炼油设备中的湿硫化氢腐蚀与防护.pdf

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1、2003年第6期·57·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）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前言离解出的氢离子，从钢中得到电子后还原成氢原子。氢原子间有很大的亲和力，易结合在一起形成氢湿硫化氢腐蚀是指液相水和硫化氢共存（或含分子排出。但是，如果环境中存在硫化物、氰化物将水物在露点以下）时硫化氢所引起的腐蚀。当容器承会削弱氢原子间的亲和力，致使氢分子形成的反应装的介质含有H2S且符合下列条件时，则为湿

2、硫化被破坏。这样一来，极小的氢原子就很容易渗入到钢氢应力腐蚀破裂环境：的内部，溶解在晶格中。固溶于晶格中的氢原子具有（1）H2S分压大于或等于345pa。很强的游离性，它影响钢材的流动性和断裂行为，导（2）介质中含有液相水或操作温度处于露点之致氢脆的发生。下。（3）介质pH<6，但当介质中含有氰化物时pH3湿硫化氢环境中腐蚀开裂的形式可大于7。湿硫化氢环境除了可以造成过程设备的均匀腐在加工含硫原油的炼油厂二次加工装置轻油系蚀外，更重要的是引起一系列与钢材渗氢有关的腐统中，都普遍存在湿硫化氢腐蚀。加上在这些系统中蚀开裂，具体有如下四种形式。有HCI、HCN、CO2的共存，在焊接接头残

3、余应力和材3.1氢鼓泡（HB）料自身应力的促进下，加速了在湿硫化氢环境下的腐蚀过程中析出的氢原子向钢中扩散，在钢材在役炼油设备出现局部或整体腐蚀破坏。的非金属夹杂物、分层和其他不连续处,易聚集形成2湿硫化氢环境中过程设备的腐蚀开裂过分子氢，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，形成表面层程下的平面孔穴结构称为氢鼓泡，其分布平行于钢板钢在湿硫化氢环境中的腐蚀反应过程如下：表面。它的发生与外加应力无关，与材料中的夹杂物+-硫化氢在水中发生分解：H2S!H+HS等缺陷密切相关。"3.2硫化氢应力腐蚀开裂（SSCC）+2-H+S湿硫化氢环境中腐蚀产生的氢原

4、子渗入钢的内钢在H2S的水溶液中发生电化学反应：部，固溶于晶格中，使钢材的脆性增加，在外加拉应2+阳极反应：Fe#Fe+2e力或残余应力作用下形成的开裂，称为硫化物应力2+2-Fe+S#FeS"腐蚀开裂。SSCC通常发生在焊缝或热影响区中高强2+-+Fe+HS#FeS"+H度、低韧性显微组织存在的部位。这些部位表现为具+阴极反应：2H+2e#2H#H2$有高硬度值。SSCC与钢材的化学成分、力学性能、显"微组织、外加应力与残余应力之和以及焊接工艺等2H（渗透到钢材中）有密切关系。从以上反应过程可以看出，硫化氢在水溶液中3.3氢诱导开裂（HIC）·58·化工设备与管道第40卷在氢分压

5、的作用下，不同层面上的相邻氢鼓泡质：16MnR。现场检验结果：裂纹相互连接，形成阶梯状特征的内部裂纹称为氢(1)经对内壁对接焊缝及接管、人孔角焊缝100%诱导开裂，裂纹也可扩展到金属表面。HIC和钢材内磁粉检测，发现裂纹93处，裂纹长度为2~15mm。部的夹杂物或合金元素在钢中偏析产生的不规则微(2)对内壁球壳板母材（除鼓泡处）进行100%磁观组织密切相关，而与钢材中的拉应力无关。因而，粉检测，发现裂纹102处，裂纹长度为1~6mm。焊后热处理不能改善钢材对HIC的抗力。(3)对内壁球壳板表面进行外观检查，发现鼓泡3.4应力向氢诱导开裂（SOHIC）189处，多呈圆形或近圆形，直径

6、为"30~"120mm，在应力引导下，夹杂物或缺陷处因氢聚集而形个别为180>110鼓泡，鼓出高度为0.5~4.5mm，鼓成的小裂纹迭加沿着垂直于应力的方向（即钢板的泡壁的厚度经超声波检测为7.0~12.0mm。壁厚方向）发展导致的开裂称为应力向氢诱导开(4)对内壁189处鼓泡表面进行磁粉检测，发现裂。SOHIC发生在焊缝的热影响区及高应力集中的76处鼓泡表面存在裂纹，裂纹长度为1~55mm。区域。开裂可能由于SSCC发生，其结果造成应力集对鼓泡处分层面断口及其裂纹端面进行的电镜中，继而形成SOHIC，使开裂不断扩展，但前者不是分析表明：后者的先决条件。SOHIC和钢材内部的杂质、

7、拉应力(1)鼓泡处分层面断口为脆性断口，主要表现为有关。因此低杂质含量的钢材及焊后热处理对SO-夹杂、解理、二次裂纹和少量韧窝，断口表面平均成HIC有较好的抗力。分分析表明硫含量较高，对夹杂物重点分析表明其主要成分为硫的化合物（硫含量超过10%）。4炼油厂湿硫化氢环境存在的部位(2)鼓泡顶部裂纹断口分析表明裂纹内腐蚀产在炼油工业，湿硫化氢环境通常存在于原油二物中硫化物含量较高（最高达12%）。次加工装置的轻油部位。如催化裂化的分馏及轻馏[6]3例2：某石油化工厂100