石化特种设备中的硫化氢应力腐蚀与残余应力.pdf

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1、石化特种设备中的硫化氢应力腐蚀与残余应力张亦良，徐金泉，王羽辞(北京工业大学，北京100022)[摘要]针对石化特种设备中硫化氢(H：s)应力腐蚀问题现状，综合比较了国际权威机构NACE，EFC以及ISO发布的最新标准、规范，对H：S应力腐蚀的环境界定、试验方法、影响因素、应力腐蚀评价准则及对材料的要求等做了扼要的综述。同时对焊接残余应力的产生、测定方法、消除措施等进行了论述，列举了实际参与研究的发生应力腐蚀容器的实例及残余应力的影响。[关键词]H：s应力腐蚀；规范指南；评价准则；焊接残余应力[中图分类号]TB3．37；TE9[文献标识码]A【文章编号]1009—1742(2009)08

2、—0038～06试方法做出了详细的叙述。2003年，ISO出版了最1前言新的关于石油和天然气工业用于在含硫化氢环境硫化氢(Hs)应力腐蚀开裂是造成油气田及石下材料的新规范。这个规范对NACE和EFC酸性化设备众多事故的重要破坏形式之一，事故发生往环境的定义、试验方法以及试验结果判定中的某些往是突然的，灾难性的。应力腐蚀开裂(stressCOITO．不足或不定都进行了重要补充和规定。这对工程sioncracking)简称为SCC，而硫化氢环境下的开裂技术人员是一个极大地帮助，为解决实际问题提供常称为硫化物应力腐蚀开裂(sulfidestresscracking，了权威的根据。SSC)。导致

3、容器和管道发生SSC的主要因素有：环在压力容器和管道的制造与焊接过程中，不可境介质中的H：S浓度(特别是有水相存在的湿H：s避免地带来较高的焊接残余应力，根据对众多焊接浓度)，钢材S，P等化学成分及其组织结构。结构残余应力的现场实测结果’，一般情况下其在含H：s油气环境中工作的管道、压力容器及焊接残余应力可达0．8以上，有的甚至达到其他承载构件大多为碳钢和低合金钢制成。为防1．0的水平，其与工作应力叠加将接近或超过屈止SSC的发生，正确选材对确保安全运行极其重服应力。在Hs腐蚀环境下，在高残余应力区更易要。工程上所依据的选材规范，最具权威性的是美造成应力腐蚀，这也是多数特种设备在焊缝及热

4、影国腐蚀工程师协会NACE所制定的系列规范，即响区处出现裂纹的原因。NACEMR0175[13，NACETM0177[及NACE2关于湿硫化氢环境的定义TM0284_3等试验规范。1998年，欧洲腐蚀联合会(Europeanfederationofcorrosion，EFC)根据大量实关于湿硫化氢环境的定义，在国际上比较权威践经验及研究成果，推出了系列规范指南，其中第的规定是美国腐蚀工程师协会NACE的规定。在16号公报的规定，使其在保证安全的条件下获得NACEMR0175—2003中，对硫化氢环境作了如下更大的经济效益。而最新出版的17号公报则对规定：在硫化氢环境下工作的材料的总体要求

5、和具体测1)酸性气体。以气体总压及Hs分压二参数[收稿日期]2008一o6一O8；修回日期2009-06—15[基金项目]“十一五”国家科技支撑计划课题(2006BAK02B02)[作者简介]张亦良(1955一)，女，北京市人，北京工业大学教授，研究方向为疲劳断裂、应力腐蚀及安全评定；E—mail：zhangyil@bjut．edu．cn38中国工程科学定义：气体总压I>0．45MPa(65Psia)，并且H：s分EFC认为pH值应予以考虑，故推出了pH值及压I>0．0003MPa(0．05Psia)，见图1。HS分压的Hs分压二参数定义“酸性环境”，其典型构图见计算公式为：气体总压XH

6、S克分子浓度(即Mol％图2。其中区域①为非酸性区、②则为过渡区、③为／100)。例如，总压力为1．6MPa，H：S克分子浓度酸性区。为0．01％时，其分压为0．00016MPa。而最新版的ISO标准ISO／DIS15156—2．2则2)酸性原油和多相原油。当处理的原油是两对EFC的准则进一步的细化，并且在酸性环境的定相或三相原油(油、水、气)时，条件可放宽为：a．气义上比EFC更加严格。ISO定义的酸性环境中硫化相总压≥1．83MPa(265Psia)且H2S分压≥氢分压比EFC的准则缩小了10倍，并且在考虑了0．0003MPa(0．05Psia)；b．当气相压力pH值的同时还考虑了不

7、同的硫化氢分压对酸性环≤1．83MPa(265Psia)且H，S分压≥0．07MPa(10境的影响，将硫化氢分压小于0．0003MPa的区域Psia)，或气相HS含量超过15％。定义为区域0，见图3。在这个区域范围使用的钢材，除了对SSC和HIC高度敏感的钢材、屈服强度在965MPa以上的高强钢或者有应力集中的钢材之外，其他的钢材可以不做特殊防护。蟹躜晕翌皇臻装图1NACE酸性环境图(气液二相)Fig．1InNACEacidicen