壓力容器用鋼的硫化氫應力腐蝕

宋誠

摘要：隨著壓力容器儲存介質的范圍不斷擴大，使壓力容器的經濟效益一直在不斷提高，但是在實際應用過程中，壓力容器設備會出現應力腐蝕的情況，通過對現有壓力容器應力腐蝕所產生的原因以及性質進行分析，了解壓力容器設備的工作條件以及影響因素，提出減緩設備發生應力腐蝕的措施，以及在不同環境下對壓力容器用鋼的選材要求，從而進一步提高壓力容器的經濟效益。

關鍵詞：壓力容器;硫化氫;應力腐蝕

高含硫天然氣壓力容器管道采用的材質為抗硫不銹鋼，對這種壓力容器的腐蝕缺陷主要表現在為均勻減薄和點蝕，對含有點蝕缺陷的管材進行強度評價，確定其管道缺陷所允許的最大操作壓力，做出正確的決策，幫助管道可以繼續使用，減少壓力容器的運行壓力，并進行相應的缺陷修復工作，才可以讓壓力容器的使用壽命增加，節約相應的維修成本，進而避免管道發生事故。

1壓力容器應力腐蝕特征分析

目前，我國很多工廠的壓力容器設備已經使用很多年，因此在生產過程中往往會發生應力腐蝕開裂的現象。應力腐蝕開裂的裂紋經常發生在焊縫、熔合以及熱影響區，很多研究學者稱這些焊縫裂紋為應力腐蝕裂紋。壓力容器設備所使用的材質均為低碳、低合金鋼材料。從壓力容器設備所在的環境介質以及溫度條件上看，壓力容器設備發生應力腐蝕的關鍵因素為酸露點溫度，再生設備表面會形成結露狀態，為腐蝕因素創造腐蝕條件。通過對壓力容器設備腐蝕裂紋的部位以及擴展方向來看，裂紋發生的部位大多數為焊縫、熔合或者焊接熱影響區域，裂紋會在垂直于焊縫方向進行擴展，所形成的裂紋比較短，其樣式多為樹枝狀分叉。由此可以說明壓力容器設備的應力腐蝕開裂與設備焊接后的金屬組織變化以及焊接剩余應力有著直接關系，簡單來講就是設備焊接區為應力腐蝕失效的主要部位，因此應當注重這些部位的腐蝕防護。

2鋼在硫化氫環境下的腐蝕機理

2.1氫鼓泡

鋼在HZS水溶液會發生電化學反應，反應出來活性很強的氫會向鋼中滲透，在鋼材內部形成氫分子，隨著氫分子的不斷增加，所形成的壓力也會不斷提高，最終導致夾雜物尖端產生鼓泡，產生氫鼓泡的主要位置為鋼中夾雜物與其他煉金不連續處。氫鼓泡的發生不需要外加用力，因此可以看出，氫鼓泡不屬于應力腐蝕破壞的范圍。

2.2氫致開裂

在鋼的內部發生氫鼓泡區域，丹青的壓力逐漸增高時，氫鼓泡會形成相互連接的狀態，從而導致階梯狀特征的氫致開裂現象發生。這些裂紋大多數與鋼材軋制方向平行，并且會形成擴散。鋼材中非金屬夾雜物處會增加氫致開裂的敏感性。

2.3硫化物應力腐蝕開裂

硫化氫在水溶液中由于電化學反應的作用會生成原子態氫向鋼的內部進行滲透，氫原子在親和力的作用下會形成氫分子，導致鋼材晶格發生變形，鋼材的柔韌性也會下降，并且在鋼材內部會引起微裂紋，再外加應力的作用下會形成開裂現象，硫化物應力腐蝕開裂經常發生于焊縫以熱影響區域。

