制氢装置设备损伤及防护管理规定.docx

制氢装置设备损伤及防护管理规定.docx

《制氢装置设备损伤及防护管理规定.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《制氢装置设备损伤及防护管理规定.docx（4页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

制氢装置设备损伤及防护管理规定

制氢装置设备损伤及防护管理规定

对于制氢装置而言，其显著特点是高温、临氢，系统中还有CL-及碱存在。

结合制氢特点，将操作中涉及到的由于腐蚀损伤及冶金学问题引起的损伤进行说明。

1湿硫化氢腐蚀

一般把湿硫化氢环境定义为：

H2S在水相中的浓度等于或高于50wppm时，称为湿H2S环境。

湿硫化氢一般引起氢鼓泡、氢致开裂、硫化物腐蚀应力开裂和应力导向氢致开裂等形式的损伤。

在湿硫化氢环境中使用的设备、管线、管件等应选用镇静钢，并尽可能减少MnS等夹杂物的含量。

要降低设备和构件的高应力集中区，加工后必须施行消除应力的热处理，保证焊缝及其附近的硬度在允许值以下。

2高温硫或硫化氢与氢共存的腐蚀

处理含硫的原料油时，对于在240～425℃高温部位的设备与管道会出现高温硫的均匀腐蚀。

腐蚀的实质是有机硫化物转化为硫化氢和元素硫，它们与钢材中的铁素体反应生成硫化铁。

硫及硫化氢腐蚀反应需在一定的温度下进行，一般在240℃以上就有腐蚀发生。

硫化氢在350～400℃时还可分解为硫和氢，而生成的活性硫的腐蚀比硫化氢更强烈。

所以对于含硫化氢物流在240℃以上高温场合或在300℃以上操作条件下有较高硫含量的油品加工时，一般选择镍铬较高（铬18%镍10%）的钢材解决抗腐蚀问题。

对于硫化氢与氢共存的条件下，它对钢材的腐蚀比硫化氢单独存在时更为严重，因氢在腐蚀过程中象是起着催化剂的作用，加速腐蚀的进程。

此场合可按柯柏（COUPER）曲线（即钢在硫化氢十氢气条件下的等腐蚀曲线）来估算腐蚀率后再确定所选材料。

3奥氏体不锈钢堆焊层的氢致剥离

对于有奥氏体不锈钢堆焊层的设备，在高温高压氢气介质中操作时，氢会侵入容器壁中，而当设备从正常运转状态停工时，由于氢在母材与奥氏体不锈钢堆焊层中的溶解度和扩散速度不同，将在过渡层上吸藏大量的氢，且因二者的线膨胀差别大形成很大残余应力而使母材与堆焊层产生剥离现象，此损伤与氢分压、温度、停工时的冷却速度、反复停工的频率等操作条件与工况都有关系。

为防止或缓和这种剥离裂纹的发生或扩展，在设备使用过程中，应严格遵守操作规程，尽量避免非计划紧急停车，以及在正常停工时要设定使氢气尽可能从器壁中释放出去的停工条件，以减少残余氢量。

另外，在定期检修中，采用超声技术进行检测以判断是否有剥离发生或扩展也是很必要的。

4高温蠕变

炉管材料在蠕变温度以上长期使用，会发生高温蠕变。

这一现象在转化炉和裂解炉中比较明显。

高温炉管在运行中产生蠕变的过程是很复杂的，一般是在蠕变发展到一定程度时，先在距离壁内侧约1/3处产生空洞，空洞几乎都在碳化物与基体的交界处形成.随蠕变的进行，空洞增加并沿碳化物连接起来形成微裂纹。

随后裂纹先向内侧，后向外侧扩展。

在炉管内压及热应力等作用下，最终导致炉管开裂。

管式炉中蠕变破坏较严重的是转化炉的炉管.这主要是因为转化炉炉管使用温度和管内压力都比较高的缘故，管壁设计温度910~940℃，内压3.5MPa左右.转化炉炉管在使用4万小时后可能出现裂纹。

其次是乙烯裂解炉，乙烯裂解炉管的设计使用温度虽然比转化炉高，但管内压力底0.1~0.3MPa，比转化炉底得多.温度和压力的差异，使蠕变破坏的程度和主要特征也有所不同。

