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渣油加氢腐蚀
1.渣油加氢装置各部分腐蚀及损伤类型
1.1进料及反应部分
●渣油加氢装置的进料反应部分工艺介质主要为高硫渣油、H2、轻油、H2S、温度150~410℃,压力0.4~21MPa。
主要设备有原料缓冲罐、增压泵、中低压换热器、过滤器、高压泵、高压换热器、加热炉、反应器。
●设备和管线存在的腐蚀及损伤主要是湿H2S腐蚀、高温H2S腐蚀、高温H2S+H2腐蚀、氢损伤、连多硫酸应力腐蚀、氯化物应力腐蚀、堆焊层氢剥离、回火脆化、σ相脆化。
1.2反应产物分离部分
●装置的分离部分工艺介质主要为含硫渣油、轻油、H2、H2S、水、胺液等。
温度4O~380℃,压力1~19MPa。
主要设备有冷高分、热高分、高压换热器、高压空冷器、循环氢脱硫塔、循环氢压缩机、冷低分、热低分、中低压换热器等。
●此部分存在的腐蚀及损伤类型主要是高温H2S+H2腐蚀、氢损伤、堆焊层氢剥离、连多硫酸应力腐蚀、回火脆化、氯化物应力腐蚀、湿H2S腐蚀、NH3+H2S+H2O型腐蚀、胺腐蚀等。
1.3分馏部分
●装置的分馏部分工艺介质主要为含硫渣油、轻油、氢气、硫化氢、水等。
温度从40~380℃不等,压力一般为0.1~1.5MPa。
主要设备有汽提塔、分馏炉、分馏塔、中低压换热器、回流罐等。
●此部分存在的腐蚀及损伤类型主要是高温H2S腐蚀、湿H2S腐蚀、连多硫酸应力腐蚀、氯化物应力腐蚀等。
1.4氢气压缩系统
●装置的氢气压缩系统工艺介质主要是氢气。
温度一般为40~150℃,压力为24~21Mpa。
主要设备有压缩机、压缩机级间分液罐、压缩机级间冷却器。
●此部分存在的腐蚀及损伤类型主要是氢脆。
2.渣油加氢装置常见腐蚀类型
2.1硫化氢腐蚀
2.1.1湿H2S腐蚀
2.1.1.1定义:
湿H2S腐蚀一般指液相水和H2S共存时H2S所引起的腐蚀。
湿硫化氢的腐蚀主要是由于电化学腐蚀和反应产生的氢原子扩散至钢中引起的。
2.1.1.2腐蚀环境:
《压力容器监察规定》中的定义:
●温度≤(60+2P)℃,其中P为压力,MPa(表压);
●硫化氢分压≥0.00035MPa,即相当于常温水中的溶解度≥10mg/L;
●介质中含有液相水或处于水的露点以下;
●pH<9或有氰化物(HCN)存在。
2.1.1.3湿硫化氢引起钢材损伤的形式:
●均匀腐蚀。
由于电化学腐蚀引起的表面腐蚀,使壳壁减薄。
●氢鼓泡(HB)。
腐蚀过程中析出的氢原子渗入钢中,在某些关键部位形成氢分子并聚集,引起界面开裂(不需要外加应力),形成鼓泡,其发布平行于钢板表面。
●氢致开裂(HIC)。
在钢内部发生氢鼓泡区域,当氢的压力继续升高时,小的鼓泡裂纹趋向于相互连接,有阶梯状特征的氢致开裂。
钢中MnS夹杂物的带状发布增加HIC的敏感性。
HIC发生不需要外加应力。
●应力导向氢致开裂(SO-HIC)。
应力导向氢致开裂是由应力引导下,在杂物与缺陷处因氢聚集而形成的成排的小裂纹沿垂直于应力方向发展。
SOHIC常发生在焊接街头的热影响区及高应力集中区,应力集中经常是由裂纹缺陷或应力腐蚀裂纹引起的。
●硫化物应力腐蚀开裂(SCC)。