從壓力容器應力腐蝕分析結果可以得出，在焊縫與熱影響區域存在強度高，韌性低的顯微組織，壓力容器選鋼硬度越高，越容易出現微裂紋。因此為了避免或者降低硫化物應力腐蝕開裂現象，需要注意鋼材化學成分以及力學性能，同時，還需要嚴格控制焊接工藝以及焊后熱處理方式，使材料的焊縫以及熱影響區域的硬度控制在合理范圍之內。

3壓力容器腐蝕防護及選材

3.1正確選擇設備材質

由于腐蝕是由HC1，H2S引起的，因此對CL高度敏感的不銹鋼18-8不能用作E-103/3.4管包裝材料。根據數據，在不銹鋼中添加適量的Si和Mo可以提高應力腐蝕的能力，特別是對于因抗蝕而引起的應力腐蝕。對于應力腐蝕，優選低碳，穩定的材料。對于氯化物，低碳和低氮的高應力腐蝕，可以使用高鉻鐵。但是，高鉻鐵素體晶粒大，并且韌性和焊接性差。因此，適用于該部件的材料是硅樹脂，鋁，高鉻和不銹鋼低雙鎳材質。雙相不銹鋼不僅具有奧氏體的優點，降低了高鉻鐵素體的脆性，防止晶粒增大，提高了鐵素體的韌性和焊接性，而且還防止了奧氏體裂紋的擴展和改善，提高奧氏體屈服極限的優點，所以說選擇雙相不銹鋼可以很好的提高壓力容器的防腐性能。

3.2避免形成應力腐蝕環境

通過大量實踐表明，在硝酸鹽溶液中加入醋酸鹽，苯酸鹽等物質，可以有效阻止或者延長硝酸鹽溶液對壓力容器置設備殼體的應力腐蝕開裂。造成壓力容器設備出現應力腐蝕的原因主要是在停工過程或者低溫運行中所產生的腐蝕介質，因此在實際生產過程中，在開工之前或者停工之后需要向壓力容器中加入緩釋劑進行洗滌，可以在很大程度上防止腐蝕介質的出現，減少設備殼體的應力腐蝕。在停止生產時，應當將壓力容器設備內壁溫度降低煙氣酸露點溫度以下，否則會形成腐蝕環境，因此在采取蒸汽吹掃操作之后，需要添加相應的緩蝕劑進行處理。

3.3控制設備的綜合應力

（1）合理設計壓力容器的殼體結構，減少設備中應力集中的現象，避免設備中局部應力出現過大的情況，在滿足生產工程要求的前提下，要選擇合適壓力容器殼體材料，不需要使用高強度的材料，以免殼體表面出現變形應力。

（2）由于殼體材料中的顯微組織會對低碳鋼和低合金鋼的腐蝕行為造成影響，因此在對殼體材料焊接后應當進行應力消除措施，即采用高溫退火等方式可以改善殼體材料的顯微組織。因此對于殼體在焊接過程中所形成的焊縫需要進行消除應力處理，可以采用小錘敲擊或者電熱帶進行熱處理等方法，這些消除應力的處理方法能夠有效降低壓力容器的綜合應力。

4結束語

壓力容器應力腐蝕的原因有很多，主要包含水汽、二氧化碳含量以及硫化氫等都會對壓力容器造成影響，企業和管理部門只有加強腐蝕檢測、防腐技術和防腐管理才能避免因為腐蝕而壓力容器泄漏的事故發生，只有將防腐工作落實到每個工作環節，合理選擇壓力容器的用鋼材質，就可以有效把壓力容器腐蝕所所造成事故概率降低。

參考文獻：

[1]李宏艷.壓力容器的硫化氫應力腐蝕分析[J].黑龍江科技信息，2011（03）：61+298.

[2]明勇，姚蓉.濕硫化氫應力腐蝕環境下壓力容器選材的探討[J].中國化工貿易，2018（12）：223.

[3]王宗宇，鄭偉.濕硫化氫應力腐蝕工況下的壓力容器設計[J].化工管理，2017（23）