加氫設(shè)備易損傷！機理、影響因素、防范方法，都在這了！

　　加氫要在高溫高壓臨氫的苛刻環(huán)境下進行，且有的進料物流中還含有硫化氫、氨等腐蝕性介質(zhì)，設(shè)備是非常容易損傷的。今天小七為大家具體講講加氫設(shè)備的損傷有哪些，損傷機理，影響因素，防范措施......

　　加氫設(shè)備有哪些？

　　加氫裝置由于操作條件的特殊性，所以設(shè)備有可能發(fā)生一些特殊的損傷現(xiàn)象。為防止這些破壞性的損傷發(fā)生，不僅要有正確的設(shè)計與選材，而且與正確的制造工藝和正確的操作維護的關(guān)系極大。

　　加氫設(shè)備主要損傷形式？

　　高溫氫腐蝕

　　HA—HydrogenAttack

　　高溫氫腐蝕的形式有兩種。

　　表面脫碳

　　表面脫碳不產(chǎn)生裂紋，表面脫碳的影響一般很輕，其鋼材的強度和硬度局部有所下降而延展性提高。

　　內(nèi)部脫碳與開裂

　　內(nèi)部脫碳是由于氫擴散侵入到鋼中發(fā)生反應(yīng)生成甲烷，即：

　　甲烷聚集于晶界空穴和夾雜物附近，形成很高的局部應(yīng)力，使鋼材產(chǎn)生龜裂、裂紋或鼓泡，并使鋼材強度和韌性顯著下降。由于這種損傷是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，所以它具有不可逆的性質(zhì)，也稱永久脆化現(xiàn)象。

　　其實際的進展是甲烷氣泡在晶界形核、成長及氣泡串通產(chǎn)生晶間微裂紋，最終這些微裂紋能夠連通而形成斷裂通道。

　　孕育期

　　這里要引出一個“孕育期”(或稱潛伏期)的概念。就是對于處在形成甲烷氣泡，但成長速度緩慢且沒有串通的階段，鋼材的力學(xué)性能不發(fā)生明顯改變的這段時間稱為“孕育期”。

　　“孕育期”的概念對于工程上的應(yīng)用是非常重要的。它可被用來確定設(shè)備和管道所采用的鋼材的大致安全使用時間。“孕育期”的長短取決于許多因素，包括鋼種、氫壓、溫度、冷作程度、雜質(zhì)元素含量和作用應(yīng)力等。

　　影響高溫氫腐蝕的主要因素

　　溫度、壓力和暴露時間的影響

　　操作溫度越高，鋼材氫腐蝕越嚴重。大約在200℃以下鋼材一般不易出現(xiàn)氫腐蝕。

　　操作壓力（氫分壓）越高，鋼材氫腐蝕程度越嚴重。當氫分壓≤0.7MPa時，鋼材基本上不會發(fā)生氫腐蝕。操作溫度和壓力的影響歸結(jié)為對鋼中氫平衡濃度的影響即：

　　C—氫濃度，ppm；

　　P—氫分壓；

　　T—操作溫度，K

　　合金元素和雜質(zhì)元素的影響

　　氫分壓在6.9Mpa以下，溫度低于538℃鋼中微量合金元素的作用為：

　　1、Mo的抗氫蝕能力為Cr的4倍。

　　2、Mo的抗氫蝕能力與v、Ti和Nb相當（Nb≤0.1%時）。

　　3、Si、Ni、Ca不增加抗氫蝕能力。

　　4、P、S降低抗氫蝕能力。

　　應(yīng)力的影響

　　氫脆

　　HE—HydrogenEmbrittlement

　　特征

　　所謂氫脆，是由于氫殘留在鋼中所引起的脆化現(xiàn)象。產(chǎn)生了氫脆的鋼材，其延伸率和斷面收縮率顯著下降。氫脆是可逆的，也稱作一次脆化現(xiàn)象。氫脆發(fā)生的溫度從室溫~約150℃的范圍。隨溫度升高，氫脆效應(yīng)下降，當溫度超過71℃~82℃時大概不太容易發(fā)生。所以，實際加氫裝置中氫脆損傷往往都是發(fā)生在裝置開、停工過程的低溫階段。

