簡析壓力容器在濕硫化氫環境下的氫損傷

蘇成龍(甘肅省特種設備檢驗檢測研究院，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

在濕硫化氫環境中，氫損傷問題是非常常見的，它具體就出現在各種壓力容器中，危害性極大，為此需要對壓力容器進行定期檢驗，深層次分析濕硫化氫環境下的電化學腐蝕過程。

1 濕硫化氫環境下的電化學腐蝕過程分析

濕硫化氫環境下的電化學腐蝕過程是顯而易見的，雖然它對壓力容器沒有腐蝕性，但如果在有水環境下，就會形成H2OH2S特殊環境，這就是濕硫化氫環境。在濕硫化氫環境下，它其中的H2S會出現電離情況，它的電離過程應該如下：

基于上述過程進行分析，分析壓力容器表面所發生的電化學反應，它會同時產生陽極反應與陰極反應，如下：

如上所述，它其中就包含了氫分子、吸附氫以及吸收氫，結合化學反應過程建立壓力容器表面氫離子，確保氫離子與陽極反應后充分釋放電子，最終形成吸附氫，保證壓力容器內部有效滲入硫化物，建立應力腐蝕開裂體系。而在濕硫化氫環境下，電化學腐蝕會造成壓力容器氫損傷，以下就分析了氫損傷的基本類型。

2 濕硫化氫環境下的氫損傷基本類型

在壓力容器內部會滲入大量氫原子，它基于不同組織結構與不同強度級別形成壓力容器氫損傷，且氫損傷類型表現十分豐富。這里就主要分析了金屬制壓力容器在濕硫化氫環境下氫損傷發生類型，下文簡單介紹其中4種。

2.1 氫鼓包氫損傷類型

氫鼓包(HB)屬于典型的氫損傷類型，它在深入壓力容器內部就容易產生過飽和空位問題，其氫鼓包量相對較大。具體分析，如果氫分壓過大，它會導致周圍金屬材料發生局部塑性變形問題，出現平行于壓力的容器表面鼓包問題。一般來說，氫鼓包問題是在不具備任何外加應力的常溫狀態下產生的。通常來講，氫鼓包可通過肉眼或手電筒宏觀檢查發現，在測量其質量大小過程中，需要對氫鼓包問題進行分析。不過，氫鼓包尺寸一般偏小，但通過手觸摸方式可以感受到它的存在。

2.2 氫致開裂氫損傷類型

氫致開裂(HIC)氫損傷類型是在氫分壓作用下產生的，它是基于不同層面相鄰氫鼓包裂紋形成連接，細致觀察，氫致開裂屬于階梯狀內部裂紋。考慮到氫致開裂多發生于壓力容器內部位置，較難用肉眼發現，所以在壓力容器定期檢驗過程中可借助聲發射以及超聲相控陣分析氫致開裂缺陷問題。

2.3 硫化物應力腐蝕開裂氫損傷類型

硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)氫損傷問題一般發生于中高強度的焊接熔合區域中，形成合金鋼熱影響區。在分析應力與殘余應力過程中，需要了解焊接工藝內容，了解其開裂預兆危害問題[1]。

3 濕硫化氫環境下的氫損傷不同類型之間的相互關聯與區別分析

3.1 濕硫化氫環境下的氫損傷不同類型之間相互關聯

氫損傷類型表現多樣，它們發生的實質都可歸納為“鋼中滲氫”，深層次理解就是氫原子本身來源于H2S的腐蝕反應，所以各種氫損傷類型的發生機理是相互一致的，無需加入任何外營力，而吸附硫化物腐蝕過程則一般發生于金屬表面，生成大量氫原子。

3.2 濕硫化氫環境下的氫損傷不同類型之間相互區別

一般來說，濕硫化氫環境下氫損傷的不同類型之間存在區別，應該結合不同鋼材硬度進行分析，例如對高強度、低強度、中高強度、中低強度鋼材的分析需要做到位。首先是高強度鋼材，要分析其應力導向背景下的氫致開裂情況，了解其發生部位，應該為焊縫以及熱影響區，這些也是高應力的集中區，它的腐蝕原理應該為滲氫+應力結合形式，在應力作用下，夾雜物與缺陷位置因為氫聚集所形成的小裂紋問題進行分析，避免其裂紋越來越大。在整個過程中，需要分析鋼材質量與內應力情況，計算其H2S的濃度pH值變化；其次分析低強度鋼材，它的氫損傷發生部位一般平行于鋼表面位置，即鋼中夾雜物位置，它的腐蝕原理為滲氫。當氫原子向鋼中滲透并形成氫分子時，就會產生較大應力，形成氫鼓包[2]。

