22氢腐蚀(高温氢侵蚀)引起的素汽管道管事 2.2.1氢腐蚀(高温氢侵蚀)机理 氢腐蚀是蒸汽管道、锅炉管与石油化工临氢高温装备中 较常见的失效模式。 ●这种失效模式可能没有明显的腐蚀现象,但是材料性能 严重退化,事故的隐患已经存在。在氢处理、重整、加 氢裂化等装置中,温度超过260℃,氢的分压大于 689kPa,就有可能发生氢分子在钢的表面分解为原子 氢而发生腐蚀。氢腐蚀是原子氢进入钢铁材料,并与碳 化物反应生成甲烷(Fe3C+4H→3Fe+CH4),由于甲烷的 分子尺寸大而不易扩散,会使甲烷在晶界或相界面等处 聚集产生局部高压,形成微裂纹,进而材料脆化。 ●蒸汽管道中发生氢腐蚀的条件为蒸汽压力3~19MPa、 蒸汽温度为315~510℃,并且要由腐蚀过程的阴极析 氢及腐蚀过程所促进的“汽水反 应”(3Fe+4H2O→Fe3O4+8H,提供原子氢的来源
2.2 氢腐蚀(高温氢侵蚀)引起的蒸汽管道爆管事故 2.2.1 氢腐蚀(高温氢侵蚀)机理 氢腐蚀是蒸汽管道、锅炉管与石油化工临氢高温装备中 较常见的失效模式。 这种失效模式可能没有明显的腐蚀现象，但是材料性能 严重退化，事故的隐患已经存在。在氢处理、重整、加 氢裂化等装置中，温度超过260℃，氢的分压大于 689kPa，就有可能发生氢分子在钢的表面分解为原子 氢而发生腐蚀。氢腐蚀是原子氢进入钢铁材料，并与碳 化物反应生成甲烷(Fe3C+4H→3Fe+CH4)，由于甲烷的 分子尺寸大而不易扩散，会使甲烷在晶界或相界面等处 聚集产生局部高压，形成微裂纹，进而材料脆化。 蒸汽管道中发生氢腐蚀的条件为蒸汽压力3～19MPa、 蒸汽温度为315～510℃，并且要由腐蚀过程的阴极析 氢及腐蚀过程所促进的“ 汽水反 应”(3Fe+4H2O→Fe3O4+8H),提供原子氢的来源
2.2.2蒸汽管道爆管事故 ■1994年-1995年油田发生3起稠油热采用注蒸汽管道的爆管事故, 损失达3000万元。湿蒸汽发生器(直流式锅炉)炉管同样发生多起 爆管事故。事故中管道使用寿命最短的仅有43天,一般为一年左 右 注蒸汽管道材料为20g,管道尺寸为Φ127×14。蒸汽温度 318~354℃,压力11~17MPa。给水中含氧量为2mg/1,并 含有氯离子为210mg/1,均远远高于技术要求。 试验分析的主要结果为:①断口为脆性厚唇状),并为“窗口 式”;②管内壁局部腐蚀严重;③腐蚀坑底脱碳层达3mm深;④ 脱碳层内有大量晶界网状微裂纹;⑤定氢试验可以显示出 10.7mg/l高的氢含量;⑥材料冲击韧性很低,仅为10J。这些结 果均说明失效为氢腐蚀机制。 ■采取的预防措施有:①进行锅炉给水的彻底除氧;②采用铬钼低 合金钢管(如15CrMo或12Cr1MoV)以增强氢蚀抗力,同时改进 焊接工艺;③加大管道补偿器弯曲半径,进行焊前预热和焊后热 处理,减少环焊缝等部位的残留应力。通过几年运行,事故不再 发生
2.2.2 蒸汽管道爆管事故 1994年-1995年油田发生3起稠油热采用注蒸汽管道的爆管事故， 损失达3000万元。湿蒸汽发生器(直流式锅炉)炉管同样发生多起 爆管事故。事故中管道使用寿命最短的仅有43天，一般为一年左 右。 注蒸汽管道材料为20g，管道尺寸为Φ127×14。蒸汽温度 318～354℃，压力11～17MPa 。给水中含氧量为2mg/l，并 含有氯离子为210mg/l，均远远高于技术要求。 试验分析的主要结果为：①断口为脆性(厚唇状)，并为“窗口 式” ；②管内壁局部腐蚀严重；③腐蚀坑底脱碳层达3mm深；④ 脱碳层内有大量晶界网状微裂纹；⑤定氢试验可以显示出 10.7mg/l高的氢含量；⑥材料冲击韧性很低，仅为10J。这些结 果均说明失效为氢腐蚀机制。 采取的预防措施有：① 进行锅炉给水的彻底除氧；②采用铬钼低 合金钢管(如15CrMo或 12Cr1MoV)以增强氢蚀抗力，同时改进 焊接工艺；③加大管道补偿器弯曲半径，进行焊前预热和焊后热 处理，减少环焊缝等部位的残留应力。通过几年运行，事故不再 发生