　　如何防止產(chǎn)生氫脆？

　　1、氫脆的敏感性一般是隨鋼材強度的提高而增加。因此，要求所用鋼材強度不要超過規(guī)定值，而且應(yīng)正確地施行PWHT，消除殘余應(yīng)力控制熱影響硬度。

　　2、顯微組織對氫脆也有影響，如未回火的材料和珠光體組織對氫脆更敏感。

　　3、鋼材的氫脆化程度與鋼中的氫含量密切相關(guān)，在可能發(fā)生氫脆的溫度下，存在著不引起亞臨界裂紋擴展的氫濃度，稱之為安全氫濃度。它與鋼材的強度水平、裂紋尖端的拉應(yīng)力大小以及裂紋的幾何尺寸有關(guān)。

　　4、通過無損檢測，盡可能消除宏觀缺陷。

　　5、控制開停工中升溫升壓、降溫降壓過程。

　　6、在加氫反應(yīng)器等臨氫設(shè)備中還存在不銹鋼氫脆損傷的現(xiàn)象(有的還兼有σ相脆化)，其部位多發(fā)生在反應(yīng)器催化劑支持圈的角焊縫上以及法蘭梯型槽密封面的槽底拐角處。防止此類損傷的發(fā)生，主要應(yīng)從結(jié)構(gòu)設(shè)計上、制造過程中和生產(chǎn)操作方面采取如下措施：

　　a、盡量減少應(yīng)變幅度，降低熱應(yīng)力和避免應(yīng)力集中（加大密封槽和支持凸臺轉(zhuǎn)角半徑）。

　　b、盡量保持Tp.347堆焊金屬或焊接金屬有較高的延性（密封槽和支持凸臺表面堆焊層待焊后熱處理后再堆焊和加工）。

　　c、裝置停工時盡量使鋼中吸藏的氫釋放出去。

　　d、盡量避免非計劃的緊急停工。

　　高溫硫化氫＋氫腐蝕

　　H2S+H2腐蝕

　　氫裝置中高溫硫化氫＋氫共存條件下，當溫度超過204℃時，對設(shè)備和管道的腐蝕，要比硫化氫單獨存在時對鋼材產(chǎn)生的腐蝕還要劇烈和嚴重。其腐蝕速度一般隨著溫度的升高而增加。

　　主要影響因素：

　　溫度、氫、硫化氫濃度和合金成分。

　　連多硫酸應(yīng)力腐蝕開裂

　　開裂特征與起因

　　連多硫酸(H2SxO6，X=3～6)應(yīng)力腐蝕開裂也屬硫化物應(yīng)力腐蝕開裂，一般為晶間裂紋。連多硫酸的形成是由于設(shè)備在含有高溫硫化氫的氣氛下操作時生成了硫化鐵，而當設(shè)備停止運轉(zhuǎn)或停工檢修時，它與出現(xiàn)的水份和進入設(shè)備內(nèi)的空氣中的氧發(fā)生反應(yīng)的結(jié)果。

　　防止對策

　　1、在設(shè)計上要選用合適的材料。同時結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)盡量避免有應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)。

　　2、制造上要盡量消除或減輕由于冷加工和焊接引起的殘余應(yīng)力，并注意加工成不形成應(yīng)力集中或應(yīng)力集中盡可能小的結(jié)構(gòu)。

　　3、使用上主要是緩和環(huán)境條件。

　　鉻-鉬鋼的回火脆性損傷

　　TemperEmbrittlement

　　由于Cr-Mo鋼具有很好的抗高溫氫腐蝕性能和很優(yōu)良的綜合機械性能，所以廣泛地應(yīng)用在加氫反應(yīng)器上。但在長期使用后，會出現(xiàn)程度不同的回火脆化現(xiàn)象。

　　現(xiàn)象及其特征

　　Cr-Mo鋼的回火脆性是將鋼材長時間地保持在大約343℃～593℃，或者從這溫度范圍緩慢地冷卻時，由于冶金的變化，使材料的韌性引起劣化損傷的現(xiàn)象。它產(chǎn)生的原因是由于鋼中有害的雜質(zhì)元素（如P、Sn、Sb、As）和某些合金元素（如Si、Mn）向原奧氏體晶界偏析，使晶界凝集力下降所至。