4 濕硫化氫環境下的氫損傷的案例分析

煉油廠生產就包含了濕硫化氫環境，它也是引發氫損傷問題，導致煉油廠生產效率降低的關鍵。為了延長煉油廠中某些金屬裝置以及管道結構的整體使用壽命，還需要對煉油廠的綜合運行水平與現實作用進行分析。

4.1 某煉油廠的濕硫化氫環境簡述

4.1.1 環境簡述

某煉油廠中煉油設備裝置均在惡劣環境下運行工作，其所形成的濕硫化氫環境溫度整體偏低，不會導致裝置著火和爆炸等嚴重問題，但容易出現設備壓力容器的不均勻腐蝕問題。具體來說，某煉油廠在是硫化氫環境下就會出現材料腐蝕問題，其具體表現為材料開裂破壞，其腐蝕現象主要是由氫損傷所導致。在對其進行開裂破壞表現形式分析可以了解到，其材料氫損傷敏感程度較高，且腐蝕類型相當豐富。

4.2 濕硫化氫環境腐蝕類型分析

某煉油廠的設備壓力容器在是硫化氫環境下表現出多種腐蝕類型，具體分析以下三點[3]。

4.2.1 硫化物的應力腐蝕開裂

首先，某煉油廠壓力容器針對硫化物的應力腐蝕開裂情況比較常見，在深度研究其腐蝕開裂情況時應該對其硫化氫環境與拉伸應力共同作用進行分析，深度了解其金屬開裂現象問題。具體來講，由于煉油廠壓力容器在是硫化氫環境中產生了大量的氫原子，所以其在被金屬材料吸收后會產生明顯的硫化物應力腐蝕開裂問題，如果不能有效處理腐蝕開裂問題就會導致煉油廠濕硫化氫環境下不同金屬材料質量下降，應用穩定性也會大打折扣。

4.2.2 氫鼓包的氫致開裂

再者分析了煉油廠在濕硫化氫環境下的金屬材料氫鼓包以及氫致開裂問題。就以氫致開裂這一問題為例，它是指代金屬材料內部不同平面出現了臨近氫鼓包問題，對其內部不平整平面進行分析，了解可能導致氫致開裂現象的復雜原因。經過分析后發現，壓力設備中氫鼓包周圍應力相對較高，且金屬材料在不同層面上的氫鼓包存在相互連接條件，在如此條件下也可能會產生不同嚴重程度的氫致開裂現象問題[4]。

4.3 某煉油廠的濕硫化氫環境下金屬材料的氫損傷判定分析

要對某煉油廠在濕硫化環境下金屬材料所產生的氫損傷情況進行判定，下文簡單分析兩點。

4.3.1 氫鼓包與氫致開裂條件下的金屬材料氫損傷判定

考慮到金屬材料表面上存在氫鼓包問題，煉油廠就希望為壓力容器建立氫鼓包與氫致開裂之間的關聯關系，結合這一關系綜合判斷金屬材料的氫損傷問題，并提出后期處理技術要求。在判定過程中，需要對氫致開裂與氫鼓包材料敏感度進行判斷，保證判定結果準確性有所優化。而在判定過程中，還需要對水中硫化氫的具體濃度進行分析，計算其酸堿值與金屬材料含硫量，不斷強化煉油廠在濕硫化氫環境分析背景下的結果與基礎因素變化，解決金屬材料所存在的氫損傷問題[5]。

4.3.2 應力導向氫致開裂條件下的金屬材料氫損傷判定

需要對煉油廠壓力容器的應力導向氫致開裂條件進行分析，進一步調整金屬材料的氫損傷判定標準。考慮到金屬材料應力受到外力作用與濕硫化氫環境共同導致了氫損傷問題的發生，因此還需要結合實際問題對氫損傷表現進行分析，提出合理改善措施，有效規避煉油廠中金屬材料的應力導向氫致開裂問題，分析其氫損傷程度。在判定金屬材料敏感程度時，還需要對金屬材料的整體規模形態與諸多基礎因素進行分析，調整材料敏感程度，判定相應標準，對煉油廠中壓力容器在濕硫化氫環境相的金屬材料應力變化進行分析，了解其應力導向氫致開裂的敏感程度變化，獲得正確判定結果。

5 結語

如果設備壓力容器長期運行于濕硫化氫環境中，它的環境腐蝕類型就會逐漸變復雜，形成包括氫致開裂、氫鼓包等等不同腐蝕類型，導致氫損傷問題的出現。所以在科學合理判定設備壓力容器金屬材料氫損傷之后，就需要結合不同氫損傷類型分析它們之間關系，明確判定標準并實施優化處理，延長設備金屬材料整體使用壽命，為提高諸如煉油廠等工業生產企業的壓力設備綜合運行效果創造更優基礎。