湿硫化氢应力腐蚀工况下的压力容器设计.pdf

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1、施工应用湿硫化氢应力腐蚀工况下的压力容器设计王宗宇郑伟（山东海成石化工程设计有限公司，山东淄博255400）摘要：简要介绍了湿硫化氢腐蚀环境的破坏机理及损伤形回火、退火、调质。控制碳当量：对于低碳钢和碳锰合金，碳当式，提出了在湿硫化氢应力腐蚀环境下设计人员的注意事项及量CE≤0.43，CE=C+Mn/6；对于低合金钢（包括低温镍钢），碳当设计要求。量CE≤0.45，CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15。关键词:湿硫化氢;应力腐蚀;压力容器③要求供货商对于有害元素化学成份(熔炼分析)应符合如在以原油、天然气、石油气等为原料的炼油，石油化工产业下规

2、定：S≤0.003%、P≤0.010%、Ni≤1.0%、Mn≤1.35%。中，压力容器设备发生湿硫化氢应力腐蚀开裂（SSCC）是一种发④受压元件用钢板及锻件厚度方向断面收缩率Z按如下规[2]生频率较高，后果严重的现象。特别是在我国目前国内原油深定:三个试样平均值≥35，允许其中一个试样≥25。度开采和依靠大量进口外国原油，尤其以中东油品占比较多的⑤钢板应以相同的炉罐号、同厚度及同炉热处理为一批；情况下，油品中硫及硫化物含量较高。作为压力容器设计人员锻件应以相同的炉罐号、同锻造工艺及同炉热处理为一批按对于硫化氢应力腐蚀问题需要格外注意，从设计源头做好预防NACETM-028

3、4-2003A溶液进行抗氢诱导开裂（HIC）试验，要措施，防止这种失效的发生。求:CLR≤5%;CTR≤1.5%;CSR≤0.5%;或者选用舞阳钢厂Q245R1湿H2S腐蚀的破坏机理及损伤形式(HIC)、Q345R(HIC)抗硫化氢腐蚀钢板（钢板制造时腐蚀试验做-+抗氢致开裂检验）。硫化氢在水中电离分解：H2S↔HS+H-+-⑥壳体用钢板厚度大于等于12mm时，钢板应逐张做100%钢在硫化氢水溶液中发生如下反应：Fe+HS→FeS+H+2e+-超声波检测（UT），满足相应标准NB/T47013.3-2015Ⅱ级合格。2H+2e→2H↔H2[2]鼓泡（HB）2.2制造要求氢

4、原子向钢的表面渗透扩散进入钢材内部，在分层处和夹①在冷加工过程中变形量≤2%时不需处理，变形量2%～杂物处聚集并形成氢分子。氢分子太大无法从金属中扩散出5%应做消除应力热处理；大于5%时，应进行正火或回火热去，随着分子数量增加，压力增大产生局部变形。氢鼓泡的发处理。生不需要外加应力作用即可发生，不属于应力腐蚀破坏。②所有焊缝均应经焊接工艺评定，包括对焊、补焊、角焊诱导开裂（HIC）等，在满足强度要求的前提下，尽可能采用低强度焊接材料；所氢鼓泡在金属内部不同深度层面形成，相邻或邻近的鼓泡选用的焊接材料应保证采用相应方法焊成的熔敷金属的化学会扩展裂纹将他们连起来，形成阶梯式开

5、裂，故也叫“阶梯形开成分与主体材料匹配，力学性能应不低于主体材料性能指标。裂”。HIC也不属于应力腐蚀破坏。焊缝外的起弧、打弧点（包括临时焊缝处）均应在热处理前打磨③硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）0.3mm以上，并做磁粉（MT）或着色检查。在拉应力和含水的H2S腐蚀环境共同作用下的开裂现象，③焊接接头焊后不允许有封闭的中间空隙（如衬板等四周是钢材吸收了硫化物腐蚀介质在钢材表面形成的氢原子而形填角焊缝后），如不可避免应开排气孔。成的。焊后消除应力热处理对降低硬度和残余应力有帮助。④不予许存在铁素体钢或双向不锈钢与奥氏体不锈钢之④应力导向氢诱导开裂（SOHIC）间的异种钢焊接

6、接头。与HIC相似，SOHIC的特点是裂纹排列为彼此相重叠，结果2.3焊后热处理是垂直于钢板表面的贯穿性开裂，并引起高应力水平。在这些设备制造完毕后必须进行焊后整体消除应力热处理。热裂纹中在应力引导下加之氢原子的大量聚集形成的氢分子压处理后焊缝、热影响区及母材的硬度Q245RHBW≤180，力，进而发展成SOHIC。SOHIC沿着预先存在的裂纹进一步扩Q345RHBW≤200,焊后热处理能达到消除焊接残余应力，避免展。SOHIC往往伴随其他腐蚀形式出现，故危害性更大。尤其焊缝及其热影响区产生裂纹，改善焊缝接头的力学性能的目[1]SSCC和SOHIC的叠加效应可能造成灾难性

7、事故。的。不得在接触介质侧打钢印。热处理前应将平台、爬梯、管2压力容器设计中的要求架、吊耳等预焊垫板焊好,热处理后不允许再在设备本体上动火2.1选材施工焊接。①压力容器设计首先应考虑选材，虽然采用不锈钢可以防3结语止大部分设备腐蚀破坏，但很不经济。故许多装置仍采用碳钢湿硫化氢应力腐蚀对石化设备危害性大且不易发现。作与低合金钢。当为湿硫化氢应力腐蚀工况时,材料要求碳素钢为压力容器设计人员在设计过程要给予足够重视，从源头上有和低合金钢的屈服强度Rm≤355MPa；材料实测的抗拉强度效控制，对后期企业安全、平稳、高效的运行有重要意义