硫化氢腐蚀产生的氢原子渗透到钢的内部,溶解于晶格中,导致脆化,在外加垃应力或残余应力作用下形成开裂。
硫化物应力腐蚀开裂通常发生在焊缝热影响区的高硬度区。
●硫化氢的腐蚀不但危害设备及管线,而且这些腐蚀产生物被带进反应器内,将会堵塞床层,导致压差升高,影响开工周期。
2.1.1.4腐蚀的防护措施:
●对介质中硫化氢含量低、腐蚀不太严重的,往往采用普通的碳素钢,适当加大腐蚀余量,并在制造程序上加入消除应力的焊后热处理。
●对腐蚀性中等的场合,选用抗HIC钢材。
●对腐蚀性非常苛刻的工况,可采用隔绝的方法,即在内壁衬上(或堆焊上)一层抗腐蚀的金属将硫化氢腐蚀介质与基层钢板隔开。
●可注入缓蚀剂,缓蚀剂的作用是覆着在器壁、罐管壁上,起到保护作用。
2.1.2高温H2S腐蚀
2.1.2.1腐蚀机理:
对于以碳钢或低铬钢制的设备,在操作温度高于204℃,硫化氢的腐蚀速度将随着温度的升高而增加。
硫化氢与铁反应生成硫化亚铁。
反应式为:
Fe+H2S=FeS+H2
2.1.2.2腐蚀环境:
硫化氢是加氢过程中不可避免的气体组分,除原料中带来的硫化物经加氢生成后生产H2S外,在预硫化时,也需加DMDS。
这部分硫,一部分与催化剂作用,多余部分则生产H2S。
为了保持催化剂的活性,也要求循环氢中保持一定的硫化氢浓度。
2.1.2.3腐蚀形式:
●均匀腐蚀。
●FeS是一种具有脆性、易脱落,不起作用的锈皮,对反应器、换热器及高压管线危害极大。
2.1.2.4影响腐蚀速度的因素:
●影响硫化氢腐蚀速度的因素主要温度和硫化氢浓度。
●当硫化氢在200~250℃以下,对钢材不产生腐蚀或甚微,当温度大于260℃时,腐蚀加快,随着温度的升高而徒直地加剧,尤其温度在315~480℃之间时,每增加55℃,腐蚀速率增加2倍。
●硫化氢浓度越大、分压越高,腐蚀越厉害,在硫化氢体积浓度超过1%时速率达到最大。
●当硫化氢和氢共存的条件下,比硫化氢单独存在时产生的腐蚀更严重,氢在腐蚀过程中加速了腐蚀的进展。
在环境温度大于200℃以上条件,氢会渗入金属表面FeS保护膜,使其而失去保护作用。
FeS保护膜反复剥离、生成,加快腐蚀。
●在硫化氢和氢共存条件下,可根据柯珀曲线来估算材料的腐蚀率。
该曲线是美国腐蚀工程师学会(NACE)的一个专门小组通过大量的试验和生产数据经电子计算机反复回归处理、关联后整理出来的。
据验证按此曲线估算出来的腐蚀率与工业装置的经验比较接近。
对于不同铬含量(0~9%)的铬钢的腐蚀率,先按给定的硫化氢浓度和温度求出碳钢的腐蚀率,然后再乘以相应铬含量的系数。
2.1.2.5腐蚀的防护措施:
●控制循环氢中的硫化氢浓度,不要超过规定范围;
●选用抗硫化氢腐蚀的钢材或采取防腐措施,如用不锈钢金属衬里或用渗铝技钢等;
●对于在硫化氢和氢共存条件下的材料选择,应在参考Nelson曲线的基础上,根据Couper曲线来估算材料的腐蚀率来进行。
具体设备的选择可参考石化标准(SH/T3096-2001加工高硫原油重点装置主要设备设计选材导则》来进行。
●通常此部分管线和设备主材选用像TP321、TP347等奥氏体不锈钢。
高压换热器管程、壳程和壳体通常选用像1.25Cr1Mo钢等低合金钢,并且壳体通常内壁堆焊奥氏体不锈钢(TP309+TP347)。
