濕硫化氫環(huán)境腐蝕與防護

1、濕硫化氫環(huán)境腐蝕與防護第一章 總 則1.1 為規(guī)范濕硫化氫環(huán)境腐蝕與防護工作，防止發(fā)生安全事故，依據國家有關法規(guī)、標準，制定本指導意見。1.2石油化工裝置在濕硫化氫環(huán)境（含有氣相或溶解在液相水中，不論是否有氫氣存在的酸性工藝環(huán)境）使用的靜設備，為抵抗硫化物應力腐蝕開裂（SSC）、氫誘導開裂（HIC）和應力導向氫誘導開裂（SOHIC），在設計、材料、試驗、制造、檢驗等方面的要求。生產、技術、設計、工程、檢修、科研等部門應積極參與和配合設備管理部門做好相關工作。1.3對處于濕硫化氫腐蝕環(huán)境中的設備抗 SSC、HIC/SWC 和 SOHIC 損傷的最低要求，其中包括碳鋼和低合金鋼，以及碳鋼及低合金鋼

2、加不銹鋼的復合鋼板制造的設備。但不包括采用在金屬表面（接觸介質側）增加涂層（如噴鋁等）防止基體材料腐蝕開裂的設備。1.4凡處于濕硫化氫環(huán)境中的設備在材料選擇、設備制造與檢驗均應滿足本標準的要求，否則可能導致設備 SSC、HIC/SWC 和 SOHIC 的破壞。1.5不包括濕硫化氫引起的電化學失重腐蝕和其他類型的開裂。1.7 濕硫化氫腐蝕環(huán)境的定義與分類：1.7.1 介質在液相中存在游離水，且具備下列條件之一時稱為濕硫化氫腐蝕環(huán)境：（1）在液相水中總硫化物含量大于 50ppmw；或（2）液相水中 PH 小于 4 且總硫化物含量大于等于 1ppmw；或（3）液相水中 PH 大于 7.6 及氫氰酸（

3、HCN）大于等于 20ppmw，且總硫化物含量大于等于 1ppmw；或（4）氣相中含有硫化氫分壓大于 0.0003MPa（0.05psia）。1.7.2 根據濕硫化氫腐蝕環(huán)境引起碳鋼和低合金鋼材料開裂的嚴重程度以及對設備安全性影響的大小，把濕硫化氫腐蝕環(huán)境分為 2 類，在第I 類環(huán)境中主要關注 SSC，而在第類環(huán)境中，除關注 SSC 外，還要關注HIC 和 SOHIC 等損傷。具體劃分類別如下：第 I 類環(huán)境（1）操作介質溫度 120；（2）游離水中硫化氫含量大于 50ppmw；或（3）游離水的 PH 4，且含有少量的硫化氫；或（4）氣相中硫化氫分壓大于 0.0003MPa（絕壓）；或（5）

4、游離水中含有少量硫化氫，溶解的 HCN 小于 20ppmw，且 PH 7.6。第類環(huán)境（1）操作介質溫度 120；（2）水溶液中硫化氫含量大于 50ppmw，且 PH 4；或（3）氣相中硫化氫分壓大于 0.0003MPa（絕壓），且水中總硫化物含量大于 2000ppmw，PH 4；或（4） 水 溶 液 中 總 硫 化 物 注 含 量 大 于 2000ppmw，HCN 含 量 大 于20ppmw，且 PH 7.6；或（5）水溶液中含有硫氫化胺（NH4HS）濃度大于 2%（wt%）。1.8 濕硫化氫環(huán)境下的腐蝕與損傷主要包括：酸性水腐蝕、濕 H2S損傷（HB/HIC/SOHIC/SSC）、胺腐蝕、

5、堿式酸性水腐蝕（硫氫化氨腐蝕）等幾類。1.9 濕硫化氫環(huán)境下裝置設計選材與制造應嚴格執(zhí)行國家、行業(yè)及中國石油相應標準規(guī)范，同時應參照以下標準規(guī)范：（1）GB/T4340.1 金屬維氏硬度試驗 第一部分：試驗方法法（2）GB/T6394 金屬平均晶粒度測定方法（3）GB/T10561 鋼中非金屬夾雜物含量的測定 / 標準評級圖顯微檢驗法（4）GB150 固定式壓力容器（5）TSG R0004 固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程（6）SH/T 3074 石油化工鋼制壓力容器（7）GB151 管殼式換熱器（8）SH/T3075 石油化工鋼制壓力容器材料選用規(guī)范（9）GB/T8165 不銹鋼復合鋼板和鋼帶