　　回火脆性對于抗拉強度和延伸率來說，幾乎沒有反映，主要是在進行沖擊性能試驗時才能觀測到很大的變化。材料一旦發(fā)生回火脆性，就使韌脆性轉(zhuǎn)變溫度向高溫側(cè)遷移。

　　影響回火脆性的主要因素

　　影響回火脆性的主要因素很多，如化學(xué)成分、制造時的熱處理條件、加工時的熱狀態(tài)、強度大小、塑性變形、碳化物的形態(tài)、使用時所保持的溫度和時間等等。而且有些因素相互間還有關(guān)連，情況較為復(fù)雜。

　　化學(xué)成分的影響

　　化學(xué)成分中的雜質(zhì)元素(如P、Sn、As、Sb)和某些合金元素(如Si、Mn等)對回火脆性影響很大。

　　在工程應(yīng)用上通常采用兩個與化學(xué)元素有關(guān)的經(jīng)驗式來描述回火脆性的大小。

　　熱處理工藝的影響

　　熱處理工藝的影響，主要是奧氏體化溫度及其奧氏體化后的冷卻速度對回火脆性敏感性有很大的影響。

　　1、提高奧氏體化溫度，容易產(chǎn)生回火脆化。

　　2、提高奧氏體化溫度的冷卻速度，回火脆化敏感性增大。(這與力學(xué)性能的要求是互相矛盾的，為此，必須探索一個最佳的熱處理工藝方案）

　　回火脆化度的評價

　　1、等溫時效（Isothermalaging）處理，也即等溫脆化處理。

　　2、階梯冷卻或步冷法（StepCooling）處理，它在工程上被廣泛地采用。所謂階梯冷卻法就是將試驗材料的試樣置于回火脆化溫度范圍內(nèi)階梯式地進行保溫與冷卻(一般多是采用5個階梯)，使它發(fā)生回火脆化的方法。

　　奧氏體不銹鋼堆焊層的氫致剝離

　　Disbonding

　　現(xiàn)象與特征

　　從宏觀上看，剝離的路徑是沿著堆焊層和母材的界面擴展的，在不銹鋼堆焊層與母材之間呈剝離狀態(tài)，故稱剝離現(xiàn)象，從微觀上看，剝離裂紋發(fā)生的典型狀態(tài)有沿著熔合線上所形成的碳化鉻析出區(qū)和沿著長大的奧氏體晶界擴展的兩大類。

　　剝離現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因

　　1、由于制作反應(yīng)器本體材料的Cr-Mo鋼和堆焊層用的奧氏體不銹鋼具有不同的氫溶解度和擴散速度，使堆焊層過渡區(qū)的堆焊層側(cè)出現(xiàn)了很高的氫濃度。

　　2、由于母材和堆焊層材料的線膨脹系數(shù)差別較大，在界面上存在著相當可觀的殘余應(yīng)力。

　　3、堆焊過程中，在境界層上可能會形成沿融合層生長的粗大結(jié)晶。

　　影響堆焊層氫致剝離的主要因素

　　除金屬材料本身的因素外，環(huán)境條件和制造工藝都將對堆焊層氫致剝離產(chǎn)生影響。

　　環(huán)境條件：操作溫度、氫分壓、冷卻速度、反復(fù)加熱冷卻的循環(huán)次數(shù)。

　　制造工藝：主要是焊接方法、焊接條件和焊后熱處理的影響。

　　防止堆焊層氫致剝離的措施

　　降低界面上的氫濃度（選材，控制冷卻速度）。

　　減輕殘余應(yīng)力。

　　設(shè)法使堆焊層熔合線附近的組織具有較低的氫脆敏感性。

　　嚴格遵守操作規(guī)程,盡量避免非計劃的緊急停車。

　　在正常停工時應(yīng)采取能使氫盡可能從器壁內(nèi)釋放出去的停工條件。