换热管通常选用0Cr18Ni1OTi。
2.2氢损伤
●临氢设备及管线由于氢存在或与氢反应而引起其机械性能破坏通称为氢损伤。
●氢损伤大致有四种不同类型:
氢鼓泡、氢脆、氢腐蚀(表面脱碳)和氢侵蚀(内部脱碳)。
●氢鼓泡和氢脆是原子氢渗入钢材后与钢材未发生反应,仅由于氢的存在而造成的损伤;
●氢腐蚀和氢侵蚀则是氢与钢中碳反应生成甲烷而造成的氢损伤。
2.2.1氢腐蚀
2.2.1.1腐蚀机理
●氢腐蚀是在高温高压条件下,分子氢发生部分分解而变成原子氢或离子氢,并通过金属晶格和晶界向钢中扩散,扩散侵入钢中的氢与不稳定的碳化物发生化学反应,生成甲烷气泡(它包含甲烷的成核过程和成长),并在晶间空穴和非金属夹杂部位聚集,而甲烷在钢中的扩散能力很小,聚积在晶界原有的微观孔隙(晶间空穴和非金属夹杂部位)内,形成局部高压,造成应力集中,使晶界变宽,并发展成为裂纹,开始时是很微小的,但到后期,无数裂纹相连,引起钢的强度、延性和韧性下降与同时发生晶间断裂。
●由于这种脆化现象是发生化学反应的结果,所以他具有不可逆的性质,也称永久脆化现象。
2.2.1.2腐蚀形式
在高温高压氢气中操作的设备所发生的氢腐蚀有两种形式:
一是表面脱碳,二是内部脱碳。
●表面脱碳不产生裂纹,这点与钢材暴露在空气、氧气或二氧化碳等一些气体所产生的脱碳相似,表面脱碳的影响一般很轻,其钢材的强度和硬度局部有所下降而延性有所提高。
●内部脱碳是由于氢扩散侵入到钢中发生反应生成甲烷,而甲烷又不能扩散到钢外,就聚集于晶界或夹杂物附近。
形成了很高的局部应力,使钢产生龟裂、裂纹或鼓包,其力学性能发生显著的劣化。
●表现为晶间腐蚀开裂。
2.2.1.2影响氢腐蚀的主要因素:
●操作温度、氢分压和接触时间的影响:
◆温度越高或者压力越大发生高温氢腐蚀的起始时间越早。
◆氢分压8.0MPa是个分界线,低于此值影响比较缓和,高于此值影响比较明显。
◆操作温度200℃是个临界点,高于此温度钢材氢腐蚀程度随介质的温度升高而逐渐加重。
◆温度对钢中氢浓度的影响比系统氢分压更显著。
●钢材中合金元素、杂质的影响:
◆在钢中不能形成稳定碳化物的元素(如镍、铜)对改善钢的抗氢腐蚀的性能毫无作用;而在钢中添加形成很稳定碳化物的元素(入铬、钼、钒、钛、钨等),就可以使碳的活性降低,从而提高钢材抗氢腐蚀的能力。
◆合金元素的复合添加和各自添加对抗氢腐蚀性能的影响的效果不同。
例如铬、钼的复合添加比两个元素单独添加时可使抗氢腐蚀性能进一步提高。
在加氢高压设备中广泛地使用着铬钼钢,其原因之一也在于此。
◆关于杂质的影响,在针对2.25Cr-1Mo钢的研究已发现,锡、锑会增加甲烷气泡的密度、大小和生成速率,且锡还会使气泡直径增大,从而对钢材的抗氢腐蚀性能产生不利影响。
因为甲烷“气泡”的形成,其关键还不在于“气泡”的生产,而是在于“气泡”的密度、大小和生成速率。
●热处理的影响:
◆钢的抗氢腐蚀性能,与钢的显微组织也有密切关系。
回火过程对钢的氢腐蚀性能也有影响。
对于淬火状态,只需很短时间加热就出现了氢腐蚀。
但是一施行回火,且回火温度越高,由于可形成稳定的碳化物,抗氢腐蚀性能就得到改善。