6、（10）GB/T699 優(yōu)質碳素結構鋼（11）GB713 鍋爐和壓力容器用鋼板（12）NB/T47002 壓力容器用爆炸焊接復合板（13）NB/T47008 承壓設備用碳素鋼和合金鋼鍛件（14）GB24511 承壓設備用不銹鋼鋼板和鋼帶（15）JB 4708 鋼制壓力容器焊接工藝評定（16）JB/T 4711 壓力容器涂敷與運輸包裝（17）其它適應于濕硫化氫環(huán)境設計選材與制造相關標準規(guī)范。（18）GB/T4157 金屬在硫化氫環(huán)境中抗特殊形式環(huán)境開裂實驗室實驗（19）GB/T8650 管線鋼和壓力容器鋼抗氫致開裂評定方法（20）NACE MR0103 Materials Resistant t

7、o sulfide StressCracking in Corrosive Petroleum Refining Environments（21）NACE SP0472 Methods and Controls to Prevent In-ServiceEnvironmental of Carbon Steel Weldments in Corrosive PetroleumRefining Environments（22）NACE TM0177 Laboratory Testing of metals for Resistanceto Sulfide Stress Cracking and

8、Stress Corrosive Cracking In H2SEnvironments（23）NACE TM0284 Evaluation of pipeline and Pressure VesselSteels for Resistance to Hydrogen-Induced Cracking（24）NACE RP0296 Guidelines for Detection, Repair, andMitigation of Cracking of Existing Petroleum Refinery PressureVessels in Wet Hydrogen Sulfide E

9、nvironments（25）API 945（RP）Avoiding Environmental Cracking in AmineUnits（26） API-571 Damage Mechanisms Affecting Fixed Equipment inthe Refining Industry （中文版）（27） NACE RP0103 煉廠腐蝕性原油環(huán)境中抗硫化物應力開裂材料；1.10 發(fā)生部位：（1）在煉油廠有濕 H2S 環(huán)境存在的部位都能發(fā)生 HB、HIC、SOHIC、SSC 損傷。（2）在加氫裝置中，NH4HS 濃度增大到超過 2% 會增加發(fā)生鼓泡、HIC和 SOHIC 的可能

10、性。（3）氰化物會明顯增加 HB、HIC、SOHIC 損傷的可能性和嚴重程度。對于流體催化裂化和延遲焦化裝置的汽相回收單元尤為明顯。典型的部位包括分餾塔塔頂罐，分離塔，吸收塔和汽提塔，壓縮機級間分離器和緩沖罐，各種換熱器、冷卻器和空冷器。酸性水汽提塔和胺再生塔頂系統(tǒng)尤其容易發(fā)生濕 H2S 損傷，因為此處存在氰化物，NH4HS 濃度也很高。（4）SSC 最有可能在硬焊縫和熱影響區(qū)及高強度部件中發(fā)現(xiàn)。高強度部件包括螺栓，安全閥彈簧，400 系列不銹鋼閥芯，壓縮機軸、套管和彈簧。1.11 各煉化企業(yè)在遵循本指導意見的基礎上，應加強濕硫化氫環(huán)境腐蝕防護新技術的引進與推廣，如各種涂層、鍍層技術等。第二章

11、 濕硫化氫環(huán)境設備的材料選擇2.1 處于濕硫化氫腐蝕環(huán)境下的設備承壓件應選用表 2.1 中的材料：表 2.1 濕硫化氫腐蝕環(huán)境下的設備承壓件推薦材料2.2 材料選擇原則2.2.1 在第 I 類環(huán)境下操作的設備承壓件應選用表 2.1 中的普通碳鋼和低合金鋼。2.2.2 在第類環(huán)境下操作的設備承壓件應選用表 2.1 中的抗 HIC碳鋼和低合金鋼，以及表 2.1 中的復合材料。2.3 材料附加要求2.3.1 碳鋼和低合金鋼2.3.1.1 在濕硫氫腐蝕環(huán)境下操作的設備用碳鋼和低合金鋼除符合相應的材料標準及相關規(guī)范和規(guī)程的規(guī)定外還應符合下列附加要求：a）化學成分（熔煉分析）：硫（S）含量 0.08%，磷

