溫度和殘余應(yīng)力。故一般設(shè)計(jì)中規(guī)定，當(dāng)NaOH的溫度和濃度超出下表范圍時(shí)，應(yīng)對(duì)其焊后進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。 在實(shí)際施工過程中，對(duì)于含堿液的碳鋼管線都進(jìn)行焊后熱處理。 典型案例：滌綸部氧化裝置的堿洗：5%NAOH，285，有沒有影響？誰能說得清楚？ (5) 液氨應(yīng)力腐蝕環(huán)境用鋼 液氨對(duì)碳鋼的腐蝕很小，但碳鋼儲(chǔ)存設(shè)備（主要為球形容器）在室溫而非高壓的無水工況下曾產(chǎn)生過應(yīng)力腐蝕開裂。應(yīng)力腐蝕開裂的主要原因是高應(yīng)力硬焊縫及空氣污染。一般氨應(yīng)力腐蝕裂紋多發(fā)

53、生在冷變形劇烈處及焊縫熱影響區(qū)。液氨受到空氣污染后，由于存在O2及CO2，促使了液氨的應(yīng)力腐蝕開裂。 典型案例：寶鋼液氨球罐事故（C-F鋼,1）腐蝕影響因素 a. 材料強(qiáng)度 材料強(qiáng)度越高，越有可能發(fā)生氨應(yīng)力腐蝕開裂。 b. 水分 液氨中加入0.2%的水，可是破裂不再發(fā)生，有緩蝕效果。 c. 溫度 液氨對(duì)碳鋼的應(yīng)力腐蝕開裂多發(fā)生在常溫，當(dāng)液氨儲(chǔ)存溫度 在- 5以下時(shí)，不會(huì)發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。 d. 消除應(yīng)力熱處理 進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理，可有效地避免產(chǎn)生氨應(yīng)力腐 蝕開裂。 2) 防護(hù)措施 當(dāng)設(shè)備中介質(zhì)為液氨，并符合下列條件之一時(shí)，則為液氨應(yīng)力腐蝕環(huán)境： a.介質(zhì)為液態(tài)氨，含水量小于或等于0.2%(wt

54、)，且有可能受空氣污染的場合； b. 介質(zhì)溫度高于-5。 (6) 氫氟酸 氫氟酸是一種劇毒和強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)，其本身易揮發(fā)且能與水完全互溶而引起強(qiáng)烈腐蝕,某些烷基化裝置使用氫氟酸代替硫酸做催化劑。氫氟酸與碳鋼反應(yīng)可形成氟化物保護(hù)膜而鈍化金屬。如果這些保護(hù)膜被稀酸破壞，將產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，因此只要進(jìn)料保持干燥，氫氟酸裝置可使用碳鋼材料。氫氟酸腐蝕經(jīng)常伴有氫鼓泡產(chǎn)生。氫氟酸烷基化裝置大多數(shù)腐蝕問題多發(fā)生在停工之后，這是因?yàn)樵O(shè)備中留有積水。為防止腐蝕，設(shè)備徹底干燥是很重要的。 1) 氫氟酸的腐蝕形態(tài)為均勻腐蝕，氫鼓泡和氫脆，應(yīng)力腐蝕和縫隙腐蝕四種。 a. 均勻腐蝕 氫氟酸十分活潑，在常溫下就能和大多數(shù)金屬反

55、應(yīng)生成氟化物并釋放出氫原子。氫氟酸和碳鋼、蒙乃爾合金反應(yīng)分別形成氟化鐵和氟化鎳。氟化鐵和氟化鎳附著于金屬表面形成致密的保護(hù)膜。 膜越致密則與金屬附著的越牢固，就能削弱或減少氫氟酸對(duì)材料的腐蝕。甚至完全阻止這種腐蝕。但當(dāng)溫度高到一定溫度時(shí)（碳鋼65，蒙乃爾合金149），膜的致密程度將變差，附著程度將減弱。若溫度再高（碳鋼72，蒙乃爾合金171以上），膜將脫落。而使腐蝕加重。 b. 氫鼓泡和氫脆 氫氟酸介質(zhì)與碳鋼接觸生成氟化鐵和氫原子，氫原子對(duì)鋼材有很強(qiáng)的滲透力。這種滲透與溫度有關(guān)，溫度越高，滲透能力越強(qiáng)。當(dāng)氫原子滲入金屬時(shí)，若鋼材內(nèi)部存在缺陷，如晶格缺陷、氣孔、夾雜和夾層時(shí)，氫原子在該處聚集形成

56、氫分子，體積膨脹使鋼材產(chǎn)生氫鼓泡。氫原子滲入鋼材后也會(huì)使金屬的韌性及強(qiáng)度下降產(chǎn)生氫脆。介質(zhì)中如果還含有硫化氫，氫鼓泡現(xiàn)象會(huì)更嚴(yán)重,c. 應(yīng)力腐蝕（腐蝕開裂） 以附加應(yīng)力或殘余應(yīng)力形式存在于焊縫及其周圍部位的應(yīng)力，在氫氟酸的作用下將使金屬產(chǎn)生細(xì)微裂紋，導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕開裂。在氫氟酸中碳鋼和蒙乃爾合金均可產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂。并且隨溫度升高而加速。金屬硬度越高越容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂。 d. 縫隙腐蝕 焊接不良產(chǎn)生的裂紋和夾渣，在墊片與密封面的間隙處聚集的酸液，造成局部腐蝕，生成的氟化鐵和氟化鎳具有膨脹性，在縫隙處膨脹，易將焊縫脹壞而發(fā)生焊縫開裂。 2) 防護(hù)措施及選材 a. 材料選用 碳鋼在65以下，濃度

