炼油设备中的湿硫化氢腐蚀与防护1【完整版】(文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用,可编辑放心下载）2003年第6期炼油设备中的湿硫化氢腐蚀与防护冯秀梅薛莹〔中石化股份公司天津分公司炼油厂设计所，天津300271〕・57・摘要阐述了湿硫化氢环境中炼油设备腐蚀开裂的机理、特点、相关因素以及相关的防护措施，并对应该注意的问题进行了讨论。关键词炼油设备应力腐蚀湿硫化氢开裂浓度焊接1前言湿硫化氢腐蚀是指液相水和硫化氢共存〔或含水物在露点以下〕时硫化氢所引起的腐蚀。当容器承装的介质含有H2S且符合以下条件时，那么为湿硫化氢应力腐蚀破裂环境：〔1〕H2S分压大于或等于345Pa。〔2〕介质中含有液相水或操作温度处于露点之下。〔3〕介质pH<6，但当介质中含有氰化物时pH可大于7。在加工含硫原油的炼油厂二次加工装置轻油系统中，都普遍存在湿硫化氢腐蚀。加上在这些系统中有HCl、HCN、CO2的共存，在焊接接头剩余应力和材料自身应力的促进下，加速了在湿硫化氢环境下的在役炼油设备出现局部或整体腐蚀破坏。2湿硫化氢环境中过程设备的腐蚀开裂过程钢在湿硫化氢环境中的腐蚀反响过程如下：硫化氢在水中发生分解：H2S!H++HS-"H++S2-钢在H2S的水溶液中发生电化学反响：阳极反响：Fe#Fe2++2eFe2++S2-#FeS"Fe2++HS-#FeS"+H+阴极反响：2H++2e#2H#H2$"2H〔渗透到钢材中〕从以上反响过程可以看出，硫化氢在水溶液中离解出的氢离子，从钢中得到电子后复原成氢原子。氢原子间有很大的亲和力，易结合在一起形成氢分子排出。但是，如果环境中存在硫化物、氰化物将会削弱氢原子间的亲和力，致使氢分子形成的反响被破坏。这样一来，极小的氢原子就很容易渗入到钢的内部，溶解在晶格中。固溶于晶格中的氢原子具有很强的游离性，它影响钢材的流动性和断裂行为，导致氢脆的发生。3湿硫化氢环境中腐蚀开裂的形式湿硫化氢环境除了可以造成过程设备的均匀腐蚀外，更重要的是引起一系列与钢材渗氢有关的腐蚀开裂，具体有如下四种形式。3.1氢鼓泡〔HB〕腐蚀过程中析出的氢原子向钢中扩散，在钢材的非金属夹杂物、分层和其他不连续处,易聚集形成分子氢，由于在钢的组织内部的氢分子很难逸出，从而形成强大内压导致其周围组织屈服，形成外表层下的平面孔穴结构称为氢鼓泡，其分布平行于钢板外表。它的发生与外加应力无关，与材料中的夹杂物等缺陷密切相关。3.2硫化氢应力腐蚀开裂〔SSCC〕湿硫化氢环境中腐蚀产生的氢原子渗入钢的内部，固溶于晶格中，使钢材的脆性增加，在外加拉应力或剩余应力作用下形成的开裂，称为硫化物应力腐蚀开裂。SSCC通常发生在焊缝或热影响区中高强度、低韧性显微组织存在的部位。这些部位表现为具有高硬度值。SSCC与钢材的化学成分、力学性能、显微组织、外加应力与剩余应力之和以及焊接工艺等有密切关系。3.3氢诱导开裂〔HIC〕・58・化工设备与管道第40卷在氢分压的作用下，不同层面上的相邻氢鼓泡裂纹相互连接，形成阶梯状特征的内部裂纹称为氢诱导开裂，裂纹也可扩展到金属外表。HIC和钢材内部的夹杂物或合金元素在钢中偏析产生的不规那么微观组织密切相关，而与钢材中的拉应力无关。因而，焊后热处理不能改善钢材对HIC的抗力。3.4应力向氢诱导开裂〔SOHIC〕在应力引导下，夹杂物或缺陷处因氢聚集而形成的小裂纹迭加沿着垂直于应力的方向〔即钢板的壁厚方向〕开展导致的开裂称为应力向氢诱导开裂。SOHIC发生在焊缝的热影响区及高应力集中的区域。开裂可能由于SSCC发生，其结果造成应力集中，继而形成SOHIC，使开裂不断扩展，但前者不是后者的先决条件。SOHIC和钢材内部的杂质、拉应力有关。因此低杂质含量的钢材及焊后热处理对SO-HIC有较好的抗力。4炼油厂湿硫化氢环境存在的部位在炼油工业，湿硫化氢环境通常存在于原油二次加工装置的轻油部位。如催化裂化的分馏及轻馏分回收系统〔H2S-HCN-H2O〕、干气及液化石油气脱硫装置的再生和冷却系统〔H2S-CO2-H2O〕、酸性水汽提装置〔H2S-HCN-NH3--H2O〕、加氢裂化和加氢脱硫装置冷却器及液化气球罐、轻油储罐顶部〔H2S-H2O〕等。湿硫化氢不致引起压力容器开裂的硫化氢浓度上限目前尚未建立，但工业上的经验值为50ppm，亦即H2S浓度低于50ppm不会对碳钢压力容器形成应力腐蚀开裂。NACE的有关准那么指出，对于操作温度在常温到150℃之间的压力容器，在以下环境中很容易产生氢