◆对于在氢环境下使用的铬-钼钢设备,施行了焊后热处理同样具有可提高抗氢腐蚀能力的效果。
曾有试验证明,21/4Cr-1Mo钢焊缝若不进行焊后热处理的话,则发生氢腐蚀的温度将比纳尔逊曲线表示的温度低100℃以上。
●应力的影响:
◆在高温氢腐蚀中,应力的存在肯定会产生不利的影响。
已有一些试验证明,在高温氢气中蠕变强度会下降。
特别是由于二次应力(如热应力或由冷作加工所引起的应力)的存在会加速高温氢腐蚀。
◆当没有变形时,钢材具有较长的“孕育期”,随着冷变形量增大,“孕育期”逐渐缩短,当变形量达到39%时,则在任何试验条件下都无“孕育期”,只要暴露在此条件的氢气中,裂纹立刻就发生。
因此对于临氢压力容器的受压元件,应重视采用热处理消除残余应力。
◆氢腐蚀潜伏期:
在高温高压氢的作用下,钢材的破坏往往不是突出发生的,而是经历一个过程,在这个过程中,钢材的机械性能并无明显变化,这一过程就称为潜伏期或孕育期。
潜伏期的长短与钢材的类型和暴露条件有关。
条件苛刻,潜伏期就短,甚至几小时就破坏。
在高温压力比较低的条件下,潜伏期可能就长一些.知道钢材的氢腐蚀潜伏期后,对掌握设备的安全运转时间有很重要的意义。
●不锈钢复合层和堆焊层的影响:
由于氢在奥氏体不锈钢以及铁素体钢中的溶解度和扩散系数不同,因此完整冶金结合的奥氏体不锈钢复合层和堆焊层能降低作用在母材中的氢分压。
2.2.1.3氢腐蚀的防护:
●采用内保温、降低筒壁温度;
●采用耐氢腐蚀的钢板做反应器筒体;
●采用抗氢腐蚀的衬里(如0Cr13、1Cr18Ni9Ti等)
●采用多层式结构,可在壁上开排气孔及特殊的集气层,将内筒渗过来的氢气集中起来排走。
●采用催化剂内衬筒式反应器,新氢走环形空间,使筒壁降温。
●在实际应用中,对于一台设备来说,焊缝部位的氢腐蚀更不可忽视。
因为通常焊接接头的抗氢腐蚀性能不如目材,特别是热影响区的粗晶区附近更显薄弱应引起重视。
2.2.1.4高温高压氢环境中材料的选用:
●对于操作在高温高压氢环境下的设备材料选用,都是按照“纳尔逊曲线”来选择的。
◆该曲线最初是在1949年由G.A纳尔逊收集到的使用经验数据绘制而成,并由API(美国石油学会)提出。
◆从1949年至今,根据实验室的许多试验数据和实际生产中所发生的一些按当时的纳尔逊曲线认为安全区的材料在氢环境使用后发生氢腐蚀破坏的事例,相继对曲线进行过7次修订。
◆现最新版本为APIRP(推荐准则)941第(5版)“炼油厂和石油化工厂用高温高压临氢作业用钢”。
一直是最有用的抗高温氢腐蚀选材的一个指导性文件。
●在应用此图进行选材时,还应该注意以下几点:
◆纳尔逊曲线线仅仅只涉及到材料的高温氢腐蚀,它并不考虑在高温时的其他重要因素引起的损伤,比如系统中还存在着像硫化氢等其他腐蚀介质的情况,可能发生回火脆性等损伤以及可能与高温氢腐蚀发生叠加作用的损伤等。
◆由于纳尔逊曲线已经过多次修订,使用时务必按照最新版的曲线选用,以保证使用的可靠性。
◆在实际应用中,对于一台设备来说,焊缝部位的氢腐蚀更不可忽视。
因为通常焊接接头的抗氢腐蚀性能不如母材,特别是在热影响区的粗晶区附近更显薄弱。
◆在进行选材时,尽量减少不利影响的杂质元素含量,注意控制非金属夹杂物的含量和作用应力水平以及进行充分的回火和焊后热处理等对提高钢材抗高温氢腐蚀都是有好处的。