12、（P） 0.12%成品分析偏差應符合 GB/T 222 的規(guī)定。b）碳當量 CE：對普通碳素鋼 CE 0.40，對低合金鋼 CE 0.45。元素以重量百分比代入（Wt%）c）力學性能（試樣須經模擬焊后熱處理）材料標準規(guī)定的屈服強度下限 ReL 355MPa材料最高抗拉強度 Rm 600MPa-20沖擊功合格指標為：三個試樣平均值 KV2 34J，允許其中一個 KV2 25J；d）使用狀態(tài)：正火或正火 + 回火e）無損檢測：鋼板厚度超過 12mm 時，按 JB/T4730.3 進行 100% 超聲檢測，氣質量等級按下列要求：鋼板厚度 12 60mm 質量等級不低于級為合格鋼板厚度大于 60mm

13、質量等級低于 I 級為合格2.3.1.2 鋼板和鍛件應逐張（件）進行布氏硬度試驗，硬度值應小于等于 200HBW。2.3.1.3 處于濕硫化氫環(huán)境的鍛焊設備殼體、接管、法蘭及接管法蘭的鍛件級別按設計文件的要求。2.3.2 抗 HIC 碳鋼和低合金鋼2.3.2.1 鋼板除符合 GB/T 713、SA516-65/70 和 NB/T47008 的規(guī)定外，還應滿足 2.3.1.2 條及以下要求：a）冶煉方法：應采用電爐 + 爐外精煉方法（或其他高質量的冶煉方法），應為本質細晶粒鋼b）化學成分 （熔煉分析 wt%）：P 0.010；S 0.003；Ti 0.01；B 0.0005；Nb+V 0.05。

14、成品分析偏差應符合 GB/T 222 的規(guī)定。C）碳當量 CE： 鋼材厚度 50mm 時；CE 0.43；鋼材厚度 50mm 時；CE 0.45。d）無損檢測（同 5.3.1.1 e）；e）使用狀態(tài)：正火或正火 + 回火；2.3.2.2 鋼板和鍛件的晶粒度應符合 GB/T6394 的要求，晶粒度不粗于 5 級。2.3.2.3 鍛件和厚度大于 20mm 的鋼板應按照 GB10561 規(guī)定的 B 法進行非金屬夾雜物評定，硫化物類（A 類）、氧化鋁類（B 類）、硅酸鹽類（C 類）及球狀氧化物類（D 類）、單顆粒球狀類（DS 類）均不得大于 1.5級，且應滿足 A+C 2.0，B+D 2.0，A+B+

15、C+D+DS 4.5 級。2.3.2.4 鋼板和鍛件應在正火狀態(tài)交貨，經模擬熱處理后的力學性能除應符合 GB713、NB47008 的規(guī)定外，還應滿足以下要求，推薦模擬熱處理為 610 ±10，保溫時間不小于 2.5min/ 每 1mm 厚度 × 預期熱處理次數(shù)，且最小為 2h，或者供需雙方協(xié)商。a）厚度大于 20mm 的鋼板應進行厚度方向的性能試驗，其 z 三個試樣平均值大于等于 35%，單個試樣最低值大于等于 25%。b）抗 HIC 鋼板和鍛件沖擊功三個試樣平均值 KV2 34J，允許其中一個試樣 KV2 25J。Q245R（HIC） 的試驗溫度為 -20；Q345R（

16、HIC）和SA516-65/70（HIC）的試驗溫度為 -30。2.3.2.5 抗 HIC 鋼 板 應 按 GB/T4157 或 NACE TM0177 的 規(guī) 定 進 行 抗SSC 試驗，其門檻值）應大于等于 0.8ReL。2.3.2.6 抗 HIC 鋼板應按 GB/T8650 或 NACE TM0284 的試驗方法進行抗 HIC 腐蝕試驗，其試驗溶液和試驗要求按如下規(guī)定：2.3.2.6.1 采用 GB/T8650 或 NACE TM0284 的 A 溶液，2.3.2.6.2 HIC 試驗合格指標如下：CLR 5% CTR 1.5% CSR 0.5%。注：CLR 為裂紋長度率（%）；CTR

17、為裂紋厚度率（%）；CSR 為裂紋敏感率（%）。2.3.2.7 如果用戶規(guī)定更苛刻的使用環(huán)境，HIC 試驗可采用現(xiàn)場使用環(huán)境一樣的條件進行評定，其合格指標可由雙方商定。2.3.3 復合材料2.3.3.1 復 合 材 料 的 基 材Q235R、Q245R、20 鍛 件、16Mn 鍛 件、10 鋼管、20 鋼管應滿足 GB713、NB47008 的規(guī)定，使用狀態(tài)為正火、正火。2.3.3.2 復合材料的復層（S11306,S30403,S31603,S32168）鋼板應符合 GB24511 的規(guī)定，使用狀態(tài) S11306 為退火，奧氏體不銹鋼為固溶處理。2.3.3.3 復合材料應滿足 NB47002