57、大于75%的氫氟酸介質(zhì)中有較好的抗腐蝕性能，但碳鋼應(yīng)選用鎮(zhèn)靜鋼。蒙乃爾合金材料對(duì)氫氟酸有極好的耐蝕性。在溫度大于71且低于136時(shí)，任意濃度的氫氟酸均可使用蒙乃爾合金。但當(dāng)介質(zhì)中帶有氧或鐵鹽等有害雜質(zhì)時(shí)，其耐腐蝕性能就有所下降。高鉻鋼和鉻鎳不銹鋼在氫氟酸中是不穩(wěn)定的。有時(shí)它的腐蝕速度比碳鋼還要大。各種不銹鋼在氫氟酸溶液中會(huì)產(chǎn)生點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕。銅能抗氫氟酸腐蝕，但不抗沖蝕。如介質(zhì)是流動(dòng)的，則不能選用銅。鋁不耐氫氟酸腐蝕 。 b. 制造的要求 為防止應(yīng)力腐蝕開裂，應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理，焊縫硬度不應(yīng)大于HB235,7) 連多硫酸的腐蝕 連多硫酸對(duì)奧氏體不銹鋼產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕主要發(fā)生在加氫精制，加氫裂化及催

58、化重整裝置。連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂是在停車和檢修期間發(fā)生的。正常操作期間是不會(huì)發(fā)生的。奧氏體不銹鋼特別是經(jīng)過焊接或者427816區(qū)域附近“敏化”過的材料最易發(fā)生。產(chǎn)生連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂往往與奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕密切相關(guān)。這是應(yīng)力腐蝕斷裂的特殊形式。實(shí)際上是晶間腐蝕的加速形式，當(dāng)敏化不銹鋼暴露在室溫或稍高一點(diǎn)溫度的連多硫酸中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生這種斷裂，這種應(yīng)力腐蝕斷裂僅需中等張應(yīng)力便可發(fā)生。一般說來，連多硫酸中的應(yīng)力腐蝕是晶間的。除非采取了適當(dāng)預(yù)防措施，否則，曾暴露在427816敏化溫度范圍的奧氏體不銹鋼易發(fā)生這種斷裂。如果奧氏體不銹鋼僅是因?yàn)楹附踊驘崽幚矶艋瑒t連續(xù)暴露于427以下的工作環(huán)境，它們

59、就易于產(chǎn)生連多硫酸應(yīng)力腐蝕斷裂，在這種情況下，通過使用低碳的或穩(wěn)定化鋼種，可防止斷裂發(fā)生。對(duì)于工作溫度高于427以上的情況，如果長時(shí)間在這種環(huán)境下工作，就應(yīng)仔細(xì)地選擇耐苛刻使用條件的材料。美國腐蝕工程師協(xié)會(huì)（NACE）為防止連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂，專門頒布了RP01標(biāo)準(zhǔn)“煉油廠停車期間奧氏體不銹鋼設(shè)備連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂的預(yù)防”。該標(biāo)準(zhǔn)推薦采用下列預(yù)防方法： 1）采用干燥氮?dú)獯祾吆头忾]工藝設(shè)備，是其與氧（空氣）隔絕的方法防。 2) 采用堿液清洗所有設(shè)備表面，中和各處可能生成的連多硫酸。應(yīng)選用帶穩(wěn) 定性元素的不銹鋼。 典型案例：煉油部120萬噸加氫高壓換熱器墊片腐蝕,第三節(jié) 設(shè)備常用金屬材料的應(yīng)用

60、限制 一. 常用材料的應(yīng)用限制 1. 鑄鐵 含碳大于2.06的鐵碳合金稱為鑄鐵。常用的鑄鐵有兩種：可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵。它們均具有強(qiáng)度，塑性和韌性差但價(jià)格便宜的特點(diǎn)。 可鍛鑄鐵是由白口鑄鐵在固態(tài)下經(jīng)長時(shí)間石墨化退火而得到的具有團(tuán)絮狀石墨的一種鑄鐵。與別的鑄鐵相比，它具有較高的塑性和韌性，但制造工藝復(fù)雜，價(jià)格高。工程上一般限制它使用在介質(zhì)溫度為-20343的受壓設(shè)備，同時(shí)不得用于輸送介質(zhì)溫度高于150或表壓大于2.5Mpa的可燃流體管路。實(shí)際上，它經(jīng)常被用于不受壓的閥門手輪和地下污水設(shè)備。 球墨鑄鐵是通過在澆注前向鐵水中加入一定量的球化劑進(jìn)行球化處理，并加入少量的孕盲劑以促進(jìn)石墨化，在澆注后直接獲