一般来讲，炉管发生蠕变破坏的主要特征为：

①在直径或轴线方向上产生塑性变形。

②管壁出现较多的蠕变裂纹：

蠕变裂纹多发生在距内壁1/3~1/4壁厚处，再向内壁和外壁发展，一般向内壁发展快于外壁，产生破断的裂纹以轴向为主。

③显微组织变化

蠕变裂纹基本是沿晶裂纹，裂纹发生前出现晶界碳化物，呈较粗的不连续链状，二次碳化物粗化，产生蠕变孔洞和显微裂纹等。

不同炉子由于使用条件和炉管材质，规格不同，发生蠕变破坏的形式和特点也各不相同.如转化炉，制氢炉工作压力高，管壁厚，但温度略底，发生蠕变的主要特征是出现蠕变裂纹，蠕涨和凸包的情况不严重。

乙烯裂解温度炉温度比较高，管壁薄，发生蠕变时往往蠕涨和凸包较严重。

就蠕涨而言，厚壁管易产生梨形局部凸包，薄壁管易产生直径均匀涨大（相对而言）或条件挤压状蠕涨，个别炉子还出现苞疹似较小的斑块状凸包。

5高温渗碳

有化学反应的管式炉炉管，如制氢转化炉或合成氨一段转化炉的转化管，乙烯裂解炉的炉管等，其金属温度一般都高达800~1000度，还要承受一定的压力和介质腐蚀。

由于使用条件十分苛刻，必须采用奥氏体钢或高铬镍合金，如TP310，Alloy800，HK-40，HP-40Nb，HP-40NbTi等。

它们的高温损坏除σ相脆化和蠕变断裂外，还有晶界氧化和渗碳等。

渗碳是炉管在高温长期使用过程中，铬的氧化膜逐步长大，由于氧化膜的膨胀系数与基体金属有很大差别，氧化膜将随温度的波动而产生裂纹，最后鼓起，剥落。

随着渗碳量的增加，引起Cr7C3析出，导致氧化膜下面基体金属贫铬，氧化膜再生困难，从而又加速渗碳.离心铸管管内的渗碳从铸造缺陷开始的，并在晶界上生成碳化物。

由于碳化物比基体更易氧化，发生选择性氧化而使裂纹发展，最终导致管子破裂。

对离心铸管内表面进行机加工，除去铸造缺陷层，可使渗碳问题得到颇为满意的解决。

6碱脆

金属在持久拉应力（包括外加载荷、热应力及冷加工、热加工或焊接后的残余应力等）和特定的腐蚀介质联合作用下出现脆性开裂，特点是出现腐蚀裂缝甚至断裂，裂缝的起源点往往是在点腐蚀小孔或腐蚀小孔的底部；裂缝扩展有沿晶间、穿晶粒和混合型三种，主裂缝通常垂直于应力方向，多半有分枝；裂缝端部尖锐，裂缝内壁及金属外表面的腐蚀程度通常很轻微，裂缝端部的扩张速度很快，端口具有脆性断裂的特征。

含氯离子介质中使用的奥氏体不锈钢换热器容易发生应力腐蚀开裂如常顶奥氏体不锈钢空冷管束断裂，塔底衬里破裂等：

锅炉的碱脆，或称苛性脆化；汽轮机叶轮的飞裂；在潮湿的含硫化氢气氛中的某些钢材开裂，硫化物应力开裂。

易于产生应力腐蚀破裂的环境：

高温碱液（NaOH.Ca（OH）2LiOH）、氯化物水溶液、海水，海洋大气、连多硫酸、高温高压含氧高纯水、水蒸气（260℃）、浓缩锅炉水、260℃CH2SO4、湿润空气（湿度90％）、NaCl+H2O2水溶液、热NaCl、湿的氯化镁绝缘物、H2S水溶液。

7氯离子腐蚀

不锈钢用作海水、工业水等的热交换器的钢管，或用作其它配管、塔、容器等时，常由于环境中含有微量的CL-离子，由于离子浓缩而发生应力腐蚀开裂。

对于氯化物应力腐蚀开裂的解释也有多种说法：

a）吸附理论：

在承受应力的情况下，氯离子吸附在裂纹尖端，造成原子M-MO之间的结合力下降和破坏。

这一过程的不断进行，造成了SCC的扩展。

b）电化学理论：

应力腐蚀开裂是一种因金属表面阳极区溶解而产生的现象。

而应力有加速阳极溶解的作用。

c）膜破坏理论：

金属受到拉伸应力作用时，因位错移动而生成滑移台阶，进而使钝化膜破坏，露出新鲜表面，新鲜表面的活性溶解，导致SCC不断发展。

d）腐蚀产物楔入理论：

许多人认为，在不锈钢裂纹内产生的腐蚀产物的楔入作用造成裂纹的扩展。

e）氢脆理论：

在裂纹尖端有与阳极反应相应的阴极反应发生。

所生成的氢或加工氢进入钢中引起氢致开裂。

8氢脆

氢脆是钢材在氢气中发生的一种现象，它是当钢中存在氢时，在接近环境温度下出现的开裂.