18、 或 GB8165 的規(guī)定，其制造方法可采用爆炸復合、軋制復合或爆炸 + 軋制復合。2.3.3.4 基材為 5.1 所述材質時，復合鋼板爆炸后應進行消除應力熱處理。2.4 螺栓材料2.4.1 處于濕硫化氫環(huán)境的螺栓材料應選用強度級別較低的碳素鋼、鐵素體鋼或奧氏體不銹鋼。碳素鋼使用狀態(tài)為正火或退火，鐵素體鋼使用狀態(tài)為退火，奧氏體不銹鋼使用狀態(tài)為固溶處理。2.4.2 碳素鋼螺栓材料的力學性能除應滿足 GB/T699 的規(guī)定外，還應符合下述要求：2.4.4.1 螺栓應進行 -20沖擊試驗，沖擊功三個試樣 KV2 平均值大于等于 34J，單個試樣最低值大于等于 25J。2.4.4.2 斷后伸長率 A

19、25%。2.4.4.3 螺栓硬度應小于等于 22HRC。2.4.5 鐵素體和奧氏體鋼螺栓硬度應小于等于 22HRC。2.5 處于濕硫化氫腐蝕環(huán)境的碳鋼換熱管應滿足下述要求：a）材料標準規(guī)定屈服強度 Rel 355MPa；b）材料標準規(guī)定的抗拉強度 Rm 480MPa；c）材料的使用狀態(tài)為正火或退火；d）換熱管應采用冷軋（拔）制造方法。第三章 濕硫化氫環(huán)境設備的設計3.1 一般規(guī)定3.1.1 濕硫化氫腐蝕環(huán)境下設備的材料選擇應以碳鋼、抗 HIC 鋼為主，腐蝕嚴重時可選用奧氏體復合材料。壓力容器的設計應符合 GB150 和TSG R0004 的規(guī)定。3.1.2 濕硫化氫腐蝕環(huán)境下設備的設計壽命應符

20、合國家現(xiàn)行標準和SH/T3074 的規(guī)定。3.1.3 濕硫化氫腐蝕環(huán)境下碳鋼和低合金鋼制設備的腐蝕裕量一般取小于等于 5mm。復合材料制設備的復合層一般只作為腐蝕裕量，而不計入強度。3.2 材料匹配3.2.1 選擇設備主材材料為普通碳鋼和低合金鋼時，其接管、接管法蘭應選用強度級別較低的碳鋼，處于接觸介質側螺栓、螺母宜選用奧氏體（或鐵素體）不銹鋼。3.2.2 選擇設備主體材料為抗 HIC 碳鋼和低合金鋼時，其接管、接管法蘭應選用同種類的抗 HIC 鋼，處于接觸介質側螺栓、螺母宜選用奧氏體（或鐵素體）不銹鋼。3.2.3 選擇設備主體材料為奧氏體（鐵素體）復合材料時時，其接管、接管法蘭應采用復合或堆

21、焊奧氏體不銹鋼，處于接觸介質側螺栓、螺母應選用奧氏體（或鐵素體）不銹鋼。3.3 其它3.3.1 材料如果經歷 Ac3 以上溫度的熱成型后，應按設計文件要求的最終使用狀態(tài)重新進行熱處理。3.3.2 處 于 濕 硫 化 氫 腐 蝕 環(huán) 境 的 碳 鋼 低 合 金 鋼 換 熱 管 宜 采 用25×3mm 或 19×3mm 的規(guī)格，且尺寸偏差采用較高級。3.3.3 換熱管 U 型彎管及 300mm 直管范圍煨彎后應進行消除應力熱處理或退火處理，熱處理后其硬度應 HBW 200 （或 HV10 210）。第四章 濕硫化氫環(huán)境設備的制造4.1 一般規(guī)定4.1.1 處于濕硫化氫環(huán)境的壓力

22、容器的制造除應滿足本標準的要求外，還應遵守國家頒布的有關法令、法規(guī)，并符合 GB150、GB151 等標準的規(guī)定和要求。4.2 焊接工藝評定4.2.1 采用碳鋼、抗 HIC 鋼制造的設備其焊接工藝評定應按照 JB/T4708 有關規(guī)定，同時應滿足下述要求。4.2.1.1 焊接工藝評定的硬度試驗方法應按 GB/T4304.1 規(guī)定的維氏HV10 進行，其驗收指標為 HV10 235；4.2.1.2 焊接工藝評定的焊接接頭（母材、熱影響區(qū)、焊縫）應按圖 1、圖 2 規(guī)定位置進行硬度檢測。4.2.1.3 焊接工藝評定應包括返修工藝。4.3 冷成形4.3.1 碳鋼、抗 HIC 鋼制設備殼體、彎管等經任