2.2.2氢脆
2.2.2.1氢脆损伤机理
●所谓氢脆,就是由于氢残留在钢中所引起的脆化现象。
产生了氢脆的钢材,其延伸率和断面收缩率显著下降。
这是由于侵入钢中的原子氢,使结晶的原子结合力变弱,或者作为分子状态在晶体或杂物周边上析出的结果。
●但是,在一定的条件下,若能使氢较彻底释放出来,钢材的力学性能仍可得恢复。
这一特性与氢蚀截然不同,所以氢脆是可逆的,也称作一次性脆化现象。
●氢脆的敏感性一般是随钢材的强度的提高而增加,钢的显微组织对氢脆也有影响。
钢材氢脆化的程度还与钢中的氢含量密切相关。
强度越高,只要吸收少量的氢,就可引起很严重的脆化。
●对于操作在高温高压氢环境下的设备,在操作状态下,器壁中会吸收一定量的氢。
在停工的过程中,若冷却速度太快,使吸收的氢来不及扩散出来,造成过饱和氢残留在器壁内,就可能在温度低于150℃时引起亚临界裂纹扩展,对设备的安全使用带来威胁。
2.2.2.2加氢设备中的氢脆损伤:
在高温高压临氢设备中,特别是内表面堆焊有奥氏体不锈钢堆焊层的加氢反应器,曾发生过一些氢脆损伤的实例。
其部位多发生在反应器支持圈角焊缝上以及堆焊奥氏体不锈钢的梯形槽法兰密封面的槽底拐角处。
这是在反应器上所发生的典型的氢脆裂纹情况。
这些裂纹经试验分析认为是下列因素作用的结果:
●此类反应器从正常操作状态下停工时,在器壁的母材(如21/4Cr-1Mo)中一般吸收有2~5ug/g的氢,而在不锈钢堆焊层或焊接金属中吸藏约30~50ug/g的氢而使材料发生氢脆;
●TP347堆焊或焊接金属中因含有一定量的α铁素体,在制造中的最终焊后热处理过程中有一部分α铁素体转变成脆性的σ相;
●由于铬-钼钢母材与奥氏体不锈钢堆焊层或焊接金属之间的线膨胀系数差别较大而形成较大的热应力,或这些部位存在一些尖角或过度半径偏小等造成较大的应力集中。
已有许多试验证明,像回火脆化敏感性较强的21/4Cr-1Mo钢,有可能存在着回火脆化和氢脆的叠加效应。
由于回火脆化使夏比断口转变温度VTrs上升,氢致裂纹的晶间断口率也随之增加,氢致裂纹临界应力强度因子Kih相应就下降。
所以此损伤实例就是因为氢致裂纹扩展引起了亚临界裂纹扩展而进入到母材。
2.2.2.3防止氢脆的若干对策:
从上述一些氢脆损伤例的原因分析中可以归纳出,要防止此类损伤发生,主要应从结构设计上、制造过程中和生产操作方面采取如下措施:
●尽量减少应变幅度,这对于改善使用寿命很有帮助。
采取降低热应力和避免应力集中等措施都是有效的。
●尽量保持TP347堆焊金属或焊接金属有较高的延性。
◆是要控制TP347中α铁素体含量,焊态时最大值以10%为宜(为防止焊接中产生热裂纹,下限可控制不低于3%),以避免含量过多时在焊后最终热处理过程转变成较多的σ相而产生脆性;
◆是对于前述那些易发生氢脆的部位,应尽量省略TP347堆焊金属或焊接金属的焊后最终热处理,以提高其延展性。
因为不锈钢焊接金属的氢脆与奥氏体基体中的α铁素体含量和σ相的存在密切相关。
α铁素体量越多,经焊后热处理后所形成的σ相的比例越大,其材料延性越差,这时再吸收氢的话,焊接金属的延性将进一步降低.