低温氢开裂的敏感和钢的强度值，氢含量以及容器内所处部位的应力有关。

决定钢抗氢脆最重要的因素是钢的强度值，钢材开裂敏感性随着强度的增加而提高。

高强度钢的氢脆开裂可能在大约150℃以下出现。

氢与钢材直接接触时被钢材吸附，并以原子状态向钢材内部扩散，溶解在铁素体中形成固溶体，使钢材变脆，塑性减小，这种脆性与氢在钢中的溶解度成正比。

当钢中的氢浓度为6~7×10e-6时，钢材的延伸率σ和断面收缩率ψ只有原来的20%~30%。

在高温高压条件下操作的反应器，氢气会直接进入钢中，在典型的操作温度和氢分压下，氢在器壁中的浓度范围为2~6×10e-6。

在停工时，如果反应器冷却太快以致于氢气来不及从钢中扩散出来，在温度低于150℃时延迟氢开裂就可能出现.炼油厂里的加氢装置，在停工过程中，加氢反应器冷却到150℃之前，在低压下恒温一段时间，脱除钢中的溶解氢，是防止产生氢脆的有效措施，氢渗透到钢中的方法不同，钢中的含量也不同，破坏的敏感性也是不同的。

在含有硫化氢的水溶液中，已经测得钢中的氢浓度达到10×10e-6以上因而氢脆开裂敏感性更大。

由这种腐蚀充氢机理引起的氢脆通常叫做硫化物开裂。

硫化物开裂与氢开裂的不同仅在于氢进入钢中的量和机理，而这种类型的开裂的基本原因都是氢脆

9碳酸腐蚀

碳酸腐蚀是在CO-CO2-H2O环境中的应力腐蚀开裂。

CO2溶解于水生成碳酸，使PH值降低至3.3。

在该条件下通入ＣＯ气体，ＣＯ吸附在金属表面而起到缓蚀剂的作用，阻止了因碳酸引起的钢的全面腐蚀。

这时候，若加载应力，由于滑移而在表面生成台阶，露出新生面，金属开始溶解此为阳极，其周围的ＣＯ吸附层〔＜10Ａ０〕为阴极，而使开裂形成。

10设备维护保养

a）执行机泵设备定期切换（点动）和定时盘车，使备用设备处于良好的备用状态。

b）搞好设备润滑，坚持设备润滑“三级过滤”和“五定”。

所谓“三级过滤”：

从领油大桶到岗位贮油桶（一级过滤）；岗位贮油桶到油壶（二级过滤）；油壶到加油点（三级过滤）；五定：

定人、定点、定质、定量、定时（定期对润滑器清洗）。

c）责任区域设备、电机及机泵本体（包括油杯）、机泵座周围卫生每班要搞一次，无积水、无油污等脏乱痕迹，做到沟见底、轴见光、设备见本色。

d）泵房内的机泵阀门螺杆要擦光亮，每周用机油保养一次；室外阀门螺杆用黄油保养。

阀门手轮、螺母齐全，无松、锈、脏等现象。

e）装置内压力表、温度计、液位计等安全附件齐全、完好，发现损坏就及时更换。

f）要懂得设备使用“四懂三会”；四懂：

懂设备结构、原理、性能、用途；三会：

会操作使用、会维护保养、会排除故障。

g）设备运行“四不准超”：

不准超温、超压、超速、超负荷运行。

h）设备日常维修保养：

日常维修保养（日保）：

亦称例保，即每天由操作者照例进行的保养。

要求操作者每班必须做到：

班前对设备进行检查、润滑，班中严格执行操作规程，下班前十五到二十分（周末适当延长）对设备进行认真的清扫擦试，将设备状况记录在交接班记录本上。

i）设备维护坚持“一点两巡制”：

“一点”是操作工人按岗位对设备进行定点检查，搞好稳操作，严格工艺纪律，做到不超温、不超压、不超负荷运行；“两巡”是车间设备主任和设备员坚持每天对装置设备进行巡回检查两次以及钳工、电工、仪表包机班坚持每天对包机范围进行巡回检查，发现问题及时联系处理，保证设备正常运转。