23、何冷變形后，導致材料表面纖維永久變形量大于 5% 時，不論硬度多少均應作消除應力熱處理。熱處理溫度不應低于 595。熱處理后的硬度應 HBW 200。.4.4 焊接4.4.1 碳鋼、抗 HIC 鋼材料制設備的焊接規(guī)程應符合現(xiàn)行國家標準的有關規(guī)定外，還應符合下列規(guī)定4.4.1.1 當設備主體材料的 CE 大于 0.4，或者 Nb+V 大于 0.01Wt% 時，焊接時應對母材進行預熱，預熱溫度不低于 100，且層間溫度不應低于預熱溫度，直至焊接工作完成。4.4.1.2 處于濕硫化氫腐蝕環(huán)境的設備其焊接方法應采用手工電弧焊（SMAW）、埋弧自動焊（SAW）、氣體保護焊（GMAW）、藥芯焊絲電弧焊（F

24、CAW）、氣體保護鎢極電弧焊（GTAW）進行焊接，手工電弧焊應采用低氫型焊條。4.4.1.3 焊接材料（焊條、焊劑、焊絲）中錳、硅含量應盡可能低。手工電弧焊（SMAW）和埋弧自動焊（SAW）使用的焊接材料中錳含量應小于等于 0.10%（wt），硅含量應小于等于 0.50%（wt）.4.4.1.4 不應采用可能使熔敷金屬中鎳含量大于 1% 的焊接工藝和焊材。4.4.1.5 焊接過程中應控制焊縫從 800到 500范圍內的冷卻時間（t 8/5），應使此區(qū)域焊縫的冷卻時間盡可能短。t 8/5 時間計算方法見附錄 B。4.4.1.6 處于濕硫化氫腐蝕環(huán)境的設備對接焊縫和角焊縫焊接宜采用回火焊道的焊接技

25、術，回火焊道的焊接宜采用手工 GTAW，以保證焊道與焊道之間產生回火作用?；鼗鸷傅篮附咏Y構示意圖見圖 3 和圖 4。4.4.1.7 當采用回火焊道技術進行焊縫表面缺陷返修時，焊接前缺陷的清除范圍應不小于 4 倍的缺陷直徑，補焊金屬不少于兩層，最后的蓋面層不應接觸基體材料表面，焊縫的焊趾與基體材料的距離應按圖 4 的要求。4.4.1.8 所有與承壓部件相連的臨時性或永久性附件的焊接應對母材進行預熱，預熱方法應從附件施焊面的另一側進行，使得附件焊接區(qū)域能夠均勻受熱。4.4.1.9 所有與承壓部件相連的永久性附件的焊接接頭應采用全焊透結構。4.4.2 焊接接頭的力學性能不應低于母材標準規(guī)定的最低值。

26、焊接接頭的硫化物應力腐蝕試驗和 HIC 試樣應符合 2.3.2.6 條的要求。圖 1 硬度檢測位置A 距表面 1.5±0.5mm（0.06±0.02in）（a）對接焊縫 - 圖 1（b）任何給定位置9（b）角焊縫（c）堆焊或修補焊縫 - 如果堆焊位于工藝介質側A 距表面 1.5±0.5mm（0.06±0.02in）B 距熔合線 0.5mm（0.02in）L: 兩壓痕間距 1mm（0.04in）注：在臨近焊帽和焊縫根部表面進行測量10圖 2 硬度測試詳圖14.5 焊后熱處理4.5.1 碳鋼、抗 HIC 鋼制設備全部焊接工作完成后應進行焊后熱處理，熱處理溫度不應低于620， 保溫時間按殼體厚度每25mm不少于1h，且不應少于 2h。不允許采用降低熱處理溫度，延長保溫時間的方法消除設備的殘余應力。4.5.2 熱處理后所有焊縫的硬度值 HBW 應小于等于 200。硬度檢測應盡可能在接觸介質側進行。對接焊縫至少每 3m 范圍內要進行一點硬度檢測，每條角接焊縫至少要有三點硬度檢測。4.6 無損檢測4.6.1 碳鋼、抗 HIC 制設備焊接接頭的無損檢測要求應符合有關標準、設計文件的規(guī)定。4.6.2 磁粉檢測推薦采用濕式熒光磁粉法（WFMT）.4.6.3 碳鋼、