防止濕硫化氫環境中壓力容器失效的推薦方法

陸葉

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院南通分院，江蘇 南通 226200）

防止濕硫化氫環境中壓力容器失效的推薦方法

陸葉

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院南通分院，江蘇 南通 226200）

目前進行原油處理，主要利用石油化工以及油田采油設備，原油中含有的硫化氫不斷地增加，會給壓力容器帶來嚴重的腐蝕問題，這一問題已經受到了全行業的重視。由于壓力容器極易受到硫化氫的影響，若硬度偏高，加之拉伸應力的存在，則會造成腐蝕問題，引起嚴重的后果。文中對在硫化氫環境下，如何保證壓力容器不失效，以及其發生的環境、材質以及對抗措施進行了論述。

濕硫化氫；壓力容器；方法

濕硫化氫環境下壓力容器的選材極其重要，要從綜合角度進行考慮，通常情況下，壓力容器選用的鋼材主要是碳鋼和低合金鋼以及不銹鋼，硫化氫對于不同鋼材的腐蝕程度是不同的，由此要保持一段時間內，壓力容器不受硫化氫的應力腐蝕，則需要充分的考慮壓力容器材料的性能，尤其是焊接材料、管材以及鍛件等。

1　壓力容器在H2S環境中的開裂機理

（1）鋼材質的開裂機理。①造成壓力容器腐蝕的環境。在濕硫化氫的腐蝕環境下，也就是當水或者含水物質流在露點下與濕硫化氫共存的狀態下，發生的壓力容器和管道腐蝕情況，通常情況下濕硫化氫環境主要在煉油廠的二次加工裝置中的輕油部分，同時還存在于汽提塔、冷卻器、加氫裂化裝置以及高壓分離器等設備中。壓力容器金屬材質，在干燥的硫化氫環境中是不會發生干裂，造成失效的情況，只有在濕硫化氫的環境條件下，才會產生開裂情況，發生腐蝕情況，其中硫離子可以對碳鋼、低合金鋼產生均勻腐蝕，若是單純的均勻腐蝕，則很容易解決，但出現應力腐蝕，引起的局部腐蝕，處理起來有很大的難度，造成的危害性也比較大。②機理破壞形式。壓力容器金屬材料在濕硫化氫環境下，主要出現以下4種破壞形式和破壞機理，主要包括氫鼓泡、氫致開裂、SSCC、SOHIC，其中氫鼓泡發生時，不需要增加載荷壓力或者殘余應力，就其概念而言，不能將其劃分在應力腐蝕破壞的范疇內。其中氫致開裂主要發生在鋼內部，當氫壓力持續增高時，出現的鼓泡裂紋會逐漸相互連接，也就是幾個相鄰間的夾雜物出現破裂，貫連并形成階梯狀，這種情況是氫致開裂，多數裂紋是和鋼材的軋制方向相平行的，并穿過鐵素晶粒出現擴展，氫致開裂敏感性會受到MnS的分布而增加，氫致開裂也可以在事前沒有外界應力的條件下發生，所以氫致開裂也不屬于應力腐蝕破壞的范疇之內。而SSCC與SOHIC屬于應力腐蝕破壞范疇內，SOHIC是由于SSCC裂紋、HIC裂紋以及缺陷裂紋等引發的，而SOHIC會沿著之前存在的裂紋繼續擴展下去，SOHIC通常的出現會跟隨著其他的腐蝕形式，造成的危害性也就更大。

（2）濕硫化氫的腐蝕形式以及因素。①硫化氫腐蝕的形式。SSCC也就是硫化物應力腐蝕，主要是在有硫化物、水的環境下，壓力容器金屬材質受到拉伸應力以及腐蝕的共同作用，發生開裂現象，發生SSCC主要由于硫化物腐蝕，同時也與材料的結構應力水平、敏感性有著緊密聯系，尤其在高硬度鋼中極易發生，主要在焊接熔敷金屬以及焊接區，具體表現如圖1所示。

