加氫設備易損傷！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(jìn)行，且有的進(jìn)料物流中還含有硫化氫、氨等腐蝕性介質(zhì)，設備是非常容易損傷的。今天小七為大家具體講講加氫設備的損傷有哪些，損傷機理，影響因素，防范措施......

　　加氫設備有哪些？

　　加氫裝置由于操作條件的特殊性，所以設備有可能發(fā)生一些特殊的損傷現象。為防止這些破壞性的損傷發(fā)生，不僅要有正確的設計與選材，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。

　　內部脫碳與開(kāi)裂

　　內部脫碳是由于氫擴散侵入到鋼中發(fā)生反應生成甲烷，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(zhù)下降。由于這種損傷是發(fā)生化學(xué)反應的結果，所以它具有不可逆的性質(zhì)，也稱(chēng)永久脆化現象。

　　其實(shí)際的進(jìn)展是甲烷氣泡在晶界形核、成長(cháng)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(gè)“孕育期”(或稱(chēng)潛伏期)的概念。就是對于處在形成甲烷氣泡，但成長(cháng)速度緩慢且沒(méi)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(shí)間稱(chēng)為“孕育期”。

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

　　影響高溫氫腐蝕的主要因素

　　溫度、壓力和暴露時(shí)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(shí)，鋼材基本上不會(huì )發(fā)生氫腐蝕。操作溫度和壓力的影響歸結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(shí)）。

　　3、Si、Ni、Ca不增加抗氫蝕能力。

　　4、P、S降低抗氫蝕能力。

　　應力的影響

　　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象。產(chǎn)生了氫脆的鋼材，其延伸率和斷面收縮率顯著(zhù)下降。氫脆是可逆的，也稱(chēng)作一次脆化現象。氫脆發(fā)生的溫度從室溫~約150℃的范圍。隨溫度升高，氫脆效應下降，當溫度超過(guò)71℃~82℃時(shí)大概不太容易發(fā)生。所以，實(shí)際加氫裝置中氫脆損傷往往都是發(fā)生在裝置開(kāi)、停工過(guò)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(guò)規定值，而且應正確地施行PWHT，消除殘余應力控制熱影響硬度。

　　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(zhù)不引起亞臨界裂紋擴展的氫濃度，稱(chēng)之為安全氫濃度。它與鋼材的強度水平、裂紋尖端的拉應力大小以及裂紋的幾何尺寸有關(guān)。

　　4、通過(guò)無(wú)損檢測，盡可能消除宏觀(guān)缺陷。

　　5、控制開(kāi)停工中升溫升壓、降溫降壓過(guò)程。

　　6、在加氫反應器等臨氫設備中還存在不銹鋼氫脆損傷的現象(有的還兼有σ相脆化)，其部位多發(fā)生在反應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(lèi)損傷的發(fā)生，主要應從結構設計上、制造過(guò)程中和生產(chǎn)操作方面采取如下措施：

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

　　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(shí)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(guò)204℃時(shí)，對設備和管道的腐蝕，要比硫化氫單獨存在時(shí)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(zhù)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。

　　連多硫酸應力腐蝕開(kāi)裂

　　開(kāi)裂特征與起因

　　連多硫酸(H2SxO6，X=3～6)應力腐蝕開(kāi)裂也屬硫化物應力腐蝕開(kāi)裂，一般為晶間裂紋。連多硫酸的形成是由于設備在含有高溫硫化氫的氣氛下操作時(shí)生成了硫化鐵，而當設備停止運轉或停工檢修時(shí)，它與出現的水份和進(jìn)入設備內的空氣中的氧發(fā)生反應的結果。

　　防止對策

　　1、在設計上要選用合適的材料。同時(shí)結構設計上應盡量避免有應力集中的結構。

　　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力，并注意加工成不形成應力集中或應力集中盡可能小的結構。

　　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，所以廣泛地應用在加氫反應器上。但在長(cháng)期使用后，會(huì )出現程度不同的回火脆化現象。

　　現象及其特征

　　Cr-Mo鋼的回火脆性是將鋼材長(cháng)時(shí)間地保持在大約343℃～593℃，或者從這溫度范圍緩慢地冷卻時(shí)，由于冶金的變化，使材料的韌性引起劣化損傷的現象。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(lái)說(shuō)，幾乎沒(méi)有反映，主要是在進(jìn)行沖擊性能試驗時(shí)才能觀(guān)測到很大的變化。材料一旦發(fā)生回火脆性，就使韌脆性轉變溫度向高溫側遷移。

　　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(shí)的熱處理條件、加工時(shí)的熱狀態(tài)、強度大小、塑性變形、碳化物的形態(tài)、使用時(shí)所保持的溫度和時(shí)間等等。而且有些因素相互間還有關(guān)連，情況較為復雜。

　　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。

　　在工程應用上通常采用兩個(gè)與化學(xué)元素有關(guān)的經(jīng)驗式來(lái)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(gè)最佳的熱處理工藝方案）

　　回火脆化度的評價(jià)

　　1、等溫時(shí)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階梯式地進(jìn)行保溫與冷卻(一般多是采用5個(gè)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

　　現象與特征

　　從宏觀(guān)上看，剝離的路徑是沿著(zhù)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(chēng)剝離現象，從微觀(guān)上看，剝離裂紋發(fā)生的典型狀態(tài)有沿著(zhù)熔合線(xiàn)上所形成的碳化鉻析出區和沿著(zhù)長(cháng)大的奧氏體晶界擴展的兩大類(lèi)。

　　剝離現象產(chǎn)生的主要原因

　　1、由于制作反應器本體材料的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(guò)渡區的堆焊層側出現了很高的氫濃度。

　　2、由于母材和堆焊層材料的線(xiàn)膨脹系數差別較大，在界面上存在著(zhù)相當可觀(guān)的殘余應力。

　　3、堆焊過(guò)程中，在境界層上可能會(huì )形成沿融合層生長(cháng)的粗大結晶。

　　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、反復加熱冷卻的循環(huán)次數。

　　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）。

　　減輕殘余應力。

　　設法使堆焊層熔合線(xiàn)附近的組織具有較低的氫脆敏感性。

　　嚴格遵守操作規程,盡量避免非計劃的緊急停車(chē)。

　　在正常停工時(shí)應采取能使氫盡可能從器壁內釋放出去的停工條件。