2.2.3氢腐蚀失效预防措施 ■石油精炼工艺或临氢装置在260℃以上不能使用碳钢, 应依照 Nelson曲线选用不同等级的铬钼钢,因为铬钼 可以提高碳化物的稳定性,防止氢腐蚀发生; 应尽量减少钢中碳含量,以提高抗氢腐蚀能力; 由于焊接热影响区是氢腐蚀的敏感区,应当进行焊后 热处理; 使用低合金铬(1%~3%钼钢时对在370~540℃长 期运行引起的回火脆性韧-脆转化温度上升)应当充分 重视,引起回火脆性的元素(Mn,Si,P,S,As,Sn,Sb); 含12%Cr以上的合金钢、奧氏体不锈钢不存在氢腐蚀 问题,可以作为内壁衬里或堆焊材料,但是应当从选 材、堆焊工艺及运行工艺方面防止堆焊层与母材界面 发生的氢剥离以及连多硫酸SCC问题
2.2.3 氢腐蚀失效预防措施 石油精炼工艺或临氢装置在260℃以上不能使用碳钢， 应依照Nelson曲线选用不同等级的铬钼钢，因为铬钼 可以提高碳化物的稳定性，防止氢腐蚀发生； 应尽量减少钢中碳含量，以提高抗氢腐蚀能力； 由于焊接热影响区是氢腐蚀的敏感区，应当进行焊后 热处理； 使用低合金铬(1%～3%)钼钢时对在37 0～540℃长 期运行引起的回火脆性(韧-脆转化温度上升)应当充分 重视，引起回火脆性的元素(Mn,Si,P,S,As,Sn,Sb)； 含12%Cr以上的合金钢、奥氏体不锈钢不存在氢腐蚀 问题，可以作为内壁衬里或堆焊材料，但是应当从选 材、堆焊工艺及运行工艺方面防止堆焊层与母材界面 发生的氢剥离以及连多硫酸SCC问题
2.3湿硫化氢环境腐蚀开裂引起酌重天事 2.3.1湿硫化氢环境腐蚀开裂机理 ■湿硫化氢环境促进钢的氢致开裂有多种形式,包括硫 化物应力腐蚀(SSC、氢鼓泡(HB)、台阶状氢致开裂 〔HIC、应力导向氢致开裂( SOHIC。H2S的存在可以 抑制分子氢的形成,促进原子氢向金属内部扩散。湿 硫化氢环境发生的反应有 硫化氢在水中发生离解: 钢在硫化氢的水溶液中发生电化学反应: 阳极反应 阴极反应: 一般认为高强度钢硫化物应力腐蚀(SSC在80℃以下 温度发生
2.3 湿硫化氢环境腐蚀开裂引起的重大事故 2.3.1 湿硫化氢环境腐蚀开裂机理 湿硫化氢环境促进钢的氢致开裂有多种形式，包括硫 化物应力腐蚀(SSC)、氢鼓泡(HB) 、台阶状氢致开裂 (HIC)、应力导向氢致开裂(SOHIC)。H2S的存在可以 抑制分子氢的形成，促进原子氢向金属内部扩散。湿 硫化氢环境发生的反应有： 硫化氢在水中发生离解： 钢在硫化氢的水溶液中发生电化学反应： 阳极反应： 阴极反应： 一般认为高强度钢硫化物应力腐蚀(SSC)在80℃以下 温度发生
2.3.2硫化物应力腐蚀引起的四川天然气管道爆裂事故 ■四川天然气管道曾经发生多起硫化物应力腐蚀引起的 爆裂事故,其中一起发生在1995年底,泄漏的天然气 引起了火灾。管道为720×8.16mm螺旋焊管,工厂 压力19~2.5MPa ■事故管段已经运行16年。爆口长度1440mm,沿焊缝 扩展。管道内壁腐蚀轻微,断口无明显减薄现象。经 过试验分析,结论为硫化物应力腐蚀引起,与天然气 中含有H2S及补焊工艺不合理使焊缝产生了马氏体组 织和高的残余应力有关
2.3.2 硫化物应力腐蚀引起的四川天然气管道爆裂事故 四川天然气管道曾经发生多起硫化物应力腐蚀引起的 爆裂事故，其中一起发生在1995年底，泄漏的天然气 引起了火灾。管道为720×8.16 mm 螺旋焊管，工厂 压力1.9～2.5MPa。 事故管段已经运行16年。爆口长度1440mm，沿焊缝 扩展。管道内壁腐蚀轻微，断口无明显减薄现象。经 过试验分析，结论为硫化物应力腐蚀引起，与天然气 中含有H2S及补焊工艺不合理 使焊缝产生了马氏体组 织和高的残余应力有关