圖1　 應力腐蝕開裂示意圖

②影響濕硫化氫腐蝕的主要因素。影響濕硫化氫腐蝕的因素有很多，主要是壓力容器材質的金相組織、材料的強度以及硬度，以及介質的濃度、pH值等，這些因素的協同或者復合作用下，發生腐蝕作用，最終造成壓力容器失效。金相組織因素對SSCC造成的影響比較大，其抗破裂能力會逐漸的減弱，主要在以下程序中：回火馬氏體組織、淬火后并經過充分的回火，正火以及回火、金相組織經過正火后、未回火的淬火馬氏體以及貝氏體，在這些環節中，其抗破裂的能力逐步減弱，通常情況下，晶格的熱力學處在平衡的狀態下，SSCC敏感性則越低。

當金屬材料在加工的過程中，其屈服強度不斷升高，則臨界應力以及屈服強度比值則逐漸下降，SSCC的敏感性則增加，材料的硬度越高，則SSCC的敏感性就越高，其中碳元素的含量增加，在濕硫化氫環境下的SSCC敏感性就越高；鎳含量的增加則會降低其抵抗腐蝕的能力，主要是由于鎳含量的不斷增加，極大程度上會形成馬氏體相，由此當鋼硬度低于HRC22時，鎳含量最好不要超過1%，根據以往的實踐結果看來，鋼有較強的吸留氫能力，可以提高金屬材料的SSCC傾向性。硫元素的增加，會加劇濕硫化氫環境下的腐蝕作用，由于硫化物中夾雜著氫積聚點，在一定程度上會造成組織缺陷；磷元素會抑制氫原子重現組合，增加鋼材中的擴散氫，降低濕硫化氫環境下鋼的穩定性。

2　防止硫化氫腐蝕的措施

（1）壓力容器的材料選擇辦法。在選用材料時需要滿足以下條件：采用含硫、磷元素較少的純凈剛、硬度比較低的鋼，減少冷加工處理，采取完全淬火與回火等熱處理辦法，最大程度上消除鋼材在加工時產生的應力，提高其抗腐蝕性，延長壓力容器失效的時間，將焊接處的殘余應力消除，在焊接后先進行熱處理，再進行保溫，注意低合金鋼保溫的溫度要高一些，用這樣的處理方式，減低濕硫化氫環境下SSCC的敏感性。根據國內或者國際現行的標準來選擇抗硫化氫材料，其中SH/ T3129-2002標準中便給出了有關鋼材料的選用原則，在進行壓力容器材料的選用過程中，還需要結合其他相關標準進行擇取，需要符合原油煉取的原則，例如NACE Standard MRO103-2010標準規范中，就提出了在濕硫化氫環境下，石油煉制工廠應如何采取開裂材料，在進行選擇時，要基于硫化氫應力腐蝕機理與影響因素等分析，并結合相關選用標準進行選擇。

（2）合理的添加緩蝕劑。在進行原油煉曲的過程中，若可預見壓力容器出現失效時間較短時，或者受到嚴重的硫化氫腐蝕的情況下，采取添加緩蝕劑的辦法進行預防，該種辦法可以有效的防止壓力容器材質受到濕硫化氫的腐蝕，但是緩蝕劑的應用有著較高的要求，且具有較強的針對性，往往介質或者材料的不同，則緩蝕劑選用的也不同，若改變加工條件如溫度或者壓力等，則需要根據實際情況調整緩蝕劑，一般情況下，含硫化氫酸性環境下，緩蝕劑主要是成膜型緩蝕劑、酰胺類以及胺類等。

（3）嚴格控制溶液的pH值。在操作的過程中，若將溶液的pH值提高，則可以降低溶液中的H+含量，起到提高鋼材質的抗腐蝕能力，經過不斷地實踐應用證明，將溶液的pH值維持在9～11內，不僅可以延長鋼材的使用壽命，還可以提高其在濕硫化氫環境下的抗腐蝕能力，保證在一定時間內壓力容器不會失效。同時采用電鍍或者化學鍍的保護措施，對需要受到保護的金屬材料，在其表面進行鍍膜，形成一層保護膜，保證其在保護層內，不容易受到腐蝕。

3　結語

壓力容器是煉油裝置中的一種，存在于濕硫化氫環境的煉油工業中，當受到腐蝕后，易發生失效，在處理濕硫化氫腐蝕問題時，需要根據鋼材料的選擇，濕硫化氫的腐蝕機理、環境、形式等方面，采取相應的措施，來防止壓力容器出現失效事故。

［1］ 張鳳春，李春福，付愛紅 硫化物應力腐蝕開裂的理論研究進展［J］.材料導報，2012（5）.

TQ05

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1671-0711（2016）08（下）-0034-02