●装置停工时冷却速度不应过快,且停工过程中应有使钢中吸藏的氢能尽量释放出去的工艺过程,以减少器壁中的残留氢含量。
另外,尽量避免非计划的紧急停工:
(紧急放空)也是非常重要的。
因为此状况下器壁中的残留氢浓度会很高。
2.2.3奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离
2.2.3.1堆焊层的氢致剥离现象
加氢装置中,用于高温高压场合的一些设备(如反应器),为了抵抗硫化氢的腐蚀,在内表面都堆焊了几毫米厚的不锈钢堆焊层)多为奥氏体不锈钢。
奥氏体不锈钢堆焊层会发生氢剥离。
其主要原因一方面是在堆焊层与母材之间的境界层上有过饱和氢存在,使得境界层产生氢脆,降低了材料的韧性;另一方面奥氏体不锈钢和母材之间热膨胀的热应力差以及残余应力也能导致堆焊层剥离。
氢剥离一般是沿平行于器壁的方向产生和扩展,也有沿壁厚方向扩展的它本质上就是氢致延迟开裂。
2.2.3.2堆焊层的氢致剥离的主要特征
●堆焊层剥离现象也是氢致延迟开裂的一种形式。
◆高温高压氢环境下操作的反应器,氢会侵入扩散到器壁中。
◆由于制作反应器本体材料的Cr-Mo钢(如21/4Cr-1Mo钢)和堆焊层的奥氏体不锈钢(如.TP309和TP347)的结晶结构不同,因而氢的溶解度和扩散速度都不一样,使堆焊层界面上氢浓度形成不连续状态。
◆而且由于母材的溶解度与温度的依赖性更大,当反应器从正常运行状态下停工冷却到常温状态时,氢在母材中溶解度的过饱和度要比堆焊层大得多,使在过渡区(系堆焊金属被母体稀释引起化学成分变化的区域)附近吸收的氢将从母材侧向堆焊层侧扩散移动。
◆而氢在奥氏体不锈钢中的扩散系数却比Cr-Mo钢小,所以氢在堆焊层内的扩散就很慢,导致在过渡区界面上的堆焊层侧聚集大量的氢而引起脆化,使过渡区氢致开裂的临界应力强度因子KIH比起堆焊层和母材都要低得多。
◆另外,由于母材和堆焊层材料的线膨胀系数差别较大,在反应器制造时会形成相当可观的残余应力。
据测试结果,堆焊层界面上的正拉伸残余应力可达137.3~205.9MPa。
还有,由于过饱和溶解氢结合成分子形成的氢气压力也会产生很高的应力。
◆上述这些原因就有可能使堆焊层界面发生剥离,而且经过超声检测和声发射试验的监测,发现剥离并不是从操作状态冷却到常温时就马上发生,而是要经过一段时间以后(需要一定的孕育期)才可观察到这种现象。
●从宏观上看,剥离的路径是沿着堆焊层和母材的界面扩展的,在不锈钢堆焊层与母材之间呈剥离状态,故称剥离现象。
●从微观上看,剥离裂纹发生的典型状态有沿着熔合线上所形成的碳化铬析出区和沿着长大的奥氏体晶界扩展的两大类。
2.2.3.3影响堆焊层氢致剥离的主要因素
由于堆焊层的剥离是一种氢脆现象,所以下面一些环境因素和冶金因素都将影响到它的发生和扩展。
●氢气压力和温度的影响:
在众多影响堆焊层剥离的因素中,操作温度和氢气压力是最重要的参数。
氢气压力和操作温度越高,越容易发生剥离。
因为它与操作状态下侵入到反应器器壁中的氢量有很大关系。
氢气压力越高、温度越高侵入的氢量越多。
●从高温高压氢环境下冷却速度的影响
在高温高压氢气中暴露后,其冷却速度越快,越容易产生剥离。
因为冷却速度的快慢将对堆焊层过渡区上所吸藏的氢量有很大影响。
冷却速度大时发生了剥离,较小时都不剥离。
墨西哥有一炼油厂的加氢裂化装置的反应器着火时,不适当地采用了消防水龙头软带喷水急剧降温造成下部简节大面积剥离也是个例证。
●反复加热冷却的影响
当堆焊层过渡区吸藏有氢的情况下,反复加热冷却的次数越多,越容易引起剥离和促进剥离的进展。
因为堆焊层材料与母材之间的线膨胀系数差别很大,反复地加热冷却会引起热应变的累积,已有实验证明,它可对剥离起到上述影响的效果。
●焊后热处理的影响
焊后热处理对剥离也是一个很重要的影响因素。
随着焊后热处理的进行,在堆焊层过渡区上会有化学组成和显微组织的变化。
因为母材和堆焊材料的化学成分不同,在堆焊时,一般在熔合线附近都会发生C、Cr、Ni、Mn、S、Mo等的扩散迁移。
如由于两者间存在着C的浓度差,因而在熔合线附近形成了碳化铬析出层,而且在其结晶晶界上也有碳化铬析出。
焊后热处理温度越高,碳化铬析出层就更宽,将使材料的抗剥离性能明显下降。
●焊接方法和焊接条件的影响
在对影响堆焊层剥离因素的研究中,发现焊接方法和焊接条件也有关系。
但至今有些看法或实验结果还不完全统一。
就焊接条件来说,已有实验证明采用高焊速大电流可以获得良好的抗剥离能力,或者说不产生剥离,采用高焊速大电流焊接,其不锈钢焊接金属的稀释率较大,母材与不锈钢之间的化学成分的梯度较缓和之故。
总之,只要能获得细晶的显微结构就能有好的抗剥离性能。
●引起堆焊层剥离的基本因素可以归结为:
综上所述,引起堆焊层剥离的基本因素可以归结为:
◆界面上存在很高的氢浓度;
◆有相当大的残余应力存在;
◆与堆焊金属的性质有关。
2.2.3.4堆焊层氢致剥离损伤实例
对于在设备内表面堆焊有奥氏体不锈钢的情况,由于氢的作用,在界面上可能发生剥离的问题,国外20世纪70年代中期在实验室的试验中就确认了。
但在实际压力容器上发现剥离裂纹是日本某台产生严重回火脆化的反应器用超声从内外表面检测时才发现的。
并取样作了大量试验研究,于1980年在国际会议上公开发表研究报告,提出这种损伤现象。
其后又对在用的38台加氢裂化反应器等设备进行检测,发现19台有剥离裂纹存在。
剥离面积最小的只有1%,剥离面积最大的是南非Natref公司萨索尔堡炼油厂的加氢裂化反应器,达到了30%,我国茂名石化公司1980年引进的加氢裂化装置,反应器也发现有剥离裂纹。
金陵石化公司I#加氢裂化装置、30万吨/年柴油加氢装置,反应器也发生剥离。
产生剥离的反应器一般都在继续使用,因为这些剥离状态仅仅是平行于堆焊过渡区并沿着靠近熔合线附近的粗大晶界发生的,对反应器的功能还不产生影响。
但是,剥离要是大范围的扩展,还是可能导致所连接的内件脱落,所以对此损伤仍要给予重视。
2.2.3.5防止堆焊层氢致剥离的方法:
凡是采取能够降低界面上的氢浓度,减轻残余应力和使熔合线附近的堆焊金属具有较低氢脆敏感性的措施对于防止堆焊层的剥离都是有效的。
●制造过程中防止堆焊层氢致剥离的方法:
◆对于采用较多的21/4Cr-1Mo钢堆焊TP309+TP347的设备,在制造中采用大电流高焊速的堆焊条件。
因为它与采用一般的堆焊方法在熔合线附近所形成的堆焊金属的显微组织与结构,形成的残余应力及其对氢的有关性质等都不同。
◆对于焊后热处理条件,也宜在满足反应器其他各种性能要求的前提下,尽量优化焊后热处理参数,使在熔合线附近和奥氏体晶界上析出较少的碳化铬。
●在操作过程中防止堆焊层剥离的方法:
◆在操作中严格遵守升温、升压和降温、降压的规定,并且控制一定的降压速度(通常为1.5~2.0MPa/h)这有利于钢材中吸收气的溢出,减少内应力,在一定程度上对控制剥离有积极作用
◆尽量避免非计划的紧急停车,以及在正常停工时要采取使氢尽可能释放出去的停工条件,以减少残留氢量。
◆严禁超温、超压操作,并且对反应器内壁做定期检查。
2.3应力腐蚀
●应力腐蚀的机理:
◆应力腐蚀开裂是某一金属(钢材)在拉应力和特定的腐蚀介质共同作用下所发生的脆性开裂现象。
◆应力是指作用在单位面积上的内力值,垂直于